способ комбинированной разработки кимберлитовых трубок

Формула изобретения

1. Способ комбинированной разработки кимберлитовых трубок, включающий в себя вскрытие, горно-капитальные, подготовительные, нарезные и очистные работы с полной или частичной закладкой выработанного пространства, отличающийся тем, что, с целью создания благоприятных условий для эффективной, безопасной и полной отработки запасов всех частей кимберлитовых трубок, для ослабления или исключения негативного влияния геофакторов на добычные работы и снижения их экологических последствий очистные работы ведут в три стадии: на первой стадии производят вскрытие запасов трубки одним из известных способов, вынимают приповерхностную часть раструба кимберлитовой трубки в пределах ее геологического контура открытыми горными работами на глубину Н_к, которая определяется из выражения



где V_гкр и V_в - соответственно объем пустых пород от проходки вскрывающих выработок на подземной части месторождения и вскрышных пород от строительства карьера, м³;

к_p - коэффициент разрыхления пород, ед.;

r_п - средний радиус раструба трубки на земной поверхности, м;

- угол наклона боковой стороны раструба,

и создают закладкой выработанного пространства карьера пустыми породами от проходки вскрывающих выработок на подземной части месторождения и вскрышными породами от строительства карьера приповерхностный искусственный ограждающий массив - льдопородный в криолитозоне или породно-цементный в зоне положительных среднегодовых температур, на второй стадии, под защитой приповерхностного искусственного ограждающего массива, отрабатывают запасы вулканического канала трубки и центральной части ее раструба, имеющей в горизонтальном сечении форму и размеры вулканического канала, путем разделения отрабатываемого рудного тела по вертикали на выемочные единицы горизонтальными искусственными ограждающими массивами, из которых один обязательно возводят на уровне перехода раструба в вулканический канал, возведения по внешнему контуру выемочных единиц вертикальных искусственных ограждающих массивов, отделяющих рудное тело от вмещающих пород в пределах вулканического канала и цилиндрическую часть раструба от конической, деления выемочных единиц на очистные блоки возведением системы вертикальных искусственных разделительных массивов и выемки запасов внутри контура ограждающего массива известными технологиями, на третьей стадии отрабатывают запасы конической части раструба путем возведения наклонного искусственного ограждающего массива на внешней границе раструба и выемки запасов внутри этого контура вертикальными слоями переменной высоты, либо горизонтальными слоями переменной ширины с использованием известных геотехнологий.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую и третью стадии меняют местами во времени.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе отрабатывают открытым способом все запасы раструба трубки, приповерхностный искусственный ограждающий массив - льдопородный или породно-цементный - создают в донной части выработанного пространства карьера с вертикальной толщиной Н_м, определяемой по формуле:



где r_к - средний радиус вулканического канала трубки, м,

остальной объем выработанного пространства над льдопородным или породно-цементным искусственным ограждающим массивом заполняют обезвоженными хвостами обогащения или другими твердыми отходами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к комбинированной разработке месторождений алмазоносных кимберлитов, представленных кимберлитовыми трубками, состоящими из раструба в верхней части, протяженного вертикального вулканического канала и корневой части.

Известен способ комбинированной разработки месторождений, заключающийся в одновременной или последовательной отработке запасов месторождения открытым и подземным способами [1]. Недостатком данных способов, применительно к условиям кимберлитовых трубок, является плохо решаемая проблема перехода от открытых работ к подземным, требующая оставления значительных запасов руды в подкарьерном предохранительном целике, ограничения по выбору систем разработки подземной части, обусловленные накоплением в пространстве отработанного карьера огромных объемов легкоподвижного материала (вода, пульпа, рассолы), а также незащищенность подземных горных работ от выделений флюидонесущих природных коллекторов во вмещающих породах (при их наличии).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых, содержащий подготовительные, нарезные и очистные работы, проводимые в несколько стадий, включающие выемку части рудного тела оконтуривающими и разделительными выработками с последующим возведением оконтуривающих и разделительных искусственных массивов путем заполнения этих выработок высокопрочной закладкой с предварительным армированием или без него, разбиение рудного тела на выемочные единицы и отрабатываемые участки, их отработку и закладку выработанного пространства [2]. Недостатком данного способа, применительно к особенностям геологии и условиям разработки кимберлитовых трубок, является невозможность применения для полной выемки запасов раструба рудных тел.

Целью изобретения является создание условий для эффективной и безопасной отработки запасов всех частей кимберлитовой трубки, исключение или ослабление негативного влияния геофакторов, а также снижение экологических последствий освоения месторождений.

Указанная цель достигается тем, что разработку кимберлитовой трубки ведут в три стадии: на первой стадии производят вскрытие запасов трубки, вынимают открытыми горными работами приповерхностную часть запасов раструба трубки в пределах ее геологического контура на глубину Н_к, позволяющую в дальнейшем разместить в выработанном пространстве карьера весь объем пустых пород от проходки вскрывающих выработок на подземной части месторождения V_ГКР, а также весь объем вскрышных пород от строительства карьера V_B. Эта глубина определяется из выражения:

где V_гкр и V_в - соответственно объем пустых пород от проходки вскрывающих выработок на подземной части месторождения и вскрышных пород от строительства карьера, м³;

к_р - коэффициент разрыхления пород, ед.;

r_п - средний радиус раструба трубки на земной поверхности, м;

- угол наклона боковой стороны раструба, град.

В образованном таким образом выработанном пространстве методом послойного заполнения формируют приповерхностный ограждающий искусственный массив - льдопородный в криолитозоне или породно-цементный в зоне положительных среднегодовых температур; на второй стадии, под защитой этого массива, отрабатывают запасы вулканического канала трубки и центральной части ее раструба, имеющей в горизонтальном сечении форму и размеры вулканического канала, путем разделения отрабатываемой части рудного тела по вертикали на выемочные единицы горизонтальными искусственными ограждающими массивами, из которых один обязательно возводят на уровне перехода раструба в вулканический канал, возведения по внешнему контуру выемочных единиц вертикальных искусственных ограждающих массивов, отделяющих рудное тело от вмещающих пород в пределах вулканического канала и цилиндрическую часть раструба от конической, деления выемочных единиц на очистные блоки возведением системы вертикальных искусственных разделительных массивов и выемки запасов очистных блоков известными геотехнологиями; на третьей стадии отрабатывают запасы конической части раструба путем возведения наклонного искусственного ограждающего массива на внешней геологической границе раструба и выемки запасов внутри этого контура вертикальными слоями переменной высоты либо горизонтальными слоями переменной ширины с использованием известных технологий.

При недостаточной устойчивости рудного массива в пределах раструба или невозможности возведения в нем вертикального искусственного ограждающего массива по другим причинам второй и третий этапы меняют местами во времени и отрабатывают сначала коническую часть запасов раструба, а затем - его цилиндрическую часть.

При необходимости интенсификации разработки месторождения на первом этапе отрабатывают открытым способом все запасы раструба трубки в ее геологических границах, создают в донной части выработанного пространства карьера льдопородный или породно-цементный ограждающий искусственный массив с вертикальной толщиной Н_м, определяемой по формуле:

где r_к - средний радиус вулканического канала трубки, м.

Остальной объем выработанного пространства над льдопородным или породно-цементным ограждающим искусственным массивом заполняют обезвоженными хвостами обогащения или другими твердыми отходами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны вскрытие запасов кимберлитовой трубки и открытая разработка приповерхностной части запасов раструба. На фиг.2 показано формирование приповерхностного оконтуривающего искусственного массива. На фиг.3 показана подземная отработка запасов вулканического канала, цилиндрической и конической частей рудного тела в пределах раструба. На фиг.4 показана опережающая подземная отработка запасов конической части раструба. На фиг.5 показана отработка всех запасов раструба открытыми горными работами, создание в донной части выработанного пространства горизонтального искусственного ограждающего массива и заполнение остальной части этого пространства твердыми отходами.

Комбинированная разработка месторождений содержит раструб кимберлитовой трубки 1, вулканический канал кимберлитовой трубки 2, вертикальный ствол 3, этажные квершлаги 4, спиральный съезд 5, запасы приповерхностной части раструба 6, геологический контур трубки 7, карьер 8, временный породный отвал 9, приповерхностный искусственный ограждающий массив 10, центральную часть раструба 11, горизонтальные искусственные ограждающие массивы 12, горизонтальный искусственный ограждающий массив, разделяющий раструб и вулканический канал 13, выемочные единицы 14, вертикальный искусственный ограждающий массив 15, вертикальные искусственные разделительные массивы 16, очистные блоки 17, коническую часть раструба 18, наклонный искусственный ограждающий массив 19, вертикальные слои 20, горизонтальные слои 21, обезвоженные хвосты обогащения 22 и другие твердые отходы 23, применяемые для заполнения выработанного пространства карьера 8.

Способ реализуется следующим образом. После вскрытия запасов трубки, состоящей из вулканического канала 2, одним из известных способов, например вертикальным стволом 3, этажными квершлагами 4 и спиральным съездом 5 или одновременно с их проведением, запасы приповерхностной части 6 раструба 1 в пределах его геологического контура 7 отрабатывают карьером 8 на глубину Н_к, которая определяется по формуле:

где V_гкр и V_в - соответственно объем пустых пород от проходки вскрывающих выработок на подземной части месторождения и вскрышных пород от строительства карьера, м³;

к_р - коэффициент разрыхления пород, ед.;

r_п - средний радиус выемки карьера на уровне земной поверхности, м;

- угол наклона боковой стороны раструба, град.

Пустые породы при этом размещают во временных породных отвалах 9 (фиг.1). После окончания открытых горных работ в выработанном пространстве карьера 8 из пустых пород, находящихся во временном породном отвале 9, создают одним из известных методов, например методом послойного заполнения, приповерхностный искусственный ограждающий массив 10 с использованием в качестве вяжущего либо воды, в криолитозоне, либо цемента или других известных материалов (фиг.2). После возведения приповерхностного искусственного ограждающего массива 10 под его защитой отрабатывают подземным способом запасы вулканического канала 2 и центральной части 11 раструба 1, имеющей в горизонтальном сечении форму и размеры вулканического канала 2. Добычу руды производят с использованием известной технологии, включающей возведение горизонтальных искусственных ограждающих массивов 12, один из которых 13 обязательно возводят на границе между вулканическим каналом 2 и раструбом 1. Этими горизонтальными искусственными ограждающими массивами рудное тело делят по вертикали на выемочные единицы 14, отрабатываемые последовательно сверху вниз или снизу вверх. По внешнему контуру каждой выемочной единицы 14 возводят вертикальные искусственные ограждающие массивы 15, внутренний объем выемочных единиц путем возведения системы вертикальных искусственных разделительных массивов 16 делят на очистные блоки 17, каждый из которых отрабатывается одной из известных геотехнологий (фиг.3). После отработки запасов вулканического канала 2 и центральной части 11 раструба 1 отрабатывают запасы конической части раструба 18 путем возведения по его внешнему контуру 7 наклонного искусственного ограждающего массива 19 и выемки запасов конической части раструба между ограждающими массивами 75 и 19 либо вертикальными слоями 20 переменной высоты, либо горизонтальными слоями 21 переменной ширины с использованием в каждом случае известных горных технологий (фиг.3). При недостаточной устойчивости рудного массива в пределах раструба 1 отработку его запасов начинают с отработки конической части 18, по завершении которой отрабатывают запасы центральной части 11 с применением и в том, и в другом случае известных геотехнологий (фиг.4). При необходимости интенсификации освоения запасов кимберлитовой трубки на первом этапе отрабатывают открытым способом все запасы раструба трубки, приповерхностный искусственный ограждающий массив 10 - льдопородный или породно-цементный - создают в донной части выработанного пространства карьера с вертикальной толщиной Н _м, определяемой по формуле:

где r_к - средний радиус вулканического канала трубки, м.

Остальной объем выработанного пространства над льдопородным или породно-цементным искусственным ограждающим массивом 10 заполняют обезвоженными хвостами обогащения 22 или другими твердыми отходами 23 (фиг.5).

Источники информации

1. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Комбинированная геотехнология. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. - 560 с. (с.230).

2. Патент РФ № 2306417 от 08.07.2005, МКИ Е21С 41/00. Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых / Галченко Ю.П., Айнбиндер И.И., Плащинский В.Ф., Пахалуев В.Ф., Сабянин Г.В., Родионов Ю.И., Пацкевич П.Г. Вохмин С.А. Опубл. 20.09.2007. Бюл. № 26 (прототип).