способ подземной разработки рудных месторождений в криолитозоне

Формула изобретения

1. Способ подземной разработки рудных месторождений в криолитозоне, включающий в себя подготовительные и нарезные работы, очистную выемку и закладку выработанного пространства хвостами обогащения с их замораживанием, отличающийся тем, что в период отрицательных температур наружного воздуха обезвоженные хвосты брикетируют и замораживают на поверхности, затем транспортируют и размещают в выработанном пространстве очистных блоков, а в период положительных температур наружного воздуха хвосты частично обезвоживают и подают по трубам в выработанное пространство, ранее заложенное замороженными брикетами, для заполнения межбрикетного пространства с последующим замораживанием созданного двухфазного закладочного массива за счет отрицательных температур горных пород.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение объемов добычи руды в период отрицательных и положительных температур наружного воздуха определяется из выражения



где V_Л и V_З- объем добычи руды в период положительных и отрицательных температур наружного воздуха соответственно, м³;

K_ВЛ - коэффициент, учитывающий количество воды в хвостах обогащения;

K_З - коэффициент заполнения выработанного пространства замороженными брикетами;

K_ИЗ - объемный коэффициент извлечения при обогащении руды.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при применении геотехнологии со сплошной выемкой руды по простиранию жилы расстояние между точками разгрузки в выработанное пространство замороженных брикетов и заливки пульпы из текущих хвостов обогащения определяют из выражения



где L₀ - расстояние между точками разгрузки в выработанное пространство замороженных брикетов и жидких хвостов обогащения, м;

h_a - активная высота этажа, м;

₁ - угол растекания пульпы из частично обезвоженных хвостов обогащения в пределах насыпного массива из замороженных брикетов, град.;

- угол естественного откоса насыпного массива из замороженных брикетов, град.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что при применении геотехнологии со сплошной выемкой руды по простиранию жилы передняя кромка непрерывного закладочного массива из замороженных брикетов на уровне почвы верхней подготовительной выработки отстает от фронта очистной выемки на величину L ₁, определяемую из выражения



где - начальная скорость отброса кусков при взрыве, м/с;

m_н - нормальная выемочная мощность, м;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

- угол падения жилы, град.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к подземной разработке рудных месторождений в криолитозоне.

Известен способ разработки месторождений с породной закладкой выработанного пространства [1]. Недостатком данного способа, применительно к условиям криолитозоны, является необходимость дополнительных затрат на получение и подготовку закладочного материала при одновременном формировании на земной поверхности хвостохранилищ, емкость которых практически равна объему годовой добычи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки месторождений полезных ископаемых с льдопородной закладкой [2]. Недостатком данного способа является использование в качестве наполнителя льдопородной закладки либо пустых пород, либо специально получаемого щебня и сохранение при этом на земной поверхности хвостохранилищ в полном объеме.

Целью изобретения является повышение экологической безопасности освоения рудных месторождений в криолитозоне за счет возврата в выработанное пространство твердых отходов обогащения, их утилизация путем восстановления в выработанном пространстве массива вечной мерзлоты.

Указанная цель достигается тем, что в период отрицательных температур наружного воздуха полностью обезвоженные хвосты обогащения брикетируют и замораживают на поверхности, затем транспортируют и размещают в выработанном пространстве очистных блоков, а в период положительных температур наружного воздуха хвосты частично обезвоживают и подают по трубам в выработанное пространство этих блоков, ранее заложенное замороженными брикетами, для заполнения межбрикетного пространства с последующим замораживанием всего закладочного массива за счет природного отрицательного температурного ресурса вмещающих пород и привнесенного отрицательного наружного температурного ресурса замороженных на поверхности брикетов. При этом полноту размещения хвостов обогащения в создаваемом на стадии очистной выемки выработанном пространстве обеспечивают тем, что объемы добычи руды в период отрицательных и положительных температур наружного воздуха определяют из соотношения

где V_Л и V₃ - объем добычи руды в период положительных и отрицательных температур наружного воздуха соответственно, м³; К_ВЛ - коэффициент, учитывающий количество воды в хвостах обогащения; К₃ - коэффициента заполнения выработанного пространства замороженными брикетами; К_И3 - объемный коэффициент извлечения при обогащении руды.

При использовании геотехнологии со сплошной выемкой руды по простиранию без разделения на очистные блоки полноту заполнения межблокового пространства пульпой из хвостов обогащения обеспечивают тем, что расстояние между точками разгрузки в выработанное пространство замороженных брикетов и заливки пульпы из текущих хвостов обогащения определяют из выражения

где L₀ - расстояние между точками разгрузки в выработанное пространство замороженных брикетов и жидких хвостов обогащения, м; h_a - активная высота этажа, м; ₁ - угол растекания пульпы из частично обезвоженных хвостов обогащения в пределах насыпного массива из замороженных брикетов, град.; - угол естественного откоса насыпного массива из замороженных брикетов, град.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана технологическая схема процесса восстановления из твердых отходов обогащения массива вечной мерзлоты в выработанном пространстве за счет использования климатического и геологического ресурса отрицательных температур при отработке жил с блоковым магазинированием руды; на фиг.2 показана аналогичная технологическая схема при сплошной отработке жил по простиранию.

Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых в криолитозоне содержит вскрывающие выработки 1, этажные подготовительные выработки - верхнюю 2 и нижнюю 3, фланговые восстающие 4, очистные блоки 5, отрабатываемые одной из известных геотехнологий, например, с магазинированием руды 6, закладываемые в период отрицательных температур наружного воздуха замороженными обезвоженными брикетированными хвостами обогащения - закладочными брикетами 7, а в период положительных температур наружного воздуха - текущими хвостами обогащения 8 обогатительной фабрики 9, подштрековые целики 10 с закладочными окнами в них 11, днище 12 очистных блоков 5 с выпускными отверстиями 13, междублоковые целики 14 с вентиляционными окнами 75; площадку замораживания 16 брикетированных хвостов обогащения - закладочных брикетов 7, трубопровод 17 для перекачки частично обезвоженных хвостов обогащения 8 в очистные блоки 5 по одной из выработок, например, по закладочной скважине 18; пресс-фильтр 19 необходимой производительности и вальцовый пресс 20 для брикетирования кеков 21 после пресс-фильтра 19, погрузо-доставочную машину 22, двухфазный закладочный массив 23, подэтажные штреки 24, отбитую руду 25, выработанное пространство при сплошной выемке 26, фронт очистной выемки 27, непрерывный закладочный массив из брикетов 28, переднюю кромку непрерывного насыпного закладочного массива 29, точку заливки частично обезвоженных хвостов обогащения 30, скважины для отбойки руды 31.

Способ реализуют следующим образом. После проведения вскрывающих выработок 1, верхней 2 и нижней 3 подготовительных выработок, подготовки днища 12 очистных блоков 5 и проходки фланговых восстающих 4 начинают очистную выемку руды в подготовленных очистных блоках с применением одного из известных способов - с магазинированием руды, прирезками по простиранию с отбойкой руды из восстающих или подэтажных штреков - отбитую руду 25 в блоках 5 через выпускные отверстия 13 днища 12 грузят в транспортные сосуды - например, погрузо-доставочные машины 22 и по вскрывающим выработкам 1 выдают на поверхность и перерабатывают на обогатительной фабрике 9. Текущие хвосты обогащения в период отрицательных температур обезвоживают на пресс-фильтрах 19, на вальцовых прессах 20 полученные кеки 21 брикетируют и замораживают на площадке замораживания 16. Замороженные закладочные брикеты 7 грузят в транспортные сосуды - например, погрузо-доставочные машины 22 и доставляют по вскрывающим выработкам 1 и верхним подготовительным выработкам 2 к отработанным очистным блокам 5 и заполняют выработанное пространство этих блоков через загрузочные окна 11 в подштрековых целиках 10. В период положительных температур наружного воздуха текущие хвосты обогащения фабрики 9 подвергают частичному обезвоживанию на пресс-фильтрах 19 до консистенции, предельной по условиям гидротранспорта, и по трубопроводу 18, через вскрывающие выработки 1, верхнюю подготовительную выработку 2 и загрузочные окна 11 в подштрековом целике 10 подают в заполненные замороженными брикетами 7 очистные блоки 5. После заполнения всего объема межбрикетного пространства и всех пустот очистного пространства блока 5 созданный двухфазный закладочный массив 23 замораживают за счет температурного ресурса горных пород криолитозоны и тем самым восстанавливают в выработанном пространстве массив вечной мерзлоты, в котором утилизированы твердые отходы горно-обогатительного передела.

Необходимость создания на поверхности хвостохранилищ и задалживания под это части территории биоты экосистемы будет полностью устранена, если соотношение объемов добычи руды в периоды отрицательных и положительных температур наружного воздуха будут связаны между собой следующим соотношением

где V_Д и V₃ - объем добычи руды в период положительных и отрицательных температур наружного воздуха соответственно, м³; К_ВЛ - коэффициент, учитывающий количество воды в хвостах обогащения; K₃ - коэффициента заполнения выработанного пространства замороженными брикетами; К_И3 - объемный коэффициент извлечения при обогащении руды.

Если добычу руды ведут системами со сплошной выемкой по простиранию с отбойкой скважинами 31, например, из подэтажных штреков 24, то заполнение выработанного пространства 26 в период отрицательных температур производят путем непрерывного наращивания, вслед за подвиганием фронта очистной выемки 27, непрерывного закладочного массива 28 из замороженных закладочных брикетов 7, передняя кромка 29 которого на уровне почвы верхней подготовительной выработки 2 отстает от фронта очистной выемки 27 на расстояние L₁ , определяемое из выражения

где к_в=0,995 - коэффициент сопротивления воздуха; - начальная скорость отброса кусков при взрыве, м/сек; m_н - нормальная выемочная мощность, м; g - ускорение свободного падения, м/сек²; - угол падения жилы, град.;

а точка заливки 30 в период положительных температур наружного воздуха в этот насыпной закладочный массив 28 частично обезвоженных хвостов обогащения, подаваемых по трубопроводу 17, отстает от передней кромки 29 непрерывного насыпного закладочного массива на расстояние l₀, определяемое из выражения

где L₀ - расстояние между точками разгрузки в выработанное пространство замороженных брикетов и жидких хвостов обогащения, м; h_a - активная высота этажа, м; ₁ - угол растекания пульпы из частично обезвоженных хвостов обогащения в пределах насыпного массива из замороженных брикетов, град.; - угол естественного откоса насыпного массива из замороженных брикетов, град.

Перечень последовательностей

1 - вскрывающая выработка,

2 - верхняя этажная подготовительная выработка,

3 - нижняя этажная подготовительная выработка,

4 - фланговые восстающие,

5 - очистные блоки,

6 - геотехнология с магазинированием руды,

7 - закладочные брикеты,

8 - текущие хвосты обогащения,

9 - обогатительная фабрика,

10 - подштрековые целики,

11 - закладочные окна,

12 - днище очистного блока,

13 - выпускные отверстия,

14 - междублоковые целики,

15 - вентиляционные окна,

16 - площадка замораживания,

17 - трубопровод,

18 - закладочная скважина,

19 - пресс-фильтр,

20 - вальцовый пресс,

21 - брикетированные кеки,

22 - погрузо-доставочная машина,

23 - двухфазный закладочный массив,

24 - подэтажные штреки,

25 - отбитая руда,

26 - выработанное пространство при сплошной выемке,

27 - фронт очистной выемки,

28 - непрерывный закладочный массив из брикетов,

29 - передняя кромка непрерывного насыпного закладочного массива,

30 - точка заливки частично обезвоженных хвостов обогащения,

31 - скважины для отбойки руды.

Источники информации

1. Попов Г.Н. Технология и комплексная механизация разработки рудных месторождений. - М.: Недра, 1970. - Рис.122.

2. Кривошеев И.С., Жук В.Г., Погребной Л.Г. и др. О возможности применения льдопородной закладки при разработке крутопадающих рудных тел в условиях вечной мерзлоты // Колыма. - 1977. - № 5. - С.12-15.