способ разработки алмазоносных кимберлитовых трубок

Формула изобретения

1. Способ дражной разработки полезных ископаемых, согласно которому за пределами контура месторождения создают противофильтрационную завесу, рудное тело вскрывают котлованом, сооружают хвостохранилище, заполняют водой котлован, в котором монтируют драгу и землесосный снаряд, а затем посредством драгирования производят выемку рудного тела, отличающийся тем, что рудное тело размечают на вертикальные концентрические блоки и производят глубоководное драгирование сверху вниз последовательной обработкой вертикальных концентрических блоков от центра котлована к его бортам с постепенным понижением горной выработки по центральному рудному столбу до проектной глубины, а периферийных блоков до предохранительного рудного целика, оставляемого в зоне контакта с вмещающими породами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рудное тело разрабатывают драгой и землесосным снарядом, на которых гидродобычные агрегаты располагают по технологической сетке, обеспечивающей сплошную отбойку рудной массы от площади отрабатываемого участка блока и гидравлическую очистку забоя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отвальные хвосты драги подают в отдельно расположенное хвостохранилище, а осветленную воду после отстоя пульпы возвращают на повторное использование в режиме замкнутой циркуляции.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что пульпу отвальных хвостов предварительно сгущают и фильтруют, затем фильтрат возвращают на повторное использование, а сгущенные хвосты складируют в хвостохранилище.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности, к способам разработки месторождений твердых полезных ископаемых.

Алмазоносные кимберлитовые трубки, имеющие промышленное значение, являются уникальными коренными месторождениями алмазов.

Открытые и подготовленные к промышленному освоению алмазоносные кимберлитовые трубки на европейском Севере России характеризуются сложными горнотехническими условиями их предстоящей разработки. Вмещающие породы представлены слаболитифицированными песчано-глинистыми породами вендского комплекса. Верхние горизонты вмещающих пород неустойчивы из-за наличия водоносных горизонтов и комплексов. Сверху кимберлитовые трубки перекрыты рыхлым осадочным чехлом мощностью от 25 до 55 м. Перекрывающие породы обводнены вследствие высокого уровня грунтовых вод и распространения поверхностных водотоков и болот. Собственно кимберлитовые породы по физико-механическим свойствам относятся к породам низкой крепости, близким по состоянию к твердым глинам, и полускальным трещиноватым породам средней крепости.

Разработка кимберлитовых трубок в таких сложных природных условиях открытыми горными работами карьером, подземным способом шахтой или комбинированным вариантом становится проблематичной.

Задача изобретения создать эффективный, высокорентабельный, безопасный промышленный способ разработки коренных месторождений алмазов в сложных горнотехнических условиях с возможным минимальным вредным техногенным воздействием на окружающую среду.

Проведенные геотехнологические исследования и натурные испытания установили принципиальную техническую возможность эффективного разрушения и дезинтеграции кимберлитовых пород высоконапорными гидромониторными струями, механическим воздействием путем бурения (рыхления) рудного массива лопастным долотами, вооруженными твердосплавными зубьями режущего типа, подводным взрыванием, электрогидроимпульсным методом и другими современными контактными методами разрушающего воздействия.

Был сделан вывод о технической возможности разработки кимберлитовых трубок, сложенных породами низкой и средней крепости, глубоководным драгированием.

Известны способы дражной разработки погребенных материковых россыпных месторождений, включающие вскрытие полезной толщи котлованом и проведение драгирования с одинарным, сложными или комбинированными забоями со слоевой и смешанной выемкой породы [В.Г.Лешков. Справочник дражника. М. Недра, 1968, с. 370-371, 375-376]

Известны способы глубоководной добычи твердых полезных ископаемых - металлоносных илов, песков россыпей, конкреций с морского дна, осуществляемые агрегатами сбора, состоящими из черпаков, или драгой-волокушей. Агрегат сбора включает собирающий агрегат (гидравлический, шнековый, роторный, сгребающий и др.), а также подвижное шасси (гусеничное, колесное и др.). Для подъема добываемого материала используют механические, гидравлические и другие установки [Горная энциклопедия/под ред. Е.А.Козловского, М. С.Э. 1986, т.2, с.77]

Наиболее близким к предлагаемому является способ выемки донных пород рефулерными морскими землесосными снарядами, перекачивающими поднятую со дна гидросмесь к местам складирования и отвалам по подвесному, плавучему и береговому пульпопроводам [Горная энциклопедия/под. ред. Е.А. Козловского, М. С.Э. 1981, т.3, с.407]

Однако известные способы разработки месторождений твердых полезных ископаемых драгами и глубоководными добычными агрегатами специфичны по своему назначению и условиям применения, предназначены для извлечения рыхлых, несвязных пород, и поэтому не могут быть использованы для разработки алмазоносных кимберлитовых трубок.

Аналога разработки месторождений типа рудных труб (трубок) драгами и землесосными снарядами по источникам информации не установлено.

Было предложено проводить разработку алмазосодержащих кимберлитовых трубок, сложенных кимберлитами низкой и средней крепости, глубоководным драгированием.

Для достижения поставленной цели разработку месторождения проводят в следующем порядке.

В подготовительный период за пределами контура кимберлитовой трубки создают противофильтрационную завесу, рудное тело вскрывают котлованом, размечают на вертикальные концентрические блоки, сооружают хвостохранилеще, затем в заполненный водой котлован спускают драгу и землесосный снаряд, а глубоководное драгирование проводят сверху вниз последовательной отработкой вертикальных концентрических рудных блоков от центра дражного котлована к его бортам с постепенным понижением горной выработки по центральному рудному столбу до проектной глубины, а периферийных блоков до предохранительного рудного целика, оставляемого в зоне контакта с вмещающими породами. При этом кимберлитовую трубку разрабатывают драгой и землесосным снарядом, на которых гидродобычные агрегаты размещают по технологической сетке, обеспечивающей сплошную отбойку рудной массы по площади отрабатываемого участка рудного блока и гидравлическую очистку забоя. Отвальные хвосты драги подают в отдельно расположенное хвостохранилище, а осветленную воду после отстоя пульпы возвращают на повторное использование в режиме замкнутой циркуляции. С целью снижения объема хвостохранилища пульпу отвальных хвостов предварительно сгущают и фильтруют, затем фильтрат возвращают на повторное использование, а сгущенные хвосты складируют в хвостохранилище.

На фиг.1 показан общий вид и принципиальная схема размещения драги, землесосного снаряда и основных гидротехнических сооружений подготовительного периода; на фиг. 2 схема разметки рудного тела на вертикальные концентрические блоки и последовательность их отработки; на фиг.3 вариант отработки участка рудного блока гидромониторными добычными агрегатами; на фиг.4 схема размещения гидромониторных добычных агрегатов в плане; на фиг.5 принципиальная схема разработки кимберлитовых трубок глубоководным дражным способом.

Реализация предлагаемого способа осуществляют следующим образом.

В подготовительный период (фиг.1) за пределами контура рудного тела 1 по периметру создают противофильтрационную завесу 2, изолирующую водоносные горизонты в перекрывающих породах осадочного чехла 3 и частично во вмещающих породах 4, затем производят вскрытие рудного тела открытыми горными работами

карьером или землесосными снарядами. Противофильтрационную завесу создают для предотвращения возможных суффозных проявлений и оплывания бортов сооружаемого котлована в обводненных вскрышных породах осадочного чехла, снижения водоотлива при вскрытии рудного тела карьером, а также гарантии нераспространения шламовых вод котлована в водоносные горизонты вмещающих пород. Противофильтрационная завеса может быть не сплошной, а фрагментной - для снижения фильтрации на наиболее сложных гидрогеологических участках и водоносных горизонтах.

Сооружение хвостохранилища 5 является неотъемлемой частью этапа подготовительных работ. Поэтому грунт, вынутый из котлована 6 над рудным телом, перемещают и укладывают в ограждающую дамбу 7 хвостохранилища.

После завершения вскрышных работ в котлован, заполненный водой до отметки естественного уровня грунтовых вод, спускают алмазо-извлекательную драгу 8 и землесосный снаряд 9, оборудованные гидродобычными агрегатами.

Непосредственную разработку кимберлитовых трубок глубоководным драгированием осуществляют в следующей последовательности.

Предварительно рудное тело 1 в плане и разрезе размечают по форме трубки на вертикальные концентрические блоки (фиг.2). Выделяют центральный рудный столб (А), который простирается вертикально вниз до проектной глубины отработки месторождения и периферийные блоки (Б, В и т.д.) с развитием до зоны контакта с вмещающими породами 4. Концентрические вытянутые эллипсовидные линии контура периферийных вертикальных блоков соответствуют форме трубки в плане.

Выемку рудного тела проводят путем последовательной отработки концентрических блоков А, Б, В и т.д. сверху вниз с постепенным понижением горной выработки в виде воронки от центрального рудного столба к бортам и формированием в зоне контакта предохранительного целика 10 из массивных водоупорных пород рудной формации.

Такой порядок и последовательность выемки рудного тела позволяет отрабатывать рудные блоки, примыкающие к наиболее неустойчивым верхним горизонтам вмещающих пород под защитой предохранительного целика, а также припятствовать распространению в водоносных горизонтах шламовых вод дражного котлована. Предохранительный целик отрабатывают на завершающем этапе разработки кимберлитовой трубки, когда основной объем руды уже вынут и переработан.

На фиг. 3 показан вариант отработки участка рудного блока гидромониторными добычными агрегата. Драгу 8 и землесосный снаряд 9, оборудованные гидродобычными агрегатами 11, состоящими из гидромониторных снарядов 12 и эрлифтных установок 13, размещают над забоем отработанного участка, спускают гидромониторные снаряды и эрлифтные колонны до забоя, подают в гидродобычные агрегаты рабочие агенты (высоконапорную воду и сжатый воздух) и приступают к гидравлической отбойке, рыхлению, дезинтеграции и размыву рудной массы высоконапорными струями, действующими вниз и по боковым направлениям. Отбитая рудная масса непрерывно или периодически откачивается эрлифтами в приемное устройство драги и земснаряда. От земснаряда гидросмесь по гибкому плавающему пульпопроводу 14 подают на обогатительную установку драги.

Для улучшения условий гидравлической очистки забой формируют в виде воронки путем опережающего действия гидродобычных агрегатов, расположенных в центральной части рабочей зоны гидромониторных снарядов.

Возможный темп понижения подводной горной выработки увеличивается с ростом числа и производительности гидродобычных агрегатов.

Гидромониторные снаряды 12 и эрлифтные колонны 13, объединенные в глубоководные гидродобычные агрегаты 11 на понтоне драги или землесосного снаряда, располагают по технологической сетке, обеспечивающей сбойку смежных гидромониторных забоев и гидравлическую очистку отбитой рудной массы на отрабатываемом участке блока (фиг.4).

При зашагивании гидродобычные агрегаты поднимают на безопасную высоту, перемещают драгу или землесосный снаряд посредством маневрового устройства и удерживают над забоем якорно-канатным, тросовым или другим приспособлением.

Отвальные хвосты драги 8 по гибкому плавающему пульпопроводу 15 (фиг. 1,3) подают на берег и далее по магистральному пульпопроводу направляют в хвостохранилище 5 (фиг.5). После отстоя пульпы осветленный слой воды водозабором 16 подают на насосную станцию оборотного водоснабжения 17 и перекачивают на драгу и землесосный снаряд на повторное использование. Для снижения объема хвостохранилища пульпу отвальных хвостов предварительно направляют на установку сгущения и фильтрации 18. Фильтрат возвращают на драгу и землесосный снаряд, а сгущенные хвосты укладывают в хвостохранилище.

Таким образом, в замкнутой бессточной системе гидротехнических сооружений дражного котлована и хвостохранилища сосредоточивают основной технологический комплекс, связанный с добычей руды, обогащением и гидравлической укладкой хвостов.

Промышленное внедрение предлагаемого способа основано на применении совокупности известных способов и технических средств, используемых при разработке месторождений твердых полезных ископаемых.

Противофильтрационную завесу сооружают одним из известных способов, например, бурением скважин и закачиванием в водоносные горизонты тампонажного раствора.

Вскрытие рудного тела котлованом осуществляют открытыми горными работами карьером или гидромеханизированным способом землесосными снарядами, в том числе с черпаковым добывающим аппаратом, используемыми в гидротехническом строительстве.

Гидродобычные работы проводят с применением методов и технических средств скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых, бурения скважин большого диаметра лопастными долотами или других вариантов. Гидродобычные агрегаты размещают на рабочих площадках переоборудованных современных электрических драг, со снятым оборудованием черпаковой рамы и черпаков.

Технологическое оборудование для обогащения алмазов устанавливают по опыту компоновки алмазоизвлекательных драг, разрабатывающих россыпные месторождения.

С учетом особенности региона строительство хвостохранилища и организацию замкнутого оборотного водоснабжения выполняют по типовым проектным решениям.

Реализация предлагаемого способа позволит в короткие сроки, безопасно и высокорентабельно приступить к разработке коренных месторождений алмазов в сложных природных и горнотехнических условиях с меньшим вредным воздействием на окружающую среду.

Способ может применяться для разработки алмазоносных кимберлитовых трубок, сложенных кимберлитами низкой и средней крепости, а также крупных глубокозалегающих (погребенных) россыпных месторождений.