способ возведения искусственных тумбообразных целиков в россыпных шахтах криолитозоны

Формула изобретения

Способ возведения искусственных тумбообразных целиков в россыпных шахтах криолитозоны, включающий укладку в зимний период промороженной щебенисто-галечной смеси, подаваемой с поверхности через специально пробуренную скважину в предварительно сооруженную под землей опалубку, отличающийся тем, что уложенную в опалубку щебенисто-галечную смесь уплотняют, а затем разогревают и увлажняют перегретым паром, подаваемым в количестве не менее 10 м³ на 1 м ³ смеси, и промораживают атмосферным воздухом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно подземной разработке россыпных месторождений криолитозоны.

Известен способ возведения ледопородных целиков в россыпных шахтах (РШ) Севера, включающий послойное замораживание в зимний период подаваемого с поверхности песчано-галечного материала с проливом водой и промораживанием естественным холодом [1] (прототип). Основными недостатками этого способа являются:

- высокий расход воды;

- низкая скорость возведения, ввиду медленного замерзания большого количества воды в отработанном пространстве РШ;

- сложность возведения гидроизоляционных перемычек в выработанном пространстве РШ;

- значительное растепление мерзлого породного массива подаваемой водой со снижением прочностных характеристик.

Техническими задачами изобретения являются снижение потерь полезного ископаемого и расхода воды; получение дополнительного металла; увеличение скорости возведения целиков в РШ; предотвращение деформаций земной поверхности над отработанным шахтным полем.

Предлагается новый способ возведения искусственных тумбообразных целиков в РШ криолитозоны, включающий укладку в зимний период промороженной щебенисто-галечной смеси, подаваемой с поверхности через специально пробуренную скважину в предварительно сооруженную под землей передвижную опалубку, отличающийся тем, что уложенную в опалубку породную смесь уплотняют вибратором, а затем прогревают и увлажняют перегретым паром, подаваемым в количестве не менее 10 м³ на 1 м³ смеси, после чего в скважину вентилятором нагнетают холодный атмосферный воздух, обеспечивая быстрое и качественное смерзание породной смеси с образованием искусственного целика.

Реализация способа будет способствовать решению ряда технических и экологических задач:

- с началом возведения искусственных целиков появляется возможность отработки ранее оставленных естественных целиков, обеспечивая тем самым снижение технологических потерь и получение дополнительного металла;

- отпадает необходимость возведения гидроизоляционных перемычек в отработанных камерах, снижая тем самым материальные затраты;

- ограниченная подача воды (в парообразном состоянии) в РШ значительно снижает негативный растопляющий эффект на мерзлый горный массив, сохраняя тем самым его прочностные свойства;

- предотвращается проседание земной поверхности в пределах отработанного шахтного поля;

- обеспечивается рециклинг (размещение в отработанном пространстве РШ) твердых геоматериалов, находящихся в отвалах, остающихся после промывки добытых песков на промывочных приборах, тем самым освобождается земная поверхность;

- значительно снижается расход воды, дефицитной в зимний период из-за прекращения стока поверхностных водотоков;

- отпадает необходимость в создании больших запасов воды и возведении объемного водохранилища.

Введенный в формулу изобретения такой существенный признак, как предварительное уплотнение щебенисто-гравийной смеси, уложенной в опалубку вибратором, позволяет повысить плотность укладки и соответственно уменьшить количество пустот, что способствует повышению компрессионных свойств сооружения.

Следующий существенный признак заключается в том, что уплотненную породную смесь кратковременно разогревают и увлажняют перегретым паром, подаваемым под большим давлением, способствуя тем самым активному образованию пленочного водяного конденсата на поверхностях породных кусков, в то же время не допуская оттайки их по всему объему. Таким образом, после прекращения подачи пара образовавшийся пленочный водный конденсат быстро замерзает в значительной степени за счет естественного холода аккумулированного мерзлыми породными отдельностями с образованием цементирующих ледяных связок между ними, которые затем упрочняются путем охлаждения холодным воздухом, нагнетаемым вентилятором, и получением таким образом прочного породного искусственного целика.

Кроме этого, подача влаги в щебенисто-галечную смесь в парообразном состоянии резко сокращает ее расход в сравнении с разбрызгиванием, тем самым исключая нахождение в выработанном пространстве свободной воды, вызывающей растепление мерзлого горного массива.

Требуемый технический результат при реализации изобретения предполагается получить при использовании климатических, геокриологических ресурсов и горнотехнических особенностей региона и РШ:

- длительный зимний период с экстремально низкими температурами;

- наличие естественного холода, как атмосферного (высокопотенциального), так и аккумулированного горными породами;

- круглогодичный отрицательный температурный режим шахтной атмосферы;

- наличие легкоразрабатываемых отвалов на земной поверхности вблизи границ шахтного поля, остающихся после промывки добытых металлосодержащих песков в летний период.

Заявляемый способ поясняется чертежом (Фиг.1), где показан участок отрабатываемого подземным способом россыпного месторождения с расстановкой всего оборудования для возведения искусственных целиков в РШ.

Условные обозначения, принятые на чертеже:

1 - земная поверхность; 2 - отработанная камера; 3 - сквозная вертикальная скважина; 4 - передвижная опалубка; 5 - складированный щебенисто-галечный материал; 6 -вибрационная установка; 7 - парогенераторная установка; 8 - паропровод; 9 - перфорированная труба; 10 - уплотненная щебенисто-галечная смесь; 11 - вентиляционный став; 12 - нагнетательный вентилятор.

Реализацию заявляемого способа на практике осуществляют следующим образом. В период ведения очистных работ в РШ в зимний период с земной поверхности 1 в пределах отработанной очистной камеры 2 пробуривают сквозную вертикальную скважину большого диаметра (500-600 мм) 3, под которой под землей сооружают передвижную опалубку 4. Возле скважины складируют щебенисто-галечный материал 5, устанавливают вибрационную установку 6, обеспечивающую уплотнение смеси уложенной в опалубку и парогенераторную установку 7, обеспечивающую подачу перегретого пара по паропроводу 8 в перфорированную трубу 9, установленную внутри опалубки. Песчано-галечную смесь 5 засыпают через скважину 3 внутрь опалубки 4 и уплотняют вибрационной установкой 6. Затем включают парогенераторную установку 7 и по паропроводу 8 осуществляют подачу перегретого пара в перфорированную трубу 9, обеспечивая тем самым требуемый разогрев и увлажнение утрамбованной смеси 10, находящейся внутри опалубки 4. После этого извлекают вибратор 6 и перфорированную трубу 9, а в скважину 3 устанавливают вентиляционный став 11, по которому вентилятором 12, установленным на поверхности, нагнетают холодный воздух, обеспечивая тем самым ускоренное смерзание и упрочнение породной смеси с образованием тумбообразного целика.

После завершения работ по сооружению целика скважину консервируют, пробуривают новую скважину, опалубку передвигают на новое место и с выполнением вышеперечисленных операций возводят следующий тумбообразный искусственный целик.

Основные преимущества предлагаемого способа:

- низкий расход воды;

- высокие компрессионные свойства возведенного целика;

- дешевизна и доступность закладочного и связующего материалов;

- высокая механизация ведения работ;

- небольшое количество применяемого оборудования и технологических операций;

- низкие затраты на проморозку возводимых целиков за счет использования естественного холода аккумулированного породными кусками и атмосферного холода (воздуха), нагнетаемого вентилятором.

- невысокие затраты на возведение искусственных целиков за счет использования местных материалов;

- обеспечение рециклинга твердых геоматериалов продуктивного пласта разрабатываемых песков, за счет укладки хвостов промывка песков в выработанное подземное пространство РШ;

- освобождение земной поверхности от отвалов, образуемых при летней промывке песков;

- отсутствие деформаций земной поверхности над отработанным шахтным полем;

- возведенные искусственные целики надежно поддерживают выработанное пространство РШ, обеспечивая тем самым возможность отработки естественных целиков (обратным ходом), добиваясь значительного снижения технологических потерь и получения дополнительного металла.