МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОБЫЧИ КИМБЕРЛИТА Российский патент 1999 года по МПК E21D23/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке кимберлитовых месторождений механизированным комплексом.

Кимберлитовые руды обладают прочностью от 3 до 6 кН/см. Применение комбайнов механизированных комплексов по принципу резания не рационально, поскольку он эффективен только при прочности пород менее 2 кН/см. Для эффективной работы механизированного комплекса необходимо разупрочнение массива кимберлита.

Известен способ разупрочнения массива горных пород (см. а.с. N 1739021 E 21 C 37/00), включающий бурение скважин, подачу в разупрочненный массив через скважину газа и тепловое воздействие на массив через скважину, причем подачу газа осуществляют в режиме нагнетания первоначально до давления, превышающего пластовое давление в массиве, до вытеснения из разупрочненного массива природной воды, затем повышают давление нагнетания до значений давления образования газового гидрата после чего осуществляют тепловое воздействие на разупрочненный массив нагревом до температуры, превышающей критическую температуру гидратообразования.

Данное техническое решение не раскрывает устройство для его осуществления. Неизвестно как бурятся скважины по отношению к забою. Непонятно как взаимодействует весь механизированный комплекс при добыче руды.

Кроме того, имеется агрегат для проходки рассечки вспомогательной выработки для обеспечения производительного использования механизированного комплекса (см. а.с. N 1129346 E 21 C 27/00), включающий конвейерный струг, шарнирно, связанный маятниково-телескопическими рычагами с крепью, выполненной в виде рычагов с прорезью, гидроцилиндром и гидростоек, причем направляющие рычаги соединены с верхняками шарнирно посредством осей, установленных вдоль верхняков, а маятниково-телескопические рычаги размещены в прорезях направляющих рычагов.

Недостатком известного технического решения являются ограниченные возможности по проходке рассечки. В пройденных агрегатом рассечках невозможно разместить буровое оборудование и устройство для заполнения скважин разупрочняющим веществом и иметь запас площади рассечки для осуществления технологии разупрочнения, то есть для размещения нескольких рядов скважин, параллельных очистному механизированному забою, при длительных по времени процессах разупрочнения массива.

Наиболее близким по технической сущности является механизированный комплекс для добычи крепких руд с предварительным разупрочнением (см. сборник научных трудов института горного дела СО АН СССР "Взаимодействие механизированных крепей с боковыми породами". Статья И.И.Зарубишвили, Э.Д.Матрадзе, А. В.Канав "Особенности работы механизированных крепей, применяемых при взрывной отбойке руды". Сборник научных трудов ИГД СО АН СССР "Вопросы горного давления", выпуск 43, г. Новосибирск, 1985 г., с. 65-67), состоящий из механизированной крепи со скебковым транспортером очистного комбайна, дополнительного взрывоограничительного устройства телескопического типа и перфораторов для бурения шпуров глубиной 1.5 - 1.7 м, перемещаемых по направляющим, закрепленным на секциях механизированной крепи.

Недостатком известного технического решения являются усложнение конструкции за счет дополнительного взрывоограничительного устройства телескопического типа, трудоемкость буровзрывных работ по разупрочнению массива и воздействие взрывных работ на конструкцию механизированной крепи, снижающее ее работоспособность.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение производительной работы механизированного комплекса разупрочненным кимберлитом.

Поставленная задача решается следующим образом - механизированный комплекс снабжен по меньшей мере одним комплексом оборудования для опережающей проходки и крепления камеры в центральной части очистного забоя механизированного комплекса, для размещения установки для бурения параллельных забою скважин, устройства для заполнения скважин разупрочняющим веществом и образования дополнительной длины камеры, обеспечивающей выполнение процесса по разупрочнению кимберлита.

Существенным отличием предлагаемого технического решения является:
- Снабжен по меньшей мере одним комплексом оборудования для опережающей проходки и крепления камеры в центральной части очистного забоя механизированного комплекса.

Данное техническое решение позволяет более равномерно распределять скважины в призабойном массиве для размещения вещества для разупрочнения кимберлита. Позволяет вести работы по разупрочнению массива кимберлита независимо от работы очистного комплекса, это повышает производительность очистного комплекса, увеличивает возможность по применению различных технологий воздействия на массив кимберлита, в том числе и тех, для применения которых требуется длительное время на процесс разрушения кимберлита, возможен вариант применения для разупрочнения камуфлетного взрывания с применением низкобризантных и других ВВ. Все это позволит повысить качество разупрочнения массива кимберлита. Количество комплектов оборудования определяется из возможностей бурового оборудования, а именно точности бурения с увеличением длины. Точность бурения должна обеспечивать параметры технологии разупрочнения кимберлита, чтобы глубина бурения не оказывала существенного влияния на производительность бурового станка. Кроме того, учитывались капитальные затраты на приобретение комплексов. Каждый комплекс включает в себе комбайн для проходки камеры и гидрофицированную модульную крепь, обеспечивающую поддержание кровли и перемещение крепи вслед за проходческим комбайном, при этом освобождается устье камеры для снятия стружки забоя очистным комбайном. Гидрофицированная модульная крепь снабжается передвижным конвейером для передачи кимберлита, попутно добытого проходческим комбайном при проходке камеры, на транспортное средство механизированного комплекса.

Учитывая вышеизложенное, исходя из общей длины забоя, обслуживаемого механизированным комплексом, определяется рациональное необходимое количество комплектов оборудования и мест их расположения в центральной части очистного забоя.

- Для размещения установки для бурения параллельных забою скважин.

Данное техническое решение обеспечивает размещение бурового станка для бурения параллельных забою скважин в массиве кимберлита, что обеспечит сокращение расходов на буровые работы, увеличит эффективность разрушающего воздействия вещества, размещаемого в длинных параллельных скважинах. Кроме того, имеется возможность воздействия на массив нескольких рядов скважин, что уменьшает время на разупрочнение массива.

Все сказанное выше способствует повышению качества разупрочнения массива кимберлита.

- Устройство для заполнения скважин разупрочняющим веществом.

Данное техническое решение повышает производительность по заполнению длинных параллельных скважин.

- Образование дополнительной длины камеры обеспечивает выполнение процесса по разупрочнению кимберлита.

Данное техническое решение обеспечивает проведение технологии разупрочнения массива несколькими воздействиями. Например, в начале камуфлетного взрывания для создания зародышевых трещин в массиве, затем используют безвзрывное статическое разрушение, что увеличивает процесс разрушения. После чего разрушенный массив подвергается химическому разрушению. Это будет возможно, если камера будет иметь достаточную длину, в которой можно производить выше указанные операции или использовать длительный во времени процесс разупрочнения кимберлита. Все выше сказанное позволяет повысить качество разрупрочнения кимберлита.

Сущность предлагаемого технического решения.

Механизированный комплекс снабжается дополнительным оборудованием для операций проходки и крепления в центральной части очистного забоя камеры, из которой производятся работы по бурению параллельных забою скважин для размещения веществ, посредством которых осуществляется разупрочнение кимберлита.

Пример выполнения механизированного комплекса для добычи кимберлита показан на фиг. 1, 2 и 3.

Фиг. 1 - Принципиальная схема выполнения механизированного комплекса в районе образования опережающей камеры для размещения оборудования для разупрочнения кимберлита (вертикальный разрез по оси камеры);
Фиг. 2 - То же в плане;
Фиг. 3 - Схема размещения скважин для разупрочнения кимбрелита в опережающей камере.

Механизированный комплекс для добычи кимберлита состоит из механизированной крепи 1, очистного комбайна 2. В качестве очистного комбайна 2 может быть использован динамический струг. Механизированная крепь 1 снабжена средствами для транспортирования руды (кимберлита) в виде скребкового конвейера 3. Для образования опережающих камер 4 механизированный комплекс снабжен по меньшей мере одним комплектом оборудования для ее проходки. В комплект оборудования входит устройство для проходки, например, выполненное проходческим комбайном 5, и элементы для крепления камеры, например, выполненные в виде гидрофицированной модульной крепи 6, обеспечивающей поддержание кровли камеры вслед за проходческим комбайном 5 и перемещение ее для освобождения устья камеры для снятия стружки 7 очистным комбайном 2. Гидрофицированная модульная крепь 6 снабжена конвейером 8 для передачи на конвейер 3 попутно добытого кимберлита при проходке камеры 4.

Конвейер 8 снабжен элементами его перемещения (на чертеже не показаны) для пропуска очистного комбайна 2 во время съема очередной стружки 7.

Для бурения параллельных скважин 9 в камере 4 устанавливают буровые станки 10. В камере 4 может быть установлено несколько буровых станков 10 для обеспечения необходимой производительности по разупрочнению кимберлита.

В камере 4 устанавливают устройство 11 для заполнения скважин разупрочняющим веществом. Камера 4 проходится по отработанному слою кимберлита механизированным комплексом с опережением очистного забоя. Размеры камеры 4 (фиг. 3) выбираются из условия удобства работы и обеспечения технологических приемов по разупрочнению кимберлита в слое.

Диаметр скважин 9, сетка расположения скважин определяются специальными исследованиями в зависимости от применяемой технологии, камуфлетного взрывания, статического воздействия расширяющегося вещества, помещенного в скважину, химических и других процессов по разупрочнению кимберлита.

Для обеспечения проходки камеры 4 с минимальными энергетическими затратами и сохранности кристаллов по трассе движения проходческого комбайна 5 производят разупрочнение кимберлита, для этого используются буровые станки 10 и устройства 11 для заполнения скважин разупрочняющим веществом. Комплекс скважин 12 бурится в сечении камеры 4 на определенную глубину, определяемую технологией разупрочнения кимберлита.

Механизированный комплекс для добычи кимберлита работает следующим образом. Кимберлит, обладая прочности 3 - 6 кН/см², не поддается эффективному разрушению резанием очистными комбайнами механизированных комплексов, поэтому необходимо предварительное его разупрочнение. Для чего в центральной части забоя механизированного комплекса проходческим комбайном 5 вынимается камера 4. Попутно добытый кимберлит конвейером 8 грузится на скребковый конвейер 3 механизированной крепи 1. Камера 4 крепится гидрофицированной модульной крепью 6 (тумбами). Длина и сечение камеры 4 должны удовлетворять требованиям технологии ведения работ по разупрочнению кимберлита в слое и для поддержания камеры устанавливается определенное число гидрофицированных модульных тумб 6, перемещение которых осуществляется за счет встроенных гидроцилиндров по мере продвижения проходческого комбайна 5, освобождая устье камеры 4 для очередного съема стружки 7 очистным комбайном 2.

По технологии, разработанной специальными исследованиями, производится обуривание буровыми станками 10 параллельных скважин 9. Глубина скважин от 10 до 50 м, то есть с одной камеры можно обуривать забой длиной до 100 м. Если механизированный комплекс имеет большую длину, проходятся две-три камеры 4 в центральной части. Расстояние между скважинами 9 определяется свойствами разупрочняющего вещества и прочностью кимберлита, а также требуемой степенью разупрочнения для эффективной работы комбайна 2. Например, для разупрочнения массива камуфлетным взрыванием скважины 9 зарядным устройством 11 заполняют низкобризантным взрывным веществом (может быть выполнено смесью взрывчатого вещества с инертным наполнителем). Устье скважины после зарядки перекрывают паккерами и взрывают. В массиве кимберлита при камуфлетном взрывании образуется система трещин без нарушения его целостности. Расстояние от свободных поверхностей подбирается таким образом, чтобы во время взрыва не происходило отпольных явлений на свободной поверхности.

Разрушенный камуфлетных взрыванием массив кимберлита эффективно отделяется в виде стружки 7 очистным комбайном 2, например струговой установкой с активными зубьями. Технология разупрочнения посредством параллельных скважин из опережающей камеры обеспечивает подготовку массива кимберлита, что позволяет вести добычу без простоев после съема очередной стружки 7, увеличивая производительность комплекса. Кроме того, эта технология обеспечивает безаварийную работу механизированной крепи с применением эффективного способа разупрочнения взрывчатым веществом за счет удаления взрыва в глубь массива.

Предлагаемое техническое решение предусматривает использование и других технологий, например, химико-физического разрушения.

В скважине 9 определенного диаметра и сетки расположения (в результате проведенных специальных исследований) посредством устройства 11 закладывается разупрочняющее вещество. В результате химической реакции разупрочняемого вещества увеличивается его объем, развивая большие давления на стенки скважин, что приводит к трещинообразованию и разупрочнению массива кимберлита. Этот процесс разрушения занимает менее одних суток. Наличие камеры 4 с комплектом обуренных скважин 9 позволяет вести химико-физическое разупрочнение массива, обеспечивая непрерывный фронт работы для механизированного комплекса.

Для эффективной работы проходческого комбайна 5 по трассе будущей перемещающейся камеры 4 может быть обурен комплект параллельных скважин 12 и проведено разупрочнение кимберлита по технологии, используемой для очистного забоя механизированного комплекса. Разупрочнение массива по трассе камеры 4 ведется циклами, разными скважинами 12 эффективного разупрочнения, в условиях проходческого забоя.

Наличие опережающей камеры 4 с комплектом обуренных скважин 9, по необходимой сетки, позволяет вести и комбинированный процесс разупрочнения массива с одновременным применением бризантного и химико-физического разупрочнения кимберлита, что обеспечит в последующем высокопроизводительную и эффективную работу механизированного комплекса.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке кимберлитовых месторождений механизированным комплексом по винтовой линии. Изобретение обеспечивает повышение производительности работы комплекса. Механизированный комплекс включает механизированную крепь со средствами для транспортировки руды, очистной комбайн и элементы для разупрочнения массива. Он снабжен по меньшей мере одним комплектом оборудования для опережающей проходки крепления камеры в центральной части очистного забоя механизированного комплекса для размещения установки бурения параллельных забою скважин, устройства для заполнения скважин разупрочняющим веществом и образования места забойному рабочему по разупрочнению кимберлита. 3 ил.

Механизированный комплекс для добычи кимберлита, включающий механизированную крепь с средствами для транспортировки руды, очистной комбайн и элементы для разупрочнения массива, отличающийся тем, что снабжен по меньшей мере одним комплектом оборудования для опережающей проходки и крепления камеры в центральной части очистного забоя механизированного комплекса для размещения установки бурения параллельных забою скважин, устройства для заполнения скважин разупрочняющим веществом и образования дополнительной длины камеры, обеспечивающей выполнение процесса по разупрочнению кимберлита.