СПОСОБ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ИЗ ТРУБКООБРАЗНЫХ РУДНЫХ ТЕЛ Российский патент 1995 года по МПК E21C41/22 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке крутопадающих рудных тел трубкообразной формы, например, кимберлитовых трубок.

Известен способ разработки трубкообразных рудных тел, включающий проведение подготовительных и нарезных выработок, слоевую восходящую отработку запасов вертикальных полос с закладкой очистных выработок слоя твердеющими смесями, при этом нарезную выработку в слое проходят по контуру рудного тела не более, чем на половину его длины, отработку ведут одновременно по всей площади рудного тела полосами первой и второй очереди с отставанием в выемке полос второй очереди по высоте, отработку каждого слоя в полосах первой очереди ведут с формированием рудных целиков на сопряженных нарезной и очистных выработок, после закладки очистных выработок слоя полос первой очереди из нарезной выработки заложенного слоя взрывом шпуров в ее кровле проходят нарезную выработку полос первой очереди следующего слоя, а нарезную выработку в слое полос второй очереди проходят по сформированным целикам вприсечку к заложенной нарезной выработке полос первой очереди (см. авт.св. СССР N 1618885).

Известный способ требует проведения большого объема горноподготовительных и нарезных работ, в результате выводятся из хозяйственного оборота большие площади земной поверхности, требуются большие затраты и длительный срок на отработку месторождения.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков к известному является способ добычи полезных ископаемых, используемый при разведке месторождений. Способ включает вращательное бурение скважин сплошным забоем, когда рудная масса подвергается разрушению по всему забою скважины и извлекается из скважины в виде шлама (см. Дорохин И.В. и др. Месторождения полезных ископаемых и их разведка; М. Недра, 1969, с.232).

Недостатком известного способа является то, что при использовании его для промышленной добычи полезных ископаемых путем бурения сети скважин по рудному телу имеют место большие потери рудной массы в межскважинных целиках, что резко снижает эффективность способа, особенно при добыче ценного минерального сырья.

Изобретение направлено на решение задачи по созданию способа добычи полезных ископаемых из трубкообразных рудных тел, который позволит осуществить выемку рудной массы с минимальными потерями в межскважинных целиках. При этом исключается традиционная схема вскрытия рудного тела горными выработками (шахтные стволы, подходные капитальные и подготовительные выработки) с одновременным сокращением сроков ввода в эксплуатацию месторождения.

Задача решена созданием способа добычи полезных ископаемых из трубкообразных рудных тел, включающим вращательное бурение сплошным забоем вертикальных скважин по рудному телу с извлечением выбуренной рудной массы на поверхность, в котором согласно изобретению рудное тело разбуривают скважинами разного диаметра по ромбической координатной сетке, размещая скважины в вершинах ромбов, при этом вдоль малых диагоналей ромбов между скважинами большего диаметра бурят две скважины меньшего диаметра, а в смежных малых диагоналях ромбов скважины большего диаметра бурят со смещением одна относительно другой вдоль диагонали на 1,5 длины малой диагонали ромба, при этом вначале последовательно бурят и после извлечения выбуренной рудной массы закладывают твердеющими смесями все скважины меньшего диаметра вокруг одной из скважин большего диаметра, затем бурят и после извлечения выбуренной рудной массы закладывают твердеющими смесями скважину большего диаметра, после чего цикл повторяют до полной отработки рудного тела.

Предлагаемый способ обеспечивает высокую степень извлечения полезного ископаемого из рудного тела в пределах его контура за счет сокращения потерь рудной массы в межскважинных целиках. Это достигается благодаря тому, что при бурении скважин по ромбической координатной сетке с чередованием вдоль малых диагоналей ромбов скважин большего диаметра через две скважины меньшего диаметра, со смещением скважин большего диаметра в смежных малых диагоналях ромбов на 1,5 длины малой оси ромбов образуются площадные гексагональные ячейки скважин, каждая из которых включает центральную скважину большего диаметра и шесть оконтуривающих скважин меньшего диаметра, что обеспечивает значительное сокращение объема межскважинных целиков, а последовательное бурение вначале всех скважин меньшего диаметра с закладкой их твердеющими смесями после извлечения рудной массы вокруг одной из скважин большего диаметра создает благоприятные условия для бурения центральной скважины большего диаметра, повтор указанного цикла обеспечивает полную отработку рудного тела в пределах его контура с минимальными потерями полезного ископаемого.

Целесообразно диаметр скважин меньшего диаметра выбирать из условия d 0,5а, а диаметр скважин большего диаметра из соотношения D (1,1-1,3) d, где d диаметр скважин меньшего диаметра; D диаметр скважин большего диаметра, а длина стороны ромба.

Выбор диаметра скважин меньшего диаметра из условия d 0,5а обеспечивает плотную компановку скважин в площадной гексагональной ячейке, выбор диаметра скважин большего диаметра D (1,1 + 1,3) d обеспечивает выбор рудной массы из межскважинных целиков между скважинами меньшего диаметра, при уменьшении D потери в межскважинных целиках существенно возрастают, при увеличении D степень выемки межскважинных целиков возрастает, однако отрицательно сказывается разубоживание рудной массы за счет перебура заложенных твердеющей массой скважин меньшего диаметра, и при D > 1,3 d влияние разубоживания существенно снижает эффект полноты выемки. Например, при D=1,73 d достигается полная выемка межскважинных целиков, но разубоживание составляет 40-45%
Сущность способа поясняется чертежами.

На фиг.1 показано рудное тело изометричной формы в плане; на фиг.2 рудное тело вытянутой формы в плане; на фиг.3 площадная гексагональная ячейка скважины из одной центральной скважины большего диаметра и шести оконтуривающих скважин меньшего диаметра; на фиг.4 размещение скважин по ромбической координатной сетке (для наглядности диаметр скважин показан вне масштаба).

Добычу полезных ископаемых по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

При наличии рудных трубкообразных тел, имеющих в плане как изометричную (фиг. 1), так и вытянутую форму (фиг.2) определяется центр тяжести тела по площади (точка 0). Затем на план рудного тела накладывается координатная ромбическая сетка с ориентировкой, например, вдоль длинной оси симметрии вытянутого рудного тела. При изометричной форме рудного тела в плане ориентировка координатной сетки произвольная, например, вдоль магнитного меридиана.

Размещение и бурение скважин в соответствии с ромбической координатной сеткой предусматривается в вершинах ромбов. Рудное тело разбуривают скважинами разного диаметра, при этом вдоль малых диагоналей ромбов скважин большего диаметра 1 бурят с чередованием через две скважины меньшего диаметра 2. Скважины большего диаметра 1 в смежных малых диагоналях 3 ромбов бурят со смещением одна относительной другой вдоль диагонали на 1,5 длины малой диагонали ромба. При таком размещении и бурении скважин 1 большего и скважин 2 меньшего диаметров образуются площадные гексагональные ячейки 4, в центре каждой из которых находится скважина большего диаметра 1, а вокруг шесть скважин меньшего диаметра. При такой компоновке скважин достигается наиболее полная отработка рудного тела с минимальными оставлением руды в межскважинных целиках.

Бурение скважин начинают проводить с центральной гексагональной ячейки 4, расположенной в зоне центра тяжести рудного тела.

Вначале последовательно бурят скважины 1 меньшего диаметра вокруг центральной скважины 1 большего диаметра. При этом после бурения скважины 2 и извлечения выбуренной рудной массы на поверхность производят ее закладку твердеющими смесями, например, смесью песка и глины с цементом. Одновременно с закладкой пробуренной скважины производят бурение диаметрально противоположной скважины 2 меньшего диаметра. После разбуривания и закладки твердеющими смесями всех шести скважин меньшего диаметра гексагональной ячейки 4 бурят центральную скважину 1 большего диаметра с извлечением разбуренной рудной массы на поверхность, после чего производят закладку центральной скважины 1 большего диаметра твердеющими смесями. Таким образом, завершается полный цикл отработки одной гексагональной ячейки 4. Полная отработка рудного тела в пределах границ его контуров достигается путем последовательного бурения скважин 2 меньшего диаметра и скважин 1 большего диаметра в соседних ячейках с общим направлением от центра к периферии рудного тела. Так, например, при бурении скважин меньшего диаметра диаметром 4, 6 м (установкой РТБ-4,6 УЗТМ) площадь одной гексагональной ячейки составит 170,7 м², при этом, если центральную скважину 1 также бурить диаметром 4,6 м, то общая площадь межскважинных целиков составит 54 м², по 9 м² на каждый целик.

При бурении центральной скважины 1 диаметром 7,96 м (1,73х4,6) обеспечивается полная выемка межскважинных целиков, однако в этом случае разубоживание рудной массы закладочной твердеющей смесью составляет 40-45% что приводит к снижению эффективности добычи полезных ископаемых.

При соотношении диаметров скважин меньшего диаметра и скважин большего диаметра D (1,1-1,3) d достигается наиболее оптимальное соотношение между объемами выбуренной рудной массы, потерями рудной массы в межскважинных целиках и разубоживанием рудной массы, например, при D 1,3 d потери в межскважинных целиках составят 5-7% а разубоживание составит 15%
Предлагаемый способ найдет широкое применение при разработке месторождений полезных ископаемых трубкообразной морфологии, например, кимберлитовых трубок, т.к. он исключает традиционный метод вскрытия и подготовки месторождений к эксплуатации, и, следовательно, не требует проведения большого объема горно-подготовительных работ, обеспечивает отработку месторождения с минимальным экологическим ущербом для окружающей среды.

Использование: горнодобывающая промышленность. Сущность: рудное тело разрабатывают путем вращательного бурения скважин первой и второй очереди разного диаметра и извлечения выбуренной рудной массы на поверхность. При этом разработку ведут гексагональными ячейками, скважины первой очереди бурят меньшего диаметра в вершинах гексагональных ячеек, а скважины второй очереди бурят большего диаметра в центрах гексагональных ячеек после закладки в кадой гексагональной ячейке всех скважин первой очереди. Диаметр скважин первой очереди составляет половину длины стороны гексагональной ячейки, а диаметр скважин второй очереди равен 1,1 - 1,3 диаметра скважин первой очереди. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. СПОСОБ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ИЗ ТРУБКООБРАЗНЫХ РУДНЫХ ТЕЛ, включающий разработку рудного тела вращательным бурением скважин первой и второй очереди разного диаметра с извлечением выбуренной рудной массы на поверхность и последующей закладкой скважин твердеющими смесями, отличающийся тем, что разработку рудного тела ведут гексагональными ячейками, причем скважины первой очереди бурят меньшего диаметра в вершинах гексагональных ячеек, а скважины второй очереди бурят большего диаметра в их центрах после закладки в каждой гексагональной ячейке всех скважин первой очереди. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр скважин первой очереди составляет половину длины стороны гексагональной ячейки, а диаметр скважин второй очереди равен 1,1 1,3 диаметра скважин первой очереди.