СПОСОБ ПОСЛОЙНОЙ ОБРАБОТКИ РУДНЫХ ТЕЛ ГИДРОДОБЫЧЕЙ Российский патент 1997 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к области разработки месторождений твердых полезных ископаемых методом гидравлической добычи через скважины и может быть использовано при эксплуатации месторождений, рудное тело которых имеет столбообразную форму.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного пласта скважинами, формирование камер и оставление между ними временных целиков с их последующим разрушением, гидравлический размыв полезного ископаемого, выдачу дисперсионной смеси на поверхность, обрушение пород на заранее образованное компенсационное пространство [1]
Недостатками способа являются высокие энергозатраты на подготовительные работы, опасность ведения горных работ в шахтных условиях и высокая степень вредного воздействия на окружающую среду.

Известен также способ управления деформированием подрабатываемого массива, включающий выполнение за охраняемым сооружением щели, заполнение ее податливым материалом и образование вокруг щели ослабленной зоны путем бурения скважин [2]
Недостатком способа является необходимость заложения щели на определенном расстоянии, равном половине глубины заложения фундаментов сооружений, и создание ослабленной зоны вокруг нее путем бурения скважин, что предопределяет образование вокруг охраняемых сооружений мульды сдвижения значительных площадей.

Наиболее близким по технической сущности является способ эксплуатации формации полезных ископаемых, включающий вскрытие ее скважинами, установку оборудования в скважинах, формирование камер, образование отрезной щели по верхнему контуру рудного тела, обрушение полезного ископаемого, его дезинтеграцию и выдачу образовавшейся пульпы на поверхность [3]
Недостатками этого способа являются значительные энергозатраты на проходку шахтных выработок большого диаметра, в том числе орта и приемных камер с искусственными днищами, сложности бурения и эксплуатации наклонных скважин, технические трудности проведения гидроразрыва, отсутствие мероприятий, направленных на охрану горного массива, окружающего рудное тело, а также небезопасность ведения работ в шахтных условиях.

В основу изобретения поставлена задача повысить эффективность способа эксплуатации месторождений полезных ископаемых, рудное тело которых имеет столбообразную форму, за счет исключения строительства шахтных выработок, водопритока в рудное тело и сдвижения горного массива, окружающего рудное тело, упрощения технологии горноподготовительных работ, сокращения сроков введения месторождения в эксплуатацию, а также обеспечить безопасность ведения горных работ и охрану окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что способ послойной отработки рудных тел гидродобычей включает образование замкнутой вертикальной отрезной щели и заполнение ее податливым материалом, вскрытие рудного тела скважинами, установку в них оборудования, формирование камер, оставление между ними временных целиков с их последующим разрушением, дезинтеграцию горных пород и их обрушение, подачу рабочего агента по скважинам, выдачу образовавшейся пульпы на поверхность и закладку мульды свдижения отходами производства.

При послойной отработке рудных тел, имеющих столбообразную форму, вертикальную отрезную щель, замкнутую по контуру рудного тела в интервале его отработки, образуют с поверхности на глубину h, определяемую формулой

где c сцепление в массиве горных пород;
β произведение объемной массы пород g на коэффициент бокового давления, равный 0,5;
где ρ и ρ₁ углы вертикального трения соответственно горных пород и податливого материала;
H глубина отработки полезного ископаемого;
d эквивалентный диаметр рудного тела,
а обрушение горных пород осуществляют методом регулируемой поэтажной посадки подрабатываемого массива горных пород, ограниченного с флангов отрезной щелью, под действием собственного веса. Для этого скважины располагают так, чтобы последовательный их ввод в эксплуатацию, а соответственно и формирование общей компенсационной полости осуществлялись по спирали. Фронт работ проводят либо от центра к периферии либо от периферии к центру. Интервал времени ввода в эксплуатацию очередной скважины определяют исходя из устойчивости потолочины предыдущей камеры при максимальной выемке из нее полезного ископаемого.

Сетку бурения скважин и размеры компенсационных выработок выбирают в соответствии с известными представлениями о поведении породного массива в условиях действия горного давления.

Вес подрабатываемого горного массива, уменьшающийся по мере послойной отработки снизу вверх, компенсируют отходами производства, которыми закладывают мульду сдвижения. Ввиду опускания устьев скважин вместе с поверхностью, скважины наращивают.

На основании вышеизложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым технологическим результатом. Благодаря данной совокупности существенных признаков удалось создать способ послойной отработки рудных тел гидродобычей через скважины с высокой эффективностью за счет снижения энергозатрат на подготовительные работы, а также обеспечить безопасность ведения работ и охрану окружающей среды. Следовательно, изобретение имеет изобретательский уровень, так как явным образом не следует из существующего уровня используемых технологий на данном этапе.

На фиг.1 представлена схема вскрытия и подготовки рудного тела; на фиг.2 последовательность отработки рудного тела; на фиг. 3 план расположения скважин в пределах контура рудного тела; на фиг.4 разделение рудного тела на блоки; на фиг.5 то же, вид в плане.

Способ поясняется на примере разработки месторождения, рудное тело которого представляет собой кимберлитовую трубку 1.

С поверхности по периметру трубки в интервале ее отработки проходят вертикальную отрезную щель 2 на глубину h, определяемую формулой

где c сцепление в массиве горных пород;
β произведение объемной массы пород g на коэффициент бокового давления, равный 0,5;

где ρ и ρ₁ углы вертикального трения соответственно горных пород и податливого материала;
H глубина отработки полезного ископаемого;
d эквивалентный диаметр рудного тела.

Щель заполняется податливым материалом, например бентонитовым раствором 3. После или одновременно с проходкой щели скважинами 4 вскрывают рудное тело. Их бурят с поверхности на всю глубину отработки рудного тела в определенной последовательности по расчетной сетке, определяемой размерами камеры 5, образующейся вокруг скважины. Верхнюю часть скважин до кровли рудного тела 6 обсаживают трубами 7, а затрубное пространство герметизируют. В плане скважины располагают концентрическими рядами.

Через скважины производят дезинтеграцию кимберлитов, например, с помощью энергии взрыва.

Скважины последовательно оборудуют добычными установками и вводят в эксплуатацию. Каждую очередную скважину в эксплуатацию вводят при достижении кровлей предыдущей камеры предельных значений, предшествующих ее обрушению.

На первом этапе руду добывают гидромониторами. Создают общую компенсационную полость путем соединения камер между собой. В момент их соединения высота каждой последующей камеры меньше высоты предыдущей. В плане компенсационную полость образуют по спирали от центра рудного тела к периферии или от периферии к центру. Величина рабочего интервала скважин соответствует мощности отрабатываемого слоя 8 рудного тела. По мере развития компенсационной полости в рудном целике на границе его с вмещающими породами растут напряжения до предельных значений с последующим образованием зону разрушенных пород 9, которая распространяется от компенсационной полости к отрезной щели. Начинается посадка подрабатываемого первого этажа 10 горного массива, ограниченного с флангов вертикальной отрезной щелью. Плавность посадки массива достигается тем, что в эксплуатации постоянно находится одинаковое количество скважин. При посадке массив горных пород раздавливают участки кимберлитов, сохранившиеся в целиках и негабаритах. Возникающее при этом избыточное давление в пульпе отрабатываемого слоя используют для выдачи ее на поверхность.

Рабочие колонны извлекают по мере опускания горного массива. После посадки каждого этажа горного массива обсадные трубы скважин наращивают на соответствующую высоту.

По окончании отработки одного слоя процесс повторяют. Следующий слой отрабатывают, начиная с дезинтеграции горных пород, и так до полного извлечения запасов.

По мере послойной отработки снизу вверх горный массив, ограниченный с флангов отрезной щелью, уменьшает свой вес и геостатическое давление падает, а напряжения в породах за пределами отрезной щели растут. Для сохранения геостатического давления и избежания деформаций пород, вмещающих рудное тело, мульду сдвижения в процессе отработки заполняют отходами производства, например обогащения II, в соответствии с весом отработанного слоя рудного тела.

Если столбообразное рудное тело имеет расширение, его делят на блоки, образуя замкнутую вертикальную щель по контуру каждого блока 12.

При наличии водоносных горизонтов в пределах глубины отработки рудного тела ниже расчетной глубины щели последнюю образуют на глубину залегания подошвы нижнего водоносного горизонта.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке столбообразных рудных тел гидродобычей через скважины. Сущность изобретения заключается в том, что вертикальную отрезную щель, замкнутую по контуру рудного тела, образуют с поверхности. Гидравлический размыв полезного ископаемого. Обрушение горных пород осуществляют методом регулируемой поэтажной посадки подрабатываемого массива, ограниченного с флангов отрезной щелью, под действием собственного веса. Скважины располагают так, чтобы последовательный их ввод в эксплуатацию и соответственно формирование компенсационной полости осуществлялись по спирали. Вес подрабатываемого горного массива компенсируют отходами производства, которыми закладывают образованное пространство над подрабатываемым массивом. При наличии у столбообразного рудного тела расширения, его делят на блоки, образуя замкнутую вертикальную щель по контуру каждого блока. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ послойной отработки рудных тел гидродобычей, включающий вскрытие рудного тела скважинами, установку в них оборудования, формирование замкнутой отрезной щели и компенсационной полости, обрушение и гидравлический размыв полезного ископаемого, выдачу пульпы на поверхность и закладку образованного пространства, отличающийся тем, что при эксплуатации месторождения со столбообразной формой рудного тела замкнутую отрезную щель формируют вертикальной с поверхности в интервале отработки, а обрушение полезного ископаемого осуществляют регулируемой поэтажной посадкой подрабатываемого массива, ограниченного с флангов вертикальной отрезной щелью, под действием собственного веса, а затем по мере послойной отработки снизу вверх под действием отходов производства, закладываемых в образованное пространство над подрабатываемым массивом в пределах замкнутой вертикальной отрезной щели, для чего скважины располагают так, чтобы последовательный их ввод в эксплуатацию, а соответственно и формирование общей компенсационной полости осуществлялись по спирали, при этом очередную скважину вводят в эксплуатацию при достижении кровлей предыдущей камеры значений, предшествующих ее обрушению. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что глубину проведения замкнутой вертикальной отрезной щели определяют по формуле

где c сцепление в массиве горных пород, Па;
β- произведение объемной массы пород γ на коэффициент бокового давления, равный 0,5;
Н глубина отработки полезного ископаемого, м;
d эквивалентный диаметр рудного тела, м;

где p и p₁ углы внутреннего трения соответственно горных пород и податливого материала, рад.