способ разработки месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий выделение по данным геологоразведочных работ рабочего горизонта, бурение добычных скважин, размыв снизу вверх и гидроподъем слабых полезных ископаемых залежи из рабочего горизонта, обрушение и магазинирование крепких крупнообломочных руд залежи, обрушение кровли образующихся пустот, отличающийся тем, что выделение рабочего горизонта выполняют с учетом заданной высоты зоны обрушения, при размыве руд формируют камеры и целики, отработку целиков ведут по схеме камер, а замагазинированные крупнообломочные руды дезинтегрируют и ведут их гидродобычу с закладкой выработанного пространства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке мощных месторождений из неоднородных по прочности полезных ископаемых.

Известен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающий бурение добычных скважин, размыв и гидроподъем руд залежи с формированием камер и целиков, обрушение целиков и кровли, магазинирование руды целиков и последующую их отработку, причем размыв камер ведут от рудного массива в направлении целиков до момента их обрушения (см. авторское свидетельство СССР №630421, МПК Е 21 С 45/00, публ. 1978).

Недостатком известного способа является то, что при отработке мощных месторождений происходит неизбежное обрушение перекрывающих горных пород, засорение полезного ископаемого, потеря заключенных в перекрывающих толщах ценных полезных ископаемых и (или) горизонтов подземных вод, а также разрушение технологических колонн труб в добычных скважинах.

Известен также способ разработки месторождений, сложенных породами различной крепости, содержащий выделение по данным геологоразведочных работ рабочего горизонта, бурение добычных скважин, размыв снизу вверх и гидроподъем слабых руд залежи, обрушение и магазинирование крепких крупнообломочных руд залежи, обрушение кровли образующихся пустот, причем бурят добычные скважины в рыхлые части залежи, отработку ведут по всему шахтному полю с посадкой кровли, после гидроподъема слабых руд залежи проводят вертикальный или наклонный ствол в боковых породах и, по меньшей мере, одну вскрывающую выработку от ствола для отработки крепких руд залежи (см. патент РФ №2021513, МПК Е 21 С 45/00, публ. 1994).

Недостатками способа, принятого за прототип, являются: неизбежное обрушение при отработке мощных залежей перекрывающих горных пород с потерей заключенных в них ценных полезных ископаемых и (или) подземных вод; необходимость проведения дорогостоящих работ по проходке горных выработок, осушению месторождения и упрочнению зоны обрушения; высокая вероятность аварийного разрушения технологических колонн добычных скважин в результате горизонтальных смещений горных масс.

Задача изобретения - создание экономичного способа разработки, обеспечивающего полноту выемки полезного ископаемого из мощных неоднородных по прочности залежей с сохранением естественного залегания перекрывающих горных пород.

Поставленная задача достигается тем, что в способе разработки месторождений полезных ископаемых, включающем выделение по данным геологоразведочных работ рабочего горизонта, бурение добычных скважин, размыв снизу-вверх и гидроподъем слабых руд залежи, обрушение и магазинирование более крепких крупнообломочных полезных ископаемых залежи, обрушение кровли образующихся пустот, выделение рабочего горизонта выполняют с учетом заданной высоты зоны обрушения, при размыве руд формируют камеры и целики, отработку целиков ведут по схеме камер, а замагазинированные крупнообломочные руды дезинтегрируют высоконапорными струями, взрывом, химическим или иным способом и ведут их гидродобычу с закладкой выработанного пространства.

Необходимость раздельной выемки полезных ископаемых различной прочности может определяться несколькими причинами: различием в содержании полезных и вредных компонентов, технологическими особенностями дезинтеграции и извлечения, различной энергетикой процессов гидродобычи, а также экономической целесообразностью.

На фиг.1-4 показаны схемы, иллюстрирующие последовательность отработки камеры из добычной скважины; на фиг.5 - состояние залежи при отработке целиков; на фиг.6 - схема расположения и один из вариантов порядка отработки камер, вид в плане.

Способ осуществляется в два этапа следующим образом. На первом этапе в пределах залежи по данным геологоразведочных работ выделяется рабочий горизонт в границах 1, содержащий слабые разновидности полезного ископаемого 2 среди более крепких 3. Мощность рабочего горизонта (m) и его пространственное положение могут определяться по результатам опытной эксплуатации, по данным моделирования, по методу аналогий, а также путем расчетов, например, из выражения

, где

М - заданная (допустимая) высота границы 4 зоны обрушения над основанием рабочего горизонта;

Кизвл - коэффициент извлечения руд из рабочего горизонта на первом этапе;

Краз - средний остаточный коэффициент разрыхления руд в зоне обрушения.

Во всех случаях вертикальная мощность рабочего горизонта должна уточняться в процессе эксплуатации.

Залежь вскрывают с поверхности рядами скважин 5, которые бурятся через перекрывающие залежь породы 6 до основания рабочего горизонта. Намеченные ряды скважин могут разбуриваться все или через один ряд. В последнем случае скважины пропущенных рядов бурят после отработки скважин тех рядов, которые были разбурены первыми. Скважины в рядах располагают с расчетом формирования равномерной квадратной или ромбической сети. Расстояние между добычными скважинами 5 определяют исходя из необходимости обеспечить смыкание зон обрушения соседних скважин.

Селективное извлечение слабых полезных ископаемых из каждой скважины производят с помощью гидродобычных устройств путем гидроразмыва и одновременного подъема пульпы на поверхность. Вначале отрабатывают нижний слой слабых полезных ископаемых с формированием камеры 7. Находящийся в его кровле слой крепкого полезного ископаемого, образующий мост, размывают или подрабатывают до превышения предельного устойчивого пролета и обрушают на дно камеры. Разрушенный материал 8 моста, а также встреченные внутри горизонта другие крепкие включения, магазинируют в нижней части камеры. Одновременно с обрушением моста вышележащий слой слабого полезного ископаемого сдвигается, происходит его разуплотнение, способствующее дальнейшему процессу добычи. По мере накопления обрушенного крупнообломочного материала гидродобычное устройство перемещается вверх. Таким же образом отрабатывают следующий горизонт и т.д. Процесс добычи продолжают до верхней границы рабочего горизонта; его кровля, представленная слабыми и крепкими полезными ископаемыми, обрушается путем подработки или иным способом.

Отработку скважин 5 вначале производят в первичных рядах А-Б и др. через одну скважину с формированием заполненных обрушенным материалом 6 камер первой очереди 9 и оставлением временных междукамерных целиков 10. Заполнение обрушенным обломочным материалом 8 обеспечивает устойчивость стенок камер и целиков. Это создает условия для успешной реализации процесса выемки целиков в условиях неустойчивых пород и неизбежных неровностей стенок, а также обеспечивает сохранность стволов и технологических колонн труб скважин, расположенных в целиках.

После отработки камер первой очереди производится выемка междукамерных целиков (камер второй очереди) 10 так же, как и камер первой очереди. В результате происходит смыкание зон обрушения на всем протяжении первичных рядов.

Между отработанными первичными рядами, на месте вторичных рядов скважин, формируются временные ленточные целики АБ-БВ и др. Их выемка производится в том же порядке, как и в первичных рядах: вначале отрабатываются скважины первой очереди 11, а затем - второй очереди 12, используя все отмеченные преимущества, которые обеспечиваются выемкой камер с последующим их заполнением обрушенным материалом. При отработке вторичных рядов возможно оставление междукамерных целиков 13, если это необходимо, исходя из горно-геологических условий, для гарантий устойчивого залегания горных пород выше заданной границы зоны обрушения 4.

Принятый способ выделения и отработки рабочего горизонта обеспечивает сохранение естественного залегания руды и перекрывающих горных пород 6 выше заданной границы зоны обрушения 4.

Описанный способ создания обрушенных камер внутри мощной залежи с обеспечением требований по сохранению естественного залегания перекрывающих руды осадочных толщ и сохранению расположенных в них водоносных горизонтов практически реализован при скважинной гидродобыче на месторождении богатых железных руд КМА, характеризующемся неоднородными по прочности рудами. Высота камер достигала 90 метров.

После селективной выемки слабых руд на месте рабочего горизонта или его определенного участка (в пределах блока, панели) образуется относительно однородная техногенная залежь обломочных руд.

Техногенная залежь отрабатывается на втором этапе. Она может, например, вскрываться через ранее пробуренные или дополнительно пробуренные добычные скважины, в зависимости от вновь возникших горно-геологических условий; обломочные руды дезинтегрируют высоконапорными струями, взрывом, химическим или другими способами и производят их добычу как рыхлых разновидностей полезных ископаемых с одновременной закладкой выработанного пространства, используя один из известных способов скважинной гидродобычи. После закладки выработанного пространства извлекаются целики, если они оставлялись при отработке вторичных рядов скважин.

Использование предлагаемого способа позволяет осуществить экономичную селективную выемку разновидностей полезного ископаемого, которые пригодны для скважинной гидродобычи, из мощной сложно построенной неоднородной по прочности залежи, в условиях ограничения величины зоны обрушения. Одновременно обеспечивается высокое извлечение полезного ископаемого путем приближения, в конечном счете, к сплошной площадной выемке, а также создаются благоприятные условия для работы гидродобычных устройств, в том числе для технологических колонн труб.