СПОСОБ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО Российский патент 1995 года по МПК E21C41/16 

Изобретение относится к горному делу, в частности предназначено для добычи кимберлитовых руд на месторождениях алмазов, а также может быть использовано для добычи руд редких и радиоактивных металлов.

Известны способы разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом [1] . Этим способом добывают руды всех редких и радиоактивных металлов. Добычу кимберлитовых руд в настоящее время осуществляют исключительно открытым способом.

Способ заключается в разрушении горной породы (например, взрывом), выемке руды и ее последующей транспортировке (автомобильным транспортном, например) к месту обогащения.

По сравнению с подземным способом разработка месторождений открытым способом обеспечивает значительно лучшие технико-экономические показатели, но вместе с тем она сопряжена с рядом качественных последствий: нарушением земель, изменением микроклимата и водного баланса и т.п. Это требует решения ряда вопросов по охране природы в местах ведения открытых горных работ. Одновременно возникает проблема утилизации отходов обогащения. Все эти вопросы являются проблемными и в настоящее время не решаются повсеместно.

Известна система разработки, при которой выемку полезного ископаемого осуществляют за счет бурения скважин на крутых пластах легкими буровыми станками с последующим их расширением специальным комбайном, который движется по скважине сверху вниз под действием собственного веса [2].

Известна также система разработки с бурением скважин и последующим их расширением гидромониторами с высоким давлением воды [2].

По технологии осуществления эти способы являются более близкими к предлагаемому изобретению, однако непригодны при добыче именно кимберлитовой руды. Строение кимберлитовой трубки требует строго вертикального бурения прилегающих друг к другу кольцевых рядов скважин, при этом каждая скважина должна буриться одним диаметром на всю глубину (расширение исключено по условиям техники безопасности).

Поэтому в качестве ближайшего аналога выбран способ открытой разработки наклонных и крутых залежей [1] как единственный применяемый в настоящее время при разработке алмазных месторождений.

Цель изобретения - сохранение окружающей среды в зоне разработки месторождения, утилизация промышленных отходов, снижение материальных затрат на добычу кимберлитовых руд и последующую рекультивацию земель.

Цель достигается тем, что разрушение и выемку кимбеелитовой руды осуществляют одновременно путем бурения, для чего с поверхности последовательно по периметру разбуривают кимберлитовую трубку и нисходящими заходками (сверху вниз) производят выемку руды. Бурение начинают с центра кимберлитовой трубки и каждый последующий ряд скважин разбуривают диаметром большим, чем предыдущий, а бурить каждый последующий ряд начинают после ликвидации предыдущего. Ликвидацию скважин осуществляют путем нагнетания тампонажного раствора, приготовленного на основе отходов кимберлитового производства.

На фиг. 1 показана схема отработки рудного тела в плане; на фиг. 2 - то же, в разрезе.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения:
контур кимберлитовой трубки А;
центральная скважина 1;
скважины 2 второго ряда;
скважины 3 третьего ряда;
r₁, r₂, r₃ - радиуcы cкважин
Осуществляют способ в следующей последовательности:
1). В центре кимберлитовой трубки А устанавливают буровую установку и начинают бурение центральной скважины 1 радиусом r₁. Бурение выполняют с разбуриванием породы по всему забою. В качестве буровой установки используют, например реактивно-турбинную установку типа РТБ (диаметр бурения от 1,02 до 3,0 м и глубина бурения до 1000 м). От выбуренной породы забой очищается восходящим потоком циркулирующего промывочного раствора, т.е. разбуренная порода (кимберлит) сразу же выдается на поверхность, откуда транспортируется к месту обогащения.

2). После полной отработки полезного ископаемого из скважины 1 буровую установку заменяют комплексом тампонажного оборудования и нагнетают в скважину 1 тампонажный раствор до ее полного заполнения (ликвидации). Тампонажный раствор приготовляют на основе шламов обогатительного производства кимберлитов. Таким образом, выбуренная кимберлитовая руда после переработки и извлечения алмазов возвращается в составе тампонажного раствора обратно в скважину, т.е. технология является безотходной.

3). После ликвидации скважины 1 начинают бурить скважины второго ряда 2 радиусом r₂. В результате опытно-промышленных испытаний установлено, что потери полезного ископаемого будут меньше, если радиус бурения скважин последующего ряда больше, чем предыдущего, т.е. выполняется неравенство r_n < r_n+1.

При этом бурение большим диаметром экономически выгоднее (объем бурения меньше).

Скважины большого диаметра можно бурить, например, буровыми установками типа УЗТМ или буровыми комбайнами ПД-2 (диаметр бурения до 6,2 м).

Технология разрушения и выемка руды такая же, как и в предыдущей скважине 1.

4). Бурение скважин второго ряда можно вести как последовательно одной буровой установкой, так и одновременно несколькими установками. При этом ликвидацию скважин так же можно осуществлять как после окончания бурения, так и параллельно с бурением (в зависимости от условий производства). Однако необходимо учесть, что поскольку последующий ряд скважин частично перекрывает предыдущий (имеет место частичная перебурка), то бурение последующей скважины следует начинать после стабилизации тампонажного раствора в смежных скважинах предыдущего ряда.

5). Таким же образом (ряд за рядом) производим разрушение и выемку всего полезного ископаемого из рудного тела кимберлитовой трубки.

Использование: применяется при добыче кимберлитовых руд на месторождениях алмазов для охраны окружающей среды, утилизация промышленных отходов, снижения материальных затрат на рекультивацию. Сущность изобретения: операции разрушения и выемки кимберлитовой руды осуществляют одновременно путем бурения нисходящих скважин, для чего с поверхности последовательно по периметру разбуривают кимберлитовую трубку и нисходящими заходками производят выемку руды, бурение начинают с центра кимберлитовой трубки и каждый последующий ряд скважин разбуривают диаметром большим, чем предыдущий, а бурение каждого последующего ряда начинают после ликвидации предыдущего, при этом ликвидацию скважин осуществляют путем нагнетания тампонажных растворов на основе отходов кимберлитового производства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО, включающий разрушение и выемку полезного ископаемого бурением скважин, его погрузку и транспортирование, ликвидацию выработанного пространства скважин заполнением его закладочным материалом, отличающийся тем, что, с целью сохранения окружающей среды, утилизации промышленных отходов и снижения затрат на рекультивацию при отработке кимберлитовых трубок с поверхности земли, выемку киберлитовой руды бурением скважин с поверхности земли осуществляют разбуриванием нисходящих скважин последовательно от скважины к скважине, при этом разработку начинают с центра кимберлитовой трубки бурением центральной скважины с последующим бурением скважин концентрическими кольцами вокруг центральной скважины, при этом каждое последующее кольцо разбуривают скважинами диаметром больше, чем диаметр скважин предыдущего кольца, бурение каждого последующего кольца скважин осуществляют после ликвидации предыдущего с наложением поперечных сечений скважин внахлестку как в разбуриваемом кольце скважин, так и с поперечным сечением скважин в предыдущем разбуренном кольце скважин, а ликвидацию скважин производят нагнетанием тампонажного раствора на основе отходов кимберлитового производства. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что добычу кимберлитовой руды и ликвидацию скважин осуществляют одновременным бурением нескольких скважин.