СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ИЗ МОЩНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ Российский патент 1997 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке мощных рудных тел, например алмазоносных кимберлитовых трубок, мощных угольных пластов, а также мощных россыпных месторождений.

Известен способ скважинной гидродобычи при гидравлическом опробовании мощных продуктивных горизонтов, в котором производят послойную выемку полезного ископаемого камерами снизу вверх с закладкой выработанного пространства /1/.

Недостатком данного способа, уменьшающим область его эффективного использования, является то, что при сплошной выемке полезного ископаемого разработка смежных камер сопряжена или с разубоживанием полезного ископаемого закладочным материалом, или с необходимость формирования междукамерных целиков, что приводит к потерям полезного ископаемого.

Одним из путей снижения разубоживания полезного ископаемого закладочным материалом является формирование закладочных массивов повышенной прочности. Известно формирование закладочных массивов с повышенными прочностными характеристиками периферийных участков, как наиболее подверженных технологическому воздействию при проведении очистной выемки смежных с закладочным массивом полезного ископаемого /2, 3, 4, 5/.

Однако принятая в этих способах последовательность операций и режимы их выполнения позволяют сформировать разнопрочные закладочные массивы, допускающие лишь небольшие обнажения по высоте. Таким образом, разработка залежей большой мощности с использованием известных способов требует, как правило, применения сплошной закладки из твердеющих смесей. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых из мощных залежей, включающий вскрытие залежи скважинами, размещение в них добычного оборудования, этажную разработку залежи рядами камер, располагаемых в плане в шахматном порядке с отбойкой и слоевой выемкой полезного ископаемого в камере снизу вверх, выдачу полезного ископаемого на поверхность и последующую закладку выработанного пространства /6/.

Недостатком данного способа являются относительно большие потери полезного ископаемого в целиках и технологические трудности точного соблюдения параметров гидроразмыва для обеспечения заданной довольно сложной конфигурации выемочных камер.

Целью изобретения является снижение потерь полезного ископаемого в целиках при сохранении низких затрат на закладочные работы и упрощении технологического процессе добычи.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе скважинной гидродобычи полезных ископаемых из мощных залежей, включающем вскрытие залежи добычными скважинами, размещение в них добычного оборудования, этажную разработку залежи рядами камер, располагаемых в плане в шахматном порядке с отбойкой и слоевой выемкой полезного ископаемого в камере снизу вверх, выдачу полезного ископаемого на поверхность и последующую закладку выработанного пространства камер, вокруг добычных скважин в каждую камеру дополнительно бурят шесть вспомогательных скважин, разработку ведут цилиндрическими камерами с опережением в смежных камерах и рядах на высоту по меньшей мере одного этажа, а перед закладкой днище камеры зачищают и через добычную скважину подают несвязанный материал, из которого отсыпают конус с образованием зазор между его основанием и стенками камеры после чего через вспомогательные скважины в образованный зазор подают твердеющий материал и формируют кольцо высотой меньше высоты конуса, после схватывания твердеющей смеси конус наращивают до образования зазора аналогичного предыдущему и операции по подаче твердеющего и несвязанного материала повторяют до достижения вершиной конуса высоты этажа, затем подачей твердеющей смеси до уровня вершины конуса формируют днище камеры, на которое ведут отбойку полезного ископаемого следующего этажа.

В совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения поставленной цели.

На фиг.1 представлен план расположения добычных камер на разрабатываемом участке месторождения, на уровне днища камер второго этажа; на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3- вертикальный разрез трех разрабатываемых камер на трех верхних этажах.

Способ осуществляют следующим образом. Мощную залежь 1, например кимберлитовую трубку, вскрывают добычными скважинами 2, вокруг которых на некотором расстоянии, определяемом диаметром выемочных камер 3 бурят, например, шесть вспомогательных скважин 4 меньшего или такого же диаметра. Глубину бурения определяют максимально возможной для существующего уровня техники и технологии глубиной разработки или мощностью залежи 1, если последняя залегает на глубинах меньших, чем позволяет техника и технология разработки. Диаметр добычных скважин 2 задают в зависимости от глубины разработки и мощности применяемого добычного оборудования. Добычные скважины 2 бурят рядами с шахматным расположением. Расстояние между ними принимают равным диаметру выемочных камер 3, который в свою очередь определяют устойчивым пролетом обнажения ее кровли 5. Разработку полезного ископаемого ведут этажами 6 с формированием выемочных камер 3 цилиндрической формы и высотой, равной высоте этажа 6.

Отбойку полезного ископаемого в камере 3 осуществляют скважинными гидромониторами 7 или в затопленном, или в осушенном очистном пространстве 8. В тех случаях, когда прочность полезного ископаемого не позволяет вести непосредственный размыв гидромонитором, производят предварительное разупрочение массива полезного ископаемого диспергаторами или зарядами ВВ, размещаемыми во вспомогательных скважинах 4, или импульсным воздействием. Подъем отбитого полезного ископаемого 9 осуществляют по добычной скважине. 2. В качестве подъемного оборудования 10 может быть использован эрлифт, гидроэлеватор, погружной насос и др.

Выемку полезного ископаемого в камере 3 начинают с образования над ее днищем 11 врубовых полостей. На эти свободные пространства производят отбойку первого слоя полезного ископаемого, который затем выдают на поверхность, в результате чего образуется свободное пространство, на которое отбивают второй слой. Чередуя отбойку и подъем полезного ископаемого, отрабатывают камеру 3 на высоту этажа 6.

После выдачи отбитого полезного ископаемого 9 из камеры 3 гидромониторами 7, размещенными во вспомогательных скважинах 4, производят зачистку ее днища 11 с выдачей мелочи через добычную скважину 2.

Закладку выработанного пространства камеры 3 осуществляют после зачистки днища следующим образом: первоначально на днище камеры 11 через добычную скважину 2 подают несвязанный материал, например песок, окатыши, образованные из хвостов обогащения, мелкодробленые вскрышные породы из близлежащих карьеров и т.п. и формируют конус 12, располагаемый соосно с камерой 3 высотой, меньшей высоты камеры 3. Между основанием конуса 12 и стенкой камеры 3 образуют зазор, в который подают твердеющий материал. В качестве твердеющего материала могут быть использованы песчано цементные смеси возможно с добавлением золы уноса, твердеющие смеси на основе жидкого стекла, фенолформальдегидных смол.

Из твердеющего материала формируют кольцо 13 высотой, меньшей высоты конуса 12. При этом за счет размещения несвязанного материала под углом естественного откоса верхнее основание у кольца шире нижнего. После схватывания твердеющего материала в камеру вновь подают несвязанный материал, которым наращивают конус до образования зазора аналогичного предыдущему. Поскольку ширина верхнего основания у кольца больше нижнего, несвязанный материал частично располагается на кольце 13. Во вновь образованный зазор также подают твердеющую смесь для формирования следующего аналогичного кольца за счет того, что сыпучий материал не попадает в зазор, кольца 13 прочно соединяются между собой.

Поочередную отсыпку несвязанного материала и подачу твердеющего в образованный зазор ведут до тех пор, пока высота конуса не станет равной высоте камеры.

В результате выполнения указанных операций в камере образуется закладочный массив в виде цилиндра, имеющего оболочку 14 из твердеющего материала, удерживающую внутри себя столб 15 из несвязанного материала. При этом гидростатическое давление столба 15 несвязанного материала на оболочку 14 в радиальном направлении практически отсутствует, поскольку сыпучий материал частично лежит как бы на полках, роль которых выполняют верхние основания колец 13, и не опирается на оболочку 14.

Завершают закладку камеры подачей твердеющего материала на поверхности конуса до уровня его вершины и формируют днище 11 камеры 3, на которое ведут отбойку полезного ископаемого следующего этажа.

Возможна также разработка залежи камерами первой 16 и второй 17 очередей. Суть ее заключается в следующем: выемку и закладку камер, например в четных рядах, ведут без формирования междукамерных целиков, а в нечетных образуя между смежными камерами целик. Образованный таким образом целик отрабатывают во вторую очередь и его выработанное пространство закладывают несвязанным материалом.

При отработке камер второй очереди производят также выемку полезного ископаемого, оставшегося между камерами за счет их цилиндрической формы. Отбойку этого полезного ископаемого ведут гидромониторами, расположенными во вспомогательных скважинах 4.

Сущность изобретения: вскрытую добычными скважинами мощную залежь разделяют на этажи и разрабатывают цилиндрическими камерами с отбойкой и слоевой выемкой полезного ископаемого снизу вверх. Камеры формируют рядами с шахматным расположением и отрабатывают с опережением в смежных камерах и рядах на высоту по меньшей мере одного этажа. Закладку выработанного пространства осуществляют по мере выемки камер, причем вначале на днище камеры соосно с ней отсыпают конус из несвязанного материала с образованием кольцевого зазора между его основанием и стенкой камеры. Затем в образованный зазор подают твердеющую смесь, из которой формируют кольцо высотой меньше высоты отсыпанного конуса. После схватывания твердеющей смеси конус наращивают до образования кольцевого зазора, аналогичного предыдущему. Подачу твердеющего и несвязанного материала повторяют до тех пор, пока вершина конуса не окажется на уровне высоты слоя. После этого твердеющий материал подают до достижения его поверхностью вершины конуса, формируя таким образом днище камеры, на которое осуществляют отбойку очередного слоя. 3 ил.

Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых из мощных залежей, включающий вскрытие залежи добычными скважинами, размещение в них добычного оборудования, этажную разработку залежи рядами камер, располагаемых в плане в шахматном порядке с отбойкой и слоевой выемкой полезного ископаемого в камере снизу вверх, выдачу полезного ископаемого на поверхность и последующую закладку выработанного пространства камер, отличающийся тем, что вокруг добычных скважин в каждую камеру дополнительно бурят несколько вспомогательных скважин, разработку ведут цилиндрическими камерами с опережением в смежных камерах и рядах на высоту по меньшей мере одного этажа, а перед закладкой днище камеры зачищают и через добычную скважину подают несвязанный материал, из которого отсыпают конус с образованием зазора между его основанием и стенками камеры, после чего через вспомогательные скважины в образованный зазор подают твердеющий материал и формируют кольцо высотой меньше высоту конуса, после схватывания твердеющей смеси конус наращивают до образования зазора, аналогичного предыдущему, и операции по подаче твердеющего и несвязанного материала повторяют до достижения вершиной конуса высоты этажа, затем подачей твердеющей смеси до уровня вершины конуса формируют днище камеры, на которое ведут отбойку полезного ископаемого следующего этажа.