способ осушения трубкообразного месторождения полезных ископаемых

Формула изобретения

1. Способ осушения трубкообразного месторождения полезных ископаемых, включающий сбор вокруг месторождения подземных вод с образованием депрессионной воронки и отвод их от месторождения по водоподъемным скважинам с помощью насосов, например погружных, на дневную поверхность, отличающийся тем, что до перехода от открытой разработки месторождения к подземной предварительно проходят в водонепроницаемых породах замкнутую вокруг трубкообразного месторождения выработку и бурят из нее веера восстающих дренажных скважин, сооружают водоприемную камеру, отделяя ее герметичной перемычкой от предварительно пройденной, направленной наружу от замкнутой выработки соединительной выработки, а устье каждой восстающей дренажной скважины герметично соединяют трубопроводом с водоприемной камерой, прокладывая его по ранее пройденным выработкам, причем водоподъемные скважины сооружают в пределах водоприемной камеры, обеспечивая с ней гидравлическую связь.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отвод подземных вод от месторождения до дневной поверхности осуществляют в два этапа, для чего сооружают дополнительную водоприемную камеру, которую выполняют в зоне водоподъемных скважин у придонной части карьера, проходя предварительно «мокрую» штольню с расположением входа в нее выше дна карьера и последующего перекрытия его дренажным слоем, выше «мокрой» штольни проходят «сухую» штольню с пересечением ею в средней части «мокрой» штольни, из основной водоприемной камеры бурят восстающие водоотливные скважины в «сухую» штольню, затем подземные воды из основной водоприемной камеры подают с помощью насосов по водоотливным скважинам в «сухую» штольню, обеспечивая их доставку по «мокрой» штольне в дополнительную водоприемную камеру самотеком совместно с периодически проходящими фильтрацию дренажным слоем поверхностными водами, а также обеспечивая выпуск в атмосферу растворенного в подземных водах по крайней мере одного газа через «сухую» штольню.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно при осушении газосодержащего водоносного пласта в зоне трубкообразного полезного ископаемого после окончания его открытой разработки и перехода на подземную.

Известен комбинированный способ осушения нетрубкообразных месторождений полезных ископаемых при их открытой (карьерной) разработке (SU 1794997, E02D 19/10, 15.02.1993), включающий бурение восстающих скважин из горной выработки и нисходящих скважин из уступов карьеров, дробление породы с образованием дренажной зоны, сообщающейся с восстающей скважиной, обеспечивающей регулированный отвод подземных вод, гидравлическое соединение нисходящих скважин между собой и с дренируемой зоной, причем нисходящие скважины бурят с перебуром ниже подошвы каждого нижележащего уступа, а с подкарьерной части уступа их бурят на глубину 25-30 м ниже динамического уровня подземных вод. Недостатком этого известного способа является высокая стоимость дренажа.

Известен также способ осушения трубкообразного месторождения полезных ископаемых, залегающих в многолетнемерзлых грунтах, включающий сбор вокруг месторождения подземных вод, отвод их от месторождения и сброс в водоприемник, причем перед сбросом подземных вод осуществляют образование на поверхности многолетнемерзлых грунтов выемки глубиной 10-20 м на расстоянии от месторождения, определяемо зависимостью, являющейся функцией коэффициентов фильтрации в горизонтальном и вертикальном направлениях и расстояния от дна выемки до поверхности подземных вод. Недостатком этого известного способа является образование выемки, накопление в ней вод и проникновение их в толщу пород с дальнейшей их циркуляцией в водоносный горизонт. Тем самым исключается возможность образования депрессионной воронки и осушение рудника.

Известен принятый в качестве прототипа способ осушения трубкообразного месторождения полезных ископаемых (SU 977582, E02D 19/10, 30.11.1982), включающий сбор вокруг месторождения подземных вод с образованием депрессионной воронки, отвод их от месторождения, бурение водопоглощающих скважин в одну линию перпендикулярно радиусу депрессионной воронки и введение в них свободным наливом подземных вод с возвращением последних к месторождению по водоносному горизонту с частичной задержкой за счет образования линейной зоны пониженной водопроницаемости. Недостаток известного способа состоит в том, что он является повышенно-затратным при открытой разработке месторождения и становится экономически неприемлемым при подземной стадии его разработки.

Задачей изобретения является создание такого способа осушения трубкообразного месторождения полезных ископаемых, который позволял бы безопасно удалять газ из газосодержащего водоносного пласта при одновременном уменьшении стоимости дренажных работ, выполняемых с переходом от открытой разработки месторождения к подземной.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата способ осушения трубкообразного месторождения полезных ископаемых включает сбор вокруг месторождения подземных вод с образованием депрессионной воронки и отвод их от месторождения по водоподъемным скважинам с помощью насосов на дневную поверхность.

Отличительной особенностью патентуемого способа является то, что до перехода от открытой разработки месторождения к подземной предварительно проходят в водонепроницаемых породах замкнутую вокруг трубкообразного месторождения выработку и бурят из нее веера восстающих дренажных скважин, сооружают водоприемную камеру, отделяя ее герметичной перемычкой от предварительно пройденной, направленной наружу от замкнутой выработки соединительной выработки, а устье каждой восстающей дренажной скважины герметично соединяют трубопроводом с водоприемной камерой, прокладывая его по ранее пройденным выработкам, причем водоподъемные скважины сооружают в пределах водоприемной камеры, обеспечивая с ней гидравлическую связь.

Для возможности откачки атмосферных осадков со дна карьера и уменьшения нагрузки на предохранительный целик ниже дна карьера отвод подземных вод от месторождения до дневной поверхности осуществляют в два этапа, для чего сооружают дополнительную водоприемную камеру, которую выполняют в зоне водоподъемных скважин у придонной части карьера, проходя предварительно «мокрую» штольню с расположением входа в нее выше дна карьера и последующего перекрытия его дренажным слоем, выше «мокрой» штольни проходят «сухую» штольню с пересечением ею в средней части «мокрой» штольни, из основной водоприемной камеры бурят восстающие водоотливные скважины в «сухую» штольню, затем подземные воды из основной водоприемной камеры подают с помощью насосов по водоотливным скважинам в «сухую» штольню, обеспечивая их доставку по «мокрой» штольне в дополнительную водоприемную камеру самотеком совместно с периодически проходящими фильтрацию дренажным слоем поверхностными водами, а также обеспечивая выпуск в атмосферу растворенного в подземных водах по крайней мере одного газа через «сухую» штольню.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - фаза окончания проходки замкнутой вокруг трубкообразного месторождения полезного ископаемого выработки (часть вертикального сечения);

на фиг.2 - то же, сечение А-А на фиг.1;

на фиг.3 - фаза окончания сооружения водосбросных восстающих дренажных скважин и напорного герметичного трубопровода (часть вертикального сечения);

на фиг.4 - то же, разрез Б-Б на фиг.3;

на фиг.5 - то же, часть вертикального разреза по дренажной скважине;

на фиг.6 - промежуточная фаза бурения одной из водоподъемных скважин (часть вертикального разреза);

на фиг.7 - фаза окончания сооружения водоприемной герметичной камеры (часть вертикального разреза);

на фиг.8 - фаза осушения трубкообразного рудного тела перед его подземной разработкой (часть вертикального разреза);

на фиг.9 - то же (модификация с двухэтапным отводом подземных вод).

Предлагаемый способ осушения трубкообразного месторождения полезных ископаемых заключается в следующем.

После окончания открытой разработки трубкообразного месторождения 1 (фиг.1 и 2) полезного ископаемого 2, например руды, и проходки двух шахтных стволов (на чертеже не показано) для возможного перехода на подземную стадию разработки в водонепроницаемых породах 3, расположенных ниже газосодержащего водоносного пласта 4, с оставлением подлежащей подземной отработке (с учетом предохранительного целика 2а) части 5 полезного ископаемого 2 под дном 6 карьера 7 проходят подготовительную выработку 8 (от шахтных стволов) и дренажную выработку 9, замкнутую, например кольцевую, вокруг месторождения 1 полезного ископаемого 2. Из выработки 9 (фиг.3 и 4) бурят веера 10 восстающих водосбросных скважин 11 в водоносный пласт 4. Скважины 11 оборудуют обсадными трубами 12 с фильтрами 13 и кондукторами 14 с запорной арматурой 15 (фиг.5).

С дневной поверхности 16 на минимально допустимом по безопасности расстоянии L от края 17 карьера 7 бурят линейный с шагом t ряд вертикальных водоподъемных скважин 18 с помощью известного бурового оборудования 18а (фиг.6). Проходят наружу от замкнутой дренажной выработки 9 соединительную выработку 9а с пересечением водоподъемных скважин 18 и вокруг них оборудуют водоприемную камеру 19 (фиг.4 и 7), которую отделяют от соединительной выработки 9а герметичной (газонепроницаемой) перемычкой 19а. В водоприемную камеру 19 вводят через перемычку 19а конец напорного герметичного трубопровода 20, включающего прямолинейный участок 21, гидравлически связанный через коллектор 22 с выпускными трубами 23 кондукторов 14 (фиг.5). Водоподъемные скважины 18 оборудуют обсадными трубами 18б и насосными трубами 18в с погружными насосами 24 (фиг.7), которые размещают в водоприемной камере 19. Все оборудование и трубопроводы имеют антикоррозионное исполнение.

При открытых задвижках 15а запорной арматуры 15 кондукторов 14 дренажная газосодержащая вода 25 из водоносного пласта 4 через водосбросные скважины 11 по герметичному трубопроводу 20 поступает в водоприемную камеру 19, а из нее с помощью погружных насосов 24 ее откачивают на дневную поверхность 16, где основное количество газа 26 (сероводород, метан и др.) попадает через открытый торец 27 каждой обсадной трубы 18б в атмосферу, а воду 28 (с незначительным количеством растворенного газа) по трубопроводу 29 направляют в бассейн (на чертеже не показано) с последующей закачкой в водоносный пласт 4 при необходимости. В результате водопонижения, когда вокруг месторождения 1 образуется депрессионная воронка 30 (фиг.8), возможен переход к безопасной подземной добыче части 5 полезного ископаемого 2.

Возможна модификация предложенного способа осушения (фиг.9), состоящая в том, что производят двухэтапное удаление дренажной воды 25 от месторождения 1 на дневную поверхность 16, сооружая дополнительную водоприемную камеру 31. Для этого предварительно у придонной части 32 карьера 7 проходят две штольни 33 и 34 - «сухую» и «мокрую» соответственно. Причем вход 35 в «мокрую» штольню 34 выше дна 6 карьера 7 (на расстоянии h от дна) и перекрывают его дренажным слоем 36, например, из щебня определенной фракции. Выше «мокрой» штольни 34 проходят «сухую» штольню 33 с пересечением ею средней части «мокрой» штольни 34. Из «мокрой» штольни 34 сооружают дополнительную водоприемную камеру 31, которую гидравлически соединяют с пробуренными с дневной поверхности 16 водоприемными скважинами 18, оборудованными обсадными трубами 18б и погружными насосами 24 с насосными трубами 18в. Последние на дневной поверхности 16 соединяют с трубопроводом 29. Из основной водоприемной камеры 19 бурят восстающие водоотливные скважины 38 в «сухую» штольню 33. Наклонные водоотливные скважины 38 оборудуют обсадными трубами 38а и насосными трубами 38б с погружными насосами 39.

При осушении по модифицированному способу дренажная газосодержащая вода 25 из водоносного пласта 4 по водосбросным дренажным скважинам 11 и герметичному трубопроводу 20 попадает в основную герметичную водоприемную камеру 19, из которой с помощью погружных насосов 39 ее подают по насосным трубам 38б водоотливных скважин 38 в «сухую» штольню 33. Газ 26 из газосодержащей воды 25 попадает через выход 40 «сухой» штольни 33 в атмосферу карьера 7, а вода 28 самотеком поступает по участкам 41 и 42 «сухой» и «мокрой» штолен 33 и 34 соответственно в дополнительную камеру 31, откуда ее с помощью погружных насосов 24 по насосным трубам 18в водоподъемных скважин 18 подают на дневную поверхность 16, где она попадает в бассейн (аналогично вышеописанному). В результате осушения вокруг месторождения образуется депрессионная воронка 30. При заполнении придонной части 32 карьера 7 водой 43, образовавшейся в результате атмосферных осадков, последняя при превышении ее уровня на размер h (который выбирается с учетом возможного слоя илистых наносов 44 и минимальности по мощности охранного целика) поступает в «мокрую» штольню 34 через ее вход 35, фильтруясь через дренажный слой 36. По «мокрой» штольне 33 вода 43 самотеком попадает в дополнительную камеру 31, откуда ее погружными насосами 24 подают на дневную поверхность 16 (в трубопровод 29).

Использование предлагаемого способа осушения позволит при наличии только одного вышележащего водоносного горизонта обеспечить безопасную подземную разработку трубкообразных месторождений полезных ископаемых несколькими этажами.