СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И СУПЕРСТРУКТУРА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E21C41/00 E21C45/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть эффективно использовано для разработки алмазоносных трубок сложноконструктивного строения, залегающих в сложных горно-геологических условиях.

Прототипом к предлагаемому способу разработки месторождений полезных ископаемых (МПИ) является способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых из горизонтальных и пологопадающих продуктивных горизонтов, включающий вскрытие МПИ подземными горными выработками и системой вертикальных скважин, пройденных с дневной поверхности, подготовку месторождения к эксплуатации с разделением на этажи, выемку полезного ископаемого в две стадии, формирование суперструктуры на первой стадии, создание в налегающих породах несущего целика, гидравлическую выемку полезного ископаемого на второй стадии, выдачу пульпы через скважину большого диаметра на поверхность [1]
Способу присущи следующие недостатки: значительные потери полезного ископаемого в днищах выемочных камер, а также полезных компонентов на его поверхности, уровень которых возрастает пропорционально количеству выемочных камер, находящихся в эксплуатации; значительная энергоемкость процесса гидроотбойки полезного ископаемого при низкой ее эффективности; не решены вопросы управления кровлей налегающих пород, что приводит к значительному разубоживанию полезного ископаемого; сложность выполнения конструктивных элементов систем разработки, связанная с перфорацией обсадных колонн, приводящая к неосуществлению способа или его использования при значительных потерях полезного ископаемого в недрах.

Прототипом к предлагаемой суперструктуре для осуществления способа разработки МПИ является способ крепления скважин неметаллическими трубами, включающий кольцевые цилиндрические бетонные конструкции (КЦБК) [2]
Предложенному техническому решению присущи следующие недостатки: ограниченная область использования как по глубине бурения, так и по диаметру скважин многоцелевого назначения: для создания кольцевых щелей возникает необходимость использования энергоемкого скважинного гидродобычного оборудования и компрессоров, а также гибких высоконапорных рукавов, повторное использование которых проблематично.

Цель изобретения создание способа разработки МПИ и суперструктуры для его осуществления, промышленное использование которого позволит вести отработку сложноструктурных месторождений, залегающих в сложно-геологических условиях с высокой эффективностью за счет сокращения потерь полезного ископаемого в недрах до минимально=допустимого уровня без нанесения эколого-экономического ущерба окружающей среде, так как предлагаемые технологические схемы проведения подземных горных выработок и очистной выемки не требуют создания депрессионной воронки.

Цель достигается тем, что способ разработки МПИ включает вскрытие месторождения подземными горными выработками и системой вертикальных скважин, пройденных с дневной поверхности, подготовку месторождения к эксплуатации с разделением на этажи, выемку полезного ископаемого в две стадии, формирование суперструктуры на первой стадии, создание в налегающих породах несущего целика, гидравлическую выемку полезного ископаемого на второй стадии, выдачу пульпы через СБД на поверхность.

В процессе подготовки месторождения к эксплуатации его разбивают на этажи с оставлением в кратерной части месторождения предохранительного целика. Осуществляют проходку в основании верхнего этажа системы коаксиально расположенных штреков и радиально направленных ортов. Внешний штрек располагают в непосредственной близости от контакта месторождения с вмещающимися породами. Производят выемку полезного ископаемого разбуриванием пилот-скважин, забои которых расположены в кровле штреков и ортов, по направлению к предохранительному целику буровыми станками, установленными на дневной поверхности, последующее опускание в образованные цилиндрические полости обсадных колонн, бетонирование затрубного пространства колонн, штреков и ортов с образованием в пределах высоты этажа секций суперструктуры в виде кольцевых цилиндров, соединенных между собой пилонами.

После создания в пределах высоты верхнего этажа секций суперструктуры в виде кольцевых цилиндров, соединенных между собой пилонами, в налегающих породах создают несущий целик, основание которого располагают на поверхности предохранительного целика. Несущий целик выполняют в виде бетонных цилиндров, соприкасающихся между собой образующими. Образование бетонных цилиндров ведут в процессе размыва полостей цементным молоком с выносом глинистой фракции пульпы по методу прямой промывки.

На заключительной стадии создания суперструктуры, в основании нижнего этажа проходят коаксиально расположенные штреки и радиально направленные орты, причем расположение штреков и ортов совпадает с горизонтальными проекциями аналогичных ранее пройденных горных выработок, при этом внешний штекер располагают во вмещающих породах. Производят выемку полезного ископаемого разбуриванием пилот-скважин, пробуренных по высоте нижнего этажа с размещением их забоев в кровле штекеров и ортов с использованием скважин, размещенных в созданных секциях кольцевых цилиндров и пилонов, по направлению к основаниям секций и полонов верхнего этажа буровыми станками, установленными на дневной поверхности. Затем производят бетонирование образованных цилиндрических полостей, штреков и ортов с оставлением выпускных окон в нижних торцевых частях секции, кроме внешней секции.

Гидравлическую выемку полезного ископаемого на второй стадии ведут добычными блоками в форме элементов круглого кольца, состоящих из выемочных камер, аналогичных блоку формы, ограниченных смежными кольцевыми цилиндрическими секциями и пилонами. Центральный угол добычного блока устанавливают на основании прочностных характеристик суперструктуры с учетом сложноструктурного строения месторождения, представленного породами с различными коэффициентами крепости.

Гидравлическую выемку полезного ископаемого, заключенного в контурах добычного блока, ведут на полную высоту блока, равную суммарной высоте этажей. Для этого вдоль оси блока, делящей центральный угол пополам, проходят разрезную щель. В каждой из выемочных камер вдоль оси, проходящей по отрезку окружности, делящему ширину камеры на две равные части, проходят компенсационную щель. Разрезную и компенсационные щели проходят добычными гидромониторами с использованием газожидкостного рабочего агента. Затем обрушают и магазинируют обрушенное полезное ископаемое в выемочных камерах.

Интенсификацию процесса дезинтеграции полезного ископаемого в магазине осуществляют в закрученных потоках пульпы и восходящих потоках сжатого воздуха, создаваемых добычными гидромониторами, снабженными импеллерами, с одновременной подачей газожидкостного рабочего агента на насадке для поддерживания требуемого затопления эрлифтной системы.

Гидравлическую выемку полезного ископаемого на второй стадии осуществляют одиночными блоками с последующей закладкой выработанного пространства и дальнейшей выемкой полезного ископаемого из диаметрально противоположного добычного блока.

Выемку полезного ископаемого на второй стадии осуществляют из диаметрально противоположных добычных блоков с последующей закладкой выработанного пространства и дальнейшей выемкой полезного ископаемого из диаметрально противоположного добычного блока.

Выемку полезного ископаемого на второй стадии осуществляют из диаметрально противоположных добычных блоков с последующей закладкой выработанного пространства блоков и дальнейшей выемкой полезного ископаемого из диаметрально противоположных блоков, не смежных с выработанным пространством.

Суперструктура для осуществления способа разработки МПИ включает кольцевые цилиндрические бетонные конструкции (КЦБК). КЦБК выполнены в виде секций кольцевых цилиндров, основания которых жестко соединены между собой кольцевыми поясами. КЦБК установлены коаксиально и по радиальным направлениям жестко соединены между собой пилонами. Секции кольцевых цилиндров и пилоны конструктивно оформлены из бетонных труб, кроме нижних секций кольцевых цилиндров, образованных круговыми прямыми цилиндрами, соприкасающимися между собой образующими.

Нижние торцовые части нижних секций кольцевых цилиндров, кроме внешний секции кольцевого цилиндра, снабжены выпускными окнами, расположенными радиально, высота которых увеличивается от центральной к внешней секции.

Опоры торцевых частей нижних секций кольцевых цилиндров, расположенные между выпускными окнами, выполнены в виде прямых цилиндров, установленных на пяту в форме клиньев, боковые грани которых обращены к направлению движения потока пульпы.

Предохранительный цикл, оставляемый в кратерной части месторождения, предотвращает поступление в очистное пространство воды и налегающих пород, представленных плывунами, в очистное пространство между бетонными цилиндрами несущего целика, при возведении которого сохраняется вероятность оставления пор, снижающих его монолитность.

Расположение внешнего штрека в непосредственной близости от вмещающих пород при отработке верхнего этажа, а проходка его во смещающих породах при отработке нижнего этажа на первой стадии позволяет сократить потери полезного ископаемого в недрах и, кроме того, предотвратить значительные водопротоки воды в горные выработки верхних этажей, вследствие сильной обводненности вмещающих пород верхних геологических горизонтов. Оставляемый в недрах кольцевой цилиндр из полезного ископаемого, руда которого представлена глинами, является водоупором.

Осуществление выемки полезного ископаемого на первой стадии через скважины буровыми станками, установленными на дневной поверхности, позволяет повысить производительность труда при снижении его безопасности. Кроме того, значительно сокращается расход на закладку выработанного пространства за счет подачи закладываемого материала через эксплуатационные скважины с дневной поверхности.

Создание в налегающих породах несущего цикла позволяет предотвратить их обрушение при гидравлической выемке полезного ископаемого второй стадии, тем самым производить обработку месторождения на глубину, равную суммарной высоте этажей. При этом продолжительность отработки месторождения на второй стадии не зависит от устойчивости налегающих пород и снижения из прочностных характеристик во времени.

Использование на второй стадии отработки месторождения системы разработки с обрушением полезного ископаемого значительно сокращает эксплуатационные расходы при относительной простоте подготовительных работ, связанных с проходкой разрезных и компенсационных щелей добычными гидромониторами, установленными на дневной поверхности.

Магазинирование обрушенного полезного ископаемого в выемочных камерах с последующей интенсификацией процесса произвольной дезинтеграции полезного ископаемого в магазине позволяет создать требуемый кондиционный кусок для эрлифтной системы. Кроме того, представляется возможным исключить из технологических схем обогатительной фабрики процесс дробления полезного ископаемого, затраты на осуществление которого являются значительными.

Выемку полезного ископаемого на второй стадии одиночными блоками целесообразно производить в полезном ископаемом, представленном ксенотуфобрекчиями, продолжительность дизинтеграции которых составляет одни сутки, обеспечивая тем самым требуемую производительность рудника.

Выемку полезного ископаемого на второй стадии из диаметрально противоположных добычных блоков целесообразно производить в полезном ископаемом, представленном автолитовыми брекчиями, продолжительность дезинтеграции которых составляет до десяти суток и более. Этой закономерностью обеспечивается равномерная нагрузка на обогатительную фабрику, исключая при этом складирование надрешетного продукта пульпы на дневной поверхности, что приводит к нанесению ущерба окружающей среде в виде загрязнения и отторжения значительных территорий.

Закладка выработанного пространства предотвращает обрушение налегающих и вмещающих пород, экологические последствия которых огромны. Они распространяются не только на Архангельский регион, но и на европейскую часть России и связаны с понижением уровня грунтовых вод.

Выполнение суперструктуры в виде КЦБК, соединенных между собой пилонами, позволяет создать прочную и жесткую конструкцию, предотвращающую обрушение налегающих и вмещающих пород на весь период отработки месторождения, исключая тем самым катастрофические экологические последствия.

Создание опор торцовых частей нижних секций кольцевых цилиндров, расположенных между выпускными окнами, в виде прямых цилиндров, установленных на пяту в форме клиньев, предотвращает потери алмазов на днищах выемочных камер при самотечном гидротранспорте пульпы в сторону скважины большого диаметра, так как опоры не являются преградой на пути движения потока пульпы, в котором не происходит осаждения алмазов.

Изобретение рассматривается на примере разработки алмазоносной трубки, сложенной ксенотуфобрекчиями с коэффициентом крепости по шкале профессора М. М. Протодъяконова, равным единице. Налегающие породы представлены четвертичными отложениями и сильно обводнены. Вмещающие породы сложены песчаниками и до горизонта с абсолютной отметкой, равной 250 м, сильно обводнены. Отбитые от массива ксенотуфобрекчии в водной среде склонны к произвольной дезинтеграции.

На фиг. 1 изображена суперструктура в изометрии;
на фиг. 2 и 3 схемы вскрытия и подготовки верхнего этажа трубки к эксплуатации, разрез;
на фиг. 4 схема расположения устьев эксплуатационных скважин на дневной поверхности и расположения их забоев в кровле и ортов;
на фиг. 5 схема элемента секции кольцевого цилиндра и пилона;
на фиг. 6 разрез А-А на фиг. 5;
на фиг. 7-10 схемы процесса разбуривания эксплуатационных скважин на первой стадии выемки полезного ископаемого и создания секций кольцевых цилиндров и пилонов;
на фиг. 11 схема процесса подачи цементного раствора через эксплуатационную скважину в образованную полость;
на фиг. 12 схема расположения бетонных труб на кольцевом поясе и пилоне;
на фиг. 13 схема секции кольцевых цилиндров, соединенных между собой пилонами;
на фиг. 14 схема вскрытия и подготовки нижнего этажа, разрез;
на фиг. 15 схема процесса создания секций кольцевых цилиндров и пилонов в нижнем этаже;
на фиг. 16 разрез Б-Б на фиг. 15;
на фиг. 17 разрез В-В на фиг. 16;
на фиг. 18 схема формулы нижней секции кольцевого цилиндра, расположенной между выпускными окнами;
на фиг. 19 схема процесса возведения несущего целика в кровле налегающих пород, разрез;
на фиг. 20 разрез Г-Г на фиг. 19;
на фиг. 21 схема расположения несущего целика на кровле предохранительного целика;
на фиг. 22 схема оборудования устья и ствола СБД;
на фиг. 23 схема зумпфа СБД, разрез;
на фиг. 24 схема размещения насосного и компрессорного оборудования, а также обогатительной фабрики с прудом-отстойником и закладочным комплексом;
на фиг. 25 схема процесса проходки разрезной и компенсационных щелей в добычном блоке;
на фиг. 26 разрез Д-Д на фиг. 25;
на фиг. 27 схема процесса создания магазина в выемочных камерах добычного блока и интенсификации процесса дезинтеграции полезного ископаемого в магазине с использованием импеллеров и газожидкостных струй;
на фиг. 28 схема конструктивного оформления днища добычного блока с расположением выпускных окон и опор в нижних секциях кольцевых цилиндров;
на фиг. 29 схема процесса отработки трубки одиночными добычными блоками;
на фиг. 30 схема процесса отработки трубки диаметрально противоположными добычными блоками.

Суперструктура для осуществления способа разработки алмазоносных трубок включает КЦБК центральную 1, промежуточную 2 и внешнюю 3 секции кольцевых цилиндров верхнего этажа, центральную 4, промежуточную 5 и внешнюю 6 секции кольцевых цилиндров нижнего этажа. Суперструктура может состоять из большего количества секций по высоте, если отработку трубки ведут тремя и увеличивающимся количеством этажей. Секции 1, 2, 3 кольцевых цилиндров жестко соединены с секциями 4, 5 и 6 кольцевыми поясами 7, 8 и 9. Секции 1, 2 и 3 верхнего этажа жестко соединены между собой по радиальным направлениям пилонами 10 17. Секции 4, 5, 6 и нижнего этажа также жестко соединены между собой пилонами 18 25 и установлены на кольцевые пояса 26 28. Таким образом, секции 1 6 совместно с поясами 7 9, 26 28 являются самостоятельными кольцевыми цилиндрическими конструкциями, а в совокупности с пилонами 10 25 образуют прочную и жесткую суперструктуру. В поясе 26 конструктивно выполнены выпускные окна 29. В поясе 27 и цилиндрической секции 5 также конструктивно выполнены окна 30, при этом высота окон 30 больше высоты окон 29 из условия создания днища добычного блока с углом наклона, при котором не происходит потерь алмазов в условиях самотечного гидротранспорта пульпы по его поверхности. Опоры торцевых частей 31 секций 4 и 5, расположенные между выпускными окнами 29 и 30, выполнены в виде прямых цилиндров 32, установленных на пяту 33 в форме клиньев, боковые грани 34 которых обращены к направлению 35 движения потока пульпы.

Секции 1 3 кольцевых цилиндров, а также пилоты 10 17 конструктивно оформлены в виде бетонных труб 36, соприкасающихся между собой образующими.

Секции 4 6 кольцевых цилиндров и пилоны 18 25 конструктивно выполнены в виде прямых цилиндров 32, которые соприкасаются между собой образующими.

Способ разработки алмазоносных трубок осуществляют следующим образом.

На стадии проектирования рудника в зависимости от горно-геологических условий залегания трубки, содержания алмазов по глубине, балансовых запасов устанавливают: экономически целесообразную глубину разработки; высоту этажа и общее количество этажей; годовую производительность рудника; срок отработки запасов; прочностные характеристики КЦБК, их геометрические размеры и радиальные расстояния между ними; значения центральных углов добычных блоков и общее количество блоков; прочностные характеристики пилонов и их геометрические размеры; высоту предохранительного целика; высоту несущего целика и его конструктивное выполнение; размер предохранительного кольцевого цилиндра, расположенного между внешними секциями кольцевых цилиндров и вмещающими породами на обводненном интервале.

Затем производят вскрытие трубки 37 шахтными стволами 38 и 39. В центре трубки проходит СБД 40. Забой СБД располагают ниже границы экономически целесообразной глубины разработки, которая проходит в основании нижнего этажа. СБД в пределах мощности налегающих пород 41 и высоты предохранительного целика 42 обслуживают колонной труб 43 с цементацией затрубного пространства 44.

На уровне основания верхнего этажа 45 из шахтных стволов 38 и 39 проходят квершлаги 46 и 47. Затем осуществляют проходку штреков 48, 49 и 50, а также ортов 51 54. Штреки 48 50 в пределах сечения трубки располагают коаксиально, а орты 51 54 проходят по радиальным направлениям. Внешний штрек 48 располагают в непосредственной близости от контакта трубки 37 с вмещающими породами 55 с оставлением по высоте этажа 45 предохранительного кольцевого цилиндра 56.

С дневной поверхности буровыми станками 57 проходят систему эксплуатационных пилот-скважин 58, забои которых располагаются в кровле штреков 48 50 и ортов 51 54. Отрезки скважин 58, расположенные в пределах мощности налегающих пород 41 и высоты предохранительного целика 42, обсаживают колоннами труб 59, а их затрубные пространства 60 цементируют.

После этого производят выемку полезного ископаемого на первой стадии из верхнего этажа 45. Станками 57, например HG330, в пилот-скважины 58 опускают буровые штанги 61, на которые в штреках 48, 49 и 50, а также ортах 51 54 навешивают породоразрушающие инструменты 62. С помощью вращения и осевого перемещения породоразрушающих инструментов 62 разбуривают пилотскважины 58 по направлению к предохранительному целику 42. Отбитое от массива полезное ископаемое 63 с помощью погрузочно-доставочных машин транспортируют к шахтным стволам 38 и 39, а затем выдают на поверхность. Разбуривание эксплуатационных пилот-скважин 58 начинают с пересечения штрека 48 с ортами 53 и 54 по направлению к шахтным стволам 38 и 39 и СКБ из условий безопасности. Аналогичным образом разбуривают эксплуатационные скважины 58 при пересечении ортами 53 и 54 штрека 49. На заключительной стадии выемки полезного ископаемого разбуривают эксплуатационные скважины 58, забои которых расположены в кровле ортов 51 и 52.

После образования цилиндрической полости 64, в последнюю опускают колонну 65 труб, наружную поверхность которой покрывают нефтью или пенополиуретаном. Такое покрытие колонны 65 предотвращает адгезию внешней поверхности колонны к цементному раствору. В штреке 48 и орте 53 устанавливают водонепроницаемые перемычки 66. На устья обсадных колонн 59 устанавливают загрузочные аппараты 67, в которые по трубопроводу 68 от закладочного комплекса 69 подают бетон. Бетон поступает по межтрубному пространству, образованному колоннами 59 и 65, заполняет часть штрека 48 и орта 53, а затем и цилиндрическую полость 64. После затвердевания бетона колонну 65 извлекают. Таким образом создают конструкцию в виде бетонных труб 36, соприкасающихся между собой образующими. Полостями труб 36 являются скважины 58.

После полной выемки полезного ископаемого из экслуатационных пилотскважин 58 и заполнения цилиндрических полостей бетоном получается суперструктура верхнего этажа 45, состоящая из секций 1 3 кольцевых цилиндров и пилонов 10 17, жестко соединенных между собой, с требуемыми прочностными характеристиками. Затем в квершлагах 46 и 47 устанавливают водонепроницаемые перемычки 70 и 71.

На уровне основания нижнего этажа 72 из шахтных стволов 38 и 39 проходят квершлаги 73 и 74. После этого осуществляют проходку штреков 75 77 а также ортов 78 81. Расположение штреков 75 77 ортов 78 81 совпадает соответственно с горизонтальными проекциями штреков 48 50, а также ортов 51 54.

Внешний штрек 75 проходят во вмещающих породах 55 и располагают ниже водоносного горизонта.

С дневной поверхности буровыми станками 57, используя скважины 58, проходят эксплуатационные пилот-скважины 82, забои которых располагают в кровле штреков 75 77, а также ортов 78 81. После этого производят выемку полезного ископаемого на первой стадии из нижнего этажа 72. Станками HG330 в скважину 58, пилот-скважину 82 опускают буровые штанги 61, на которые в штреках 75 77 и ортах 78 81 навешивают породоразрушающие инструменты 62. С помощью вращения и осевого перемещения породоразрушающих инструментов разбуривают пилотскважины 82 по направлению к основаниям секций 1 3 и пилонов 10 17, расположенных в верхнем этаже 45. Отбитое от массива полезное ископаемое 83 с помощью погрузочно-доставочных машин транспортируют к шахтным стволам 38 и 39, а затем выдают на поверхность.

Разбуривание эксплуатационных скважин 82 начинают с пересечения штрека 75 ортами 80 и 81 по направлению к шахтным стволам 38 и 39 и к СБД. Аналогичным образом разбуривают эксплуатационные скважины 82 при пересечении ортами 80 и 81 штрека 76. На значительной стадии выемки полезного ископаемого разбуривают эксплуатационные скважины 82, забои которых расположены в кровле ортов 78 и 79.

После образования цилиндрической полости 84 в штреках и ортах устанавливают водонепроницаемые перемычки (на чертежах не показаны). На устья обсадных колонн 59 устанавливают загрузочные аппараты 67, в которые по трубопроводу 68 от закладочного комплекса 69 подают бетон. Бетон по обсадной колонне 59 и скважине 58 поступает в полость 84, заполняет ее, а также части штреков и ортов, разделенных водонепроницаемыми перемычками. Таким образом создают конструкцию в виде бетонных цилиндров 32, соприкасающихся между собой образующими.

После полной выемки полезного ископаемого из эксплуатационных пилотскважин 82 и заполнения цилиндрических полостей бетоном с оставлением в цилиндрических секциях 4, 5 выпускных окон 29, 30 и конструктивного оформления опор 31 получается суперструктура нижнего этажа 72, состоящая из кольцевых цилиндров (секций 4 6), жестко соединенных между собой пилонами 18 25 с требуемыми прочностными характеристиками. Кроме того, суперструктуры верхнего 45 и нижнего 72 этажей, жестко соединенные между собой кольцевыми поясками 7
9, образуют единую конструкцию. Затем в квершлагах 73 и 74 устанавливают водонепроницаемые перемычки 85 и 86.

На этом выемку полезного ископаемого на первой стадии прекращают.

После создания суперструктуры верхнего этажа 45 и в процессе осуществления выемки полезного ископаемого из нижнего этажа 72 в налегающих породах 41 создают несущий целик 87, основание которого располагают на поверхности предохранительного целика 42. Несущий целик 87 выполняют в виде бетонных цилиндров 88, которые соприкасаются между собой образующими. Образование цилиндров 88 производят через скважины 89, пройденные с дневной поверхности с помощью бурового агрегата 90. После проходки скважин 89 от закладочного комплекса 69 по гибкому рукаву 91 в бак 92 бурового агрегата 90 подают цементное молоко. Из бака 92 цементное молоко всасывается насосом (на чертежах не показан) и в виде рабочего агента с высоким давлением подается на исполнительный орган бурового агрегата 90. Исполнительный агрегат включает вертлюг 93, буровые трубы 94 и насадку 95. Буровые трубы пропущены через вращатель 96, с помощью которого выполняют операции по спуску, подъему и вращению их относительно неподвижного вертлюга 93. Рабочий агент, истекая из насадки 95 в виде струи, производит размыв налегающих пород 41 с образованием цилиндрической полости 97, при этом глинистые фракции пульпы по методу прямой промывки выносятся на поверхность по межтрубному пространству, образованному стенкой скважины 89 и буровыми трубами 94. Крупные фракции пульпы оседают в полости 97 и, смешиваясь с цементным молоком, образуют бетонный цилиндр 88. Стрелками 98 показаны направления создания несущего целика 87.

После создания несущего целика, по меньшей мере над одним из добычных блоков, приступают к подготовительным работам, связанным с выемкой полезного ископаемого на второй стадии.

В процесс проходки штрека 77 нижнего этажа 72 под нижним торцом обсадной колонны 43 СБД выполняют зумпф 99, стенки 100 которого бетонируют. Зумпф 99 располагают под выпускными окнами 29. В зумпф опускают колонну 101 труб, нижняя торцовая часть которой снабжена самородкоуловителем 102 и приемными окнами 103. Колонну 101 труб жестко соединяют с обсадной колонной 43 СБД.

Верхнюю торцовую часть обсадной колонны 43 снабжают воздухоотделителем 104 и трубопроводом 105, который соединяют с насосной станцией 106. Насосную станцию 106 с помощью магистрального трубопровода 107 соединяют с обогатительной фабрикой 108. Обсадную колонну 43 снабжают диспергатором 109 и трубопроводом 110, который соединяют с магистральным трубопроводом 111. На магистральном трубопроводе 111 устанавливают задвижку 112 и соединяют с манифольдом 113. Манифольд через задвижку 114, трубопровод 115 соединяют с ресивером 116. Ресивер посредством трубопровода 117 соединяют с турбокомпрессором 118.

Гидравлическую выемку полезного ископаемого на второй стадии ведут добычными блоками 119 122 в форме элементов кругового кольца, состоящих из выемочных камер 123 и 124 с аналогичными блоку формами. Камера 123 ограничена кольцевыми цилиндрическими секциями 1, 4, 2 и 5, пилонами 10, 18, 11 и 20. Камера 124 ограничена кольцевыми цилиндрическими секциями 2, 5, 3 и 6 и пилонами 15, 23, 14 и 22. Центральный угол α блока устанавливают на основании прочностных характеристик суперструктуры с учетом сложноструктурного строения трубки 37, представленной автолитовыми и ксенотуфобрекчиями с различными коэффициентами крепости.

Выемку полезного ископаемого, заключенного в контурах добычного блока, ведут на полную высоту блока, равную суммарной высоте этажей 45 и 72. Вдоль оси 125 блока, делящей центральный угол a пополам, проходят разрезную щель 126. В каждой из выемочных камер 123 и 124 вдоль оси 127, проходящей по отрезку окружности, делящему ширину камеры на две равные части, проходят компенсационные щели 128 и 129 соответственно. Для создания разрезной 126 и компенсационных 128, 129 щелей вдоль осей 125 и 127 бурят эксплуатационные скважины 130. Забои скважин 130 при проходке разрезной щели 126 располагают на разной высоте по отношению к основанию выпускного окна 29, увеличивая ее по направлению к кольцевой цилиндрической секции 6. Таким образом разрезную щель 126 выполняют с углом наклона b при котором не происходит потерь полезного ископаемого и алмазов на днище 131 добычного блока при самотечном гидространспортировании пульпы. Кроме того, при проходке компенсационных щелей 128 и 129 забои эксплуатационных скважин 130 располагают на разной высоте по отношению к основанию разрезной щели 126, увеличивая ее по направлению к пилонам 18 и 19, 22 и 23 соответственно. Таким образом, в окончательном виде при выпуске пульпы из добычного блока днище 131 будет сформировано в виде части поверхности усеченного конуса, продольная ось которого расположена под прямым углом к продольной оси обсадной колонны 43 СБД, при этом малое основание усеченного конуса примыкает к выпускным окнам 29.

Гидроотбойку полезного ископаемого ведут добычными гидромониторами, состоящими из вертлюга 132, насосно-компрессорных труб (НКТ) 133, пропущенных через вращатель 134, нижние торцы которых снабжены гидромониторными насадками 135. Добычные гидромониторы установлены на буровых станках 136. Гидроотбойку ведут по направлению от днища 131 блока к предохранительному целику 42, создавая при этом камеры 137 круглого сечения с возможностью пересечения из стенок в смежных камерах. Образованная при гидроотбойке полезного ископаемого пульпа по днищу 131 добычного блока самотеком транспортируется через окна 30 и 29 в зумпф 99. Из зумпфа 99 после подачи воздуха от турбокомпрессора 118 на диспергатор 109 пульпа через приемные окна 100 поступает во внутренние полости колонн 101 и 43, по которым эрлифтируется на поверхность. Воздуоотделителем 104 удаляется сжатый воздух. Пульпа по трубопроводу 105 поступает на насосную станцию 106. От насосной станции 106 пульпа по магистральному трубопроводу 107 транспортируется на обогатительную фабрику 108. На фабрике отделяется подрешетный продукт класса 0,5 мм, не содержащий алмазов, который в виде пульпы с включением твердых компонентов складируется в пруду-отстойнике 138.

Для эффективной работы эрлифта требуется необходимое затопление диспергатора 109, а следовательно разрезной 126 и компенсационных 128 и 129 щелей. В таких условиях гидродинамические параметры струй, создаваемых насадками 135, резко снижаются. Компенсировать указанный недостаток представляется возможным, использовав утяжеленные газожидкостные струи, создаваемые насадками 135 добычных гидромониторов. Для этого из пруда-отстойника 138 насосом 139 при открытой задвижке 140 пульпу подают на манифольд 141. В зависимости от количества одновременно работающих буровых станков 136 пульпа при открытых задвижках 142 по магистральным трубопроводам 143 подается на вертлюги 132. Одновременно при включенном турбокомпрессоре 118 и открытых задвижках 144 по трубопроводам 145 на смесители 146 и 147 подают сжатый воздух. В смесителях 146 и 147 сжатый воздух эжектируется пульпой, образуя газожидкостный рабочий агент, который значительно повышает гидродинамические параметры струй, создаваемые гидромониторами насадками 135 добычных гидромониторов. В зависимости от глубины заполнения диспергатора 109 верхние части щелей 126 128 могут находиться в воздушной среде. Следовательно, диаметры создаваемых камер 137, вследствие возрастания гидродинамических параметров струй, увеличиваются, при этом геометрические размеры проходимых щелей значительно возрастают.

После завершения проходки разрезной 126 и компенсационных 127, 128 щелей полезное ископаемое, заключенное в контурах добычного блока, самообрушается, образуя магазин 148. На устьях эксплуатационных скважин 130 устанавливают агрегаты скважинной гидродобычи (АСГ) 149, снабженные вертлюгами 150, НКТ 151, вращателями 152, импеллерами 153 с гидромониторными насадками 154. Импеллеры 153 выполнены в виде упругих элементов с возможностью их радиальной деформации при подаче НКТ 151 вниз до упора. Крутящий момент импеллерам 155 передают от вращателей 152 с возможностью из вращения вокруг неподвижных пят 155.

Насосом 139 подают под давлением из пруда-отстойника 138 пульпу. При открытой задвижке 156 по магистральному 157 и участковым 158 трубопроводам пульпа поступает во внутренние полости НКТ 151, а затем и на гидромониторные насадки 154.

Одновременно при включенном турбокомпрессоре 118 и открытой задвижке 159 по магистральному трубопроводу 160 на смеситель 161 подают сжатый воздух. В смесителе 161 сжатый воздух эжектируется потоком пульпы, создавая при этом газожидкостный рабочий агент. При вращении импеллеров 153 вокруг неподвижной пяты 155 упругие элементы осуществляют дробление полезного ископаемого. Кроме того, вокруг импеллеров создаются закрученные потоки пульпы, которые способствуют перемещению дробленого полезного ископаемого к выпускным окнам 29, 30, а затем и к приемным окнам 103 эрлифта. Закрученные потоки предотвращают осаждение высвобождаемых в процессе дезинтеграции алмазов на днище 131 добычного блока. Угловую скорость закрученных потоков пульпы увеличивают газожидкостные струи, истекающие из гидромониторных насадок 154. Динамическое воздействие струй на полезное ископаемое магазина 148 приводит к интенсивной дезинтеграции. Высвобождаемые из струй сжатый воздух, проходя в восходящем направлении по поровым пространствам магазина 148, улучшает условия дезинтеграции полезного ископаемого вследствие возникающего барботажа. Сжатый воздух также предотвращает слеживаемость полезного ископаемого в магазине 148, высота которого может быть значительной. Использование в качестве компонентов рабочего агента подрешетного продукта повышает плотность пульпы в выемочных камерах 123, 124, вследствие чего снижается интенсивная миграция алмазов в магазине 148 к его основанию и осаждение их на днище 131 добычного блока.

После полного извлечения полезного ископаемого из магазина 148 добычные гидромониторы с импеллерами 153 извлекают из выемочных камер. Затем производят закладку выработанного пространства блока твердеющим материалом 162. Дальнейшую выемку полезного ископаемого осуществляют из диаметрально противоположного добычного блока 122 с использованием приемов и технологических схем, описанных при отработке добычного блока 120.

Выемку полезного ископаемого на второй стадии могут также осуществлять одновременно из двух диаметрально противоположных блоков, например 119 и 121, с последующей закладкой выработанных пространств твердеющим материалом 162.

В зависимости от размеров трубки в плане и горно-геологических условий ее залегания количество добычных блоков возрастает. Выемку полезного ископаемого на второй стадии из подобной трубки ведут как одиночными, так и диаметрально противоположными добычными блоками. После закладки выработанного пространства отработанных диаметрально противоположных блоков 163 и 164 дальнейшую выемку полезного ископаемого осуществляют из очередных диаметрально-противоположных блоков 165 и 166, не смежных с выработанным пространством блоком 163 и 164. Соблюдение указанной закономерности необходимо для равномерного распределения нагрузки налегающих и вмещающих пород на суперструктуру.

После полного извлечения полезного ископаемого из трубки 37 и закладки выработанного пространства производят извлечение колонн 43, 101 с самородкоуловителем 102, из которого извлекают алмазы.

Использование изобретения позволит вовлечь в разработку алмазоносные месторождения, залегающие в сложных горно-геологических условиях, без нанесения ущерба окружающей среде, обеспечивая при этом высокую эффективность эксплуатации.

Изобретение относится к горному делу и может эффективно использовано для разработки алмазоносных трубок сложноструктурного строения, залегающих в сложных горно-геологических условиях. Трубку разбивают на этажи, с оставлением в кратерной части трубки предохранительного целика. Осуществляют проходку в основании верхнего этажа системы коаксиально расположенных штреков и радиально направленных ортов. Внешний штрек располагают в непосредственной близости от контакта трубки с вмещающимися породами. Производят выемку полезного ископаемого разбуриванием пилот-скважин, забои которых расположены в кровле штреков и ортов по направлению к предохранительному целику. Образуют в пределах высоты этажа секции суперструктуры в виде кольцевых цилиндров, соединенных между собой пилонами. Производят выемку полезного ископаемого разбуриванием пилот-скважин, пробуренных по высоте нижнего этажа с размещением их забоев в кровле штреков и ортов. Гидравлическую выемку полезного ископаемого на второй стадии ведут добычными блоками в форме элементов кругового кольца, состоящих из выемочных камер, аналогичных блоку формы. Камера ограничена кольцевыми цилиндрическими секциями, а также пилонами. Выемку полезного ископаемого, заключенного в контурах добычного блока, ведут на полную высоту блока, равную суммарной высоте этажей. Вдоль оси блока, делящей центральный угол пополам, проходят разрезную щель. Проходят компенсационные щели. Разрезную и компенсационные щели проходят добычными гидромониторами с использованием газожидкостного рабочего агента и последующим обрушением и магазинированием обрушенного полезного ископаемого в выемочных камерах. Гидравлическую выемку полезного ископаемого на второй стадии осуществляют одиночными блоками с последующей закладкой выработанного пространства и дальнейшей выемкой полезного ископаемого из диаметрально противоположного добычного блока. Суперструктура для осуществления способа разработки месторождений полезных ископаемых включает кольцевые цилиндрические бетонные конструкции (КЦБК). КЦБК выполнены в виде секций кольцевых цилиндров, основания которых жестко соединены между собой кольцевыми поясами. КЦБК установлены коаксиально и по радиальным направлениям жестко соединены между собой пилонами. Секции кольцевых цилиндров и пилоны конструктивно оформлены из бетонных труб. Секции кольцевых цилиндров и пилоны образованы круговыми прямыми цилиндрами. Бетонные трубы и цилиндры соприкасаются между собой образующими. Нижние торцовые части секций снабжены выпускными окнами, расположенными радиально. Опоры торцовых частей, расположенные между выпускными окнами, выполнены в виде прямых цилиндров, установленных на пяту в форме клиньев, боковые грани которых обращены к направлению движения потока пульпы. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 30 ил.

1. Способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения системой пилот-скважин, пройденных с дневной поверхности, подготовку месторождения к эксплуатации, формирование суперструктуры путем выемки полезного ископаемого и заполнения выработанного пространства твердеющим материалом, гидравлическую выемку полезного ископаемого под защитой суперструктуры добычными гидромониторами с выдачей пульпы через центральную скважину эрлифтной системой, отличающийся тем, что месторождение дополнительно вскрывают поэтажно подземными горными выработками, в верхней части месторождения формируют предохранительный и создают несущий целик, в основании каждого этажа проходят систему концентрично расположенных штреков и радиально направленных ортов, систему пилот-скважин бурят по концентрическим окружностям и их радиусам с выходом забоев на штреки и орты соответственно, выемку полезного ископаемого при формировании суперструктуры производят разбуриванием пилот-скважин снизу вверх буровым оборудованием, навешиваемым на штреках и ортах на буровые колонны, спущенные с поверхности в пилот-скважины, перед заполнением выработанного пространства в него опускают колонну труб, а твердеющим материалом заполняют затрубное пространство, гидравлическую выемку полезного ископаемого ведут на полную высоту вскрытых этажей в пределах кольцевых цилиндров секторами с перепуском разрушенного полезного ископаемого к центральной скважине, которую выполняют большего диаметра, по предварительно созданному наклонному днищу. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидравлическую выемку полезного ископаемого ведут с его магазинированием в выработанном пространстве с последующей его дезинтеграцией в магазине. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дезинтеграцию осуществляют в закрученных потоках пульпы и восходящих потоках сжатого воздуха, создаваемых добычными гидромониторами, снабженными импеллерами, с одновременной подачей газожидкостного рабочего агента на насадки для поддержания требуемого затопления эрлифтной системы. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после выпуска полезного ископаемого из магазина выработанное пространство заполняют твердеющей закладкой. 5. Суперструктура для разработки месторождений полезных ископаемых, включающая искусственный целик из бетона, отличающаяся тем, что искусственный целик выполнен в виде секций кольцевых цилиндров, основания которых имеют пояса для жесткого соединения между собой и установки на почву выработанного пространства, установленных кооксиально и по радиальным направлениям жестко соединенных между собой пилонами, причем секции кольцевых цилиндров верхних этажей и пилоны выполнены из бетонных труб, соприкасающихся своими образующими, а секции кольцевых цилиндров нижнего этажа и пилоны выполнены в виде прямых круговых цилиндров, при этом внутренние кольцевые секции имеют окна для перепуска пульпы в полость центрального цилиндра. 6. Суперструктура по п.5, отличающаяся тем, что нижние секции кольцевых цилиндров имеют опоры, расположенные между выпускными окнами. 7. Суперструктура по п.6, отличающаяся тем, что каждая опора нижних секций кольцевых цилиндров выполнена в виде прямого цилиндра, установленного на клиновидную пяту, боковые грани которой обращены к направлению движения потока пульпы.