СПОСОБ ОТРАБОТКИ ТРУБКООБРАЗНЫХ КИМБЕРЛИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫМ КОМПЛЕКСОМ Российский патент 2000 года по МПК E21C41/22 

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

Известен способ разработки рудных тел (см. а.с. N 881323, E 21 C 41/06), включающий проходку восстающего, штрека и выемку руды слоями сверху вниз в радиальном направлении под прикрытием, причем восстающий проходят по центру рудного тела, а отбойку производят одним очистным забоем по спирали вокруг указанного восстающего с перепуском добытой руды в последний. Кроме того, для улучшения проветривания могут проходить фланговый восстающий и вентиляционный штрек, проходка последнего опережает очистную выработку на один оборот, а вентиляционный штрек соединяют фланговым восстающим с очистным забоем.

Недостатком известного технического решения является малая механизация очистных работ, что снижает производительность.

Наиболее близким по технической сущности является способ с применением механизированной крепи для подземной разработки кимберлитовых трубок (см. статью Б.А. Фролов, В.И. Клишин Механизированный способ подземной разработки кимберлитовых трубок//Сб. "Геотехническое обоснование технологических решений при разработке руд подземным способом". - Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1984, с. 86 - 93). Основой данного способа является проходка в центральной части трубки рудоспускного ствола, а за пределами рудного тела - главного ствола для подъема руды. Стволы между собой сбиваются системой горно-подготовительных выработок и некоторым количеством вентиляционных стволов по контуру кимберлитовой трубки.

Далее подготавливают один или несколько радиальных забоев, оснащенных механизированной крепью, и на нее настилают гибкое перекрытие. Подготовка радиального забоя заключается в придании ему наклона для выемки по спирали. По контуру вынимаемого рудного тела создают спиральный кольцевой штрек, соединяющий очистной забой с вентиляционными стволами. Отработку ведут в нисходящем порядке радиальными спиральными забоями с механизированной крепью вокруг рудоспуска. По мере выемки слоя руды возводят спиральный кольцевой штрек, наращивают вентиляционные стволы, а выработанное пространство заполняют закладкой.

Недостатками известного технического решения являются потери полезного ископаемого или дополнительные трудовые затраты, когда кимберлитовая трубка имеет некруглую форму в сечении - эллипс или другую неправильную форму.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение потерь руды и обеспечение выемки механизированным комплексом по всему сечению трубкообразного кимберлитового месторождения сложной конфигурации.

Поставленная задача решается следующим образом. В слое от центрального ствола (образованного по центру месторождения для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса) проходят слоевую транспортную камеру, направленную длинной осью по простиранию месторождения в плане данного слоя.

Выемку слоя ведут механизированным комплексом движением вокруг ствола и слоевой транспортной камеры, причем по боковым сторонам слоевой транспортной камеры отработку механизированным комплексом ведут параллельными лентами, а в торцевых частях слоевой транспортной камеры механизированный комплекс перемещают по круговой траектории и отработку ведут радиальными клиновыми лентами.

Вентиляционно-ходовые выработки, соединяющие очистной забой механизированной крепи с нижним транспортным горизонтом, проходят до начала очистных работ в блоке в приконтактной зоне кимберлитового месторождения.

Кроме того, в центральной части кимберлитового месторождения могут образовывать по меньшей мере один дополнительный ствол для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса.

Существенным отличием предлагаемого технического решения является:
- в слое от центрального ствола, образованного по центру месторождения, для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса проходят слоевую транспортную камеру, направленную длинной осью по простиранию месторождения в плане данного слоя.

Данное техническое решение позволяет расширить область действия механизированного комплекса в слое. Слоевые транспортные камеры снабжаются транспортными средствами, например перегрузочными конвейерами для приема руды из механизированного комплекса и доставки ее до центрального ствола. Слоевые транспортные камеры также снабжаются необходимыми устройствами для обеспечения работы механизированной крепи, перемещающейся по ее боковым сторонам. Слоевая транспортная камера может состоять из двух частей: условно "правой" и "левой" частей относительно центрального ствола. Это необходимо тогда, когда месторождение вытянуто и центральный ствол находится по центру. Длина слоевой транспортной камеры должна обеспечивать наиболее полное извлечение руды в торцевых частях движением механизированной крепи вокруг нее по винтовой линии в нисходящем или восходящем порядке и поэтому направление длинной оси камеры должно совпадать с направлением по простиранию (длинной оси кимберлитового месторождения) слоя в плане.

Если трубкообразное кимберлитовое месторождение в каждом последующем слое меняет азимутальный угол длинной оси, меняется и направление по проходке слоевой транспортной камеры.

При изменении размеров рудного тела в слое меняется и длина камеры. Таким образом, изменением длины камеры и азимутального угла обеспечивается полнота выемки руды в слое механизированным комплексом.

Выемку слоя ведут механизированным комплексом движением вокруг центрального ствола и слоевой транспортной камеры, причем по боковым сторонам слоевой транспортной камеры отработку механизированным комплексом ведут параллельными лентами, а в торцевых частях слоевой транспортной камеры механизированный комплекс перемещают по круговой траектории и отработку ведут радиальными клиновыми лентами.

Данное техническое решение обеспечивает простую технологию выемки основной части запасов руды в слое без перемонтажа механизированного комплекса, это увеличивает производительность и повышает извлечение руды из слоя.

Причем при движении механизированного комплекса около боковой стенки камеры (длинной стороны камеры) отработка может вестись лентами перпендикулярно длинной оси камеры или слабонаклонными (к перпендикуляру) лентами под углом до 15^o и более. Если учесть, что длина механизированной крепи может достигать 100 м, то уменьшение ширины действия механизированной крепи может колебаться до 5 и более метров.

Комбинируя углами наклона лент по боковой стороне и углами секторов по торцевым стенкам можно отрабатывать слои в плане яйцевидной формы или другой округлой конфигурации.

Вентиляционно-ходовые выработки, соединяющие очистной забой механизированной крепи с транспортным горизонтом, проходят до начала очистных работ в блоке на всю высоту этажа (столба) в приконтактной зоне кимберлитового месторождения.

Данное техническое решение обеспечивает надежное проветривание за счет общешахтной депрессии очистного забоя механизированного комплекса, а также обеспечивается запасной выход.

При этом необходимо, чтобы при проходке слоевого вентиляционного штрека всегда была вскрыта по меньшей мере одна вентиляционно-ходовая выработка.

Расположение вентиляционно-ходовых выработок в приконтактной зоне обеспечивает сохранность на весь срок отработки как в нисходящем, так и в восходящем порядке. При отработке в нисходящем порядке посредством вентиляционно-ходовых выработок будет обеспечиваться постоянная связь с нижним транспортным горизонтом. При отработке в восходящем порядке будет обеспечиваться постоянная связь с верхним вентиляционным горизонтом. Вентиляционно-ходовые выработки проходят бурением. Вначале бурится скважина малого диаметра, а затем она расширяется до необходимого размера. Вентиляционно-ходовые выработки могут проходиться как вертикальные, так и наклонные под углом падения трубкообразной залежи в месте ее нахождения.

В центральной части кимберлитового месторождения проходят дополнительный ствол для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса.

Данное техническое решение целесообразно использовать, когда месторождение имеет вытянутую форму и большую площадь. Наличие дополнительного ствола обеспечит надежность работы шахты, снизит трудоемкость транспортирования руды в блоке. Кроме того, для интенсификации отработки при большой площади целесообразно использовать дополнительные механизированные комплексы и отработку вести одновременно несколькими слоями (в каждом слое одновременно может работать только один механизированный комплекс). При использовании нескольких механизированных комплексов дополнительные стволы являются необходимостью.

Сущность предлагаемого технического решения.

В слое в центральной части около центрального ствола проходят слоевую транспортную камеру, ориентированную по простиранию (длинной оси) месторождения, длиной, обеспечивающей выемку руды механизированным комплексом.

Отработку ведут механизированным комплексом путем перемещения его вокруг центрального ствола и слоевой транспортной камеры. При этом при перемещении механизированного комплекса вдоль боковой стенки камеры отработку ведут параллельными лентами.

Движение механизированного комплекса по торцевым частям камеры ведут по круговой траектории и отработку слоя производят радиальными клиновыми лентами.

Для обеспечения надежного проветривания за счет общешахтной депрессии очистного забоя механизированной крепи в приконтактной зоне до начала очистных работ в блоке между верхним и нижним горизонтами бурят вентиляционно-ходовые выработки.

Вентиляционно-ходовые выработки при работе механизированного комплекса вскрываются во время проходки слоевого вентиляционного штрека, при этом необходимо, чтобы постоянно было вскрыто не менее одной вентиляционно-ходовой выработки, обеспечивающей вентиляцию и запасной выход из очистного забоя.

Пример выполнения способа отработки трубкообразного кимберлитового месторождения механизированным комплексом показан на фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и 6.

На фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления способа отработки трубкообразного кимберлитового месторождения механизированным комплексом в нисходящем порядке под защитой гибкого ограждающего перекрытия - план по отрабатываемому слою;
фиг. 2 - то же, разрез I-I (фиг. 1);
фиг. 3 - схема перемещения механизированного комплекса вокруг центрального ствола и слоевой транспортной выработки;
на фиг. 4 показана принципиальная схема осуществления способа отработки трубкообразного месторождения механизированным комплексом в восходящем порядке с закладкой выработанного пространства - план по отрабатываемому слою;
фиг. 5 - то же, разрез II-II (фиг. 4);
фиг. 6 - вариант использования двух стволов для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса.

Предлагаемый способ может быть использован для отработки трубкообразных кимберлитовых месторождений механизированным комплексом в нисходящем и восходящем порядке.

Для отработки месторождение по вертикали разбивается на этажи высотой 80-100 м известными приемами.

На нижнем горизонте этажа подготавливают транспортный горизонт. По центру рудного тела проходят ствол 1 для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса 2 (фиг. 1, 2). От ствола проходят слоевую транспортную камеру 3. Слоевая транспортная камера 3 направлена длинной осью по простиранию месторождения (по длинной оси кимберлитовой трубки в плане для данного слоя). Длина слоевой транспортной камеры 3 должна обеспечивать отработку слоя механизированным комплексом с минимальными потерями на торцах, т.е. длина трубкообразного кимберлитового месторождения минус двойная длина механизированной крепи.

Сечение слоевой транспортной камеры 3 должно обеспечивать обслуживание хвостовой части механизированной крепи и размещение конвейеров для доставки руды и сухой закладки. Причем необходимо заметить, что длина слоевой транспортной камеры в слоях может отличаться в зависимости от фактической длины месторождения в плане по простиранию в каждом из слоев. Также могут быть различные направления азимута α в различных слоях в зависимости от угла простирания месторождения по каждому из слоев.

Вышеуказанное обеспечивает полноту выемки по каждому слою для рудного тела с изменчивой формой и размерами.

В приконтактной зоне трубкообразного кимберлитового месторождения через 20-80 м проходят вентиляционно-ходовые выработки 4. Выработки 4 проходят на всю высоту этажа перед началом очистных работ в блоке. Выработки 4 проходят бурением скважин небольшого диаметра 100-300 мм с последующим расширением до необходимого размера. Причем для обеспечения выемки с наклонными контурами рудного тела выработки 4 могут проходить наклонными.

Для обеспечения вентиляции очистного забоя механизированной крепи проходческим комбайном проходят слоевой вентиляционный штрек 5 по нисходящей линии в породах и приконтактных рудах (по контакту руды и породы). При проходке слоевого вентиляционного штрека 5 вскрываются вентиляционно-ходовые выработки 4. Для обеспечения работы очистного забоя необходимо, чтобы не менее одной вентиляционно-ходовой выработки 4 были вскрыты слоевой вентиляционно-ходовой выработкой 5.

Часть слоя руды между вентиляционно-ходовой выработкой 5 и контуром 7, вынимаемая механизированной крепью 2, погашается во время проходки слоевой выработки 5 проходческим комбайном или вынимается дополнительными слоевыми заходками проходческим комбайном.

После монтажа механизированного комплекса (включающего механизированную крепь и механизмы для проходки, поддержания слоевого вентиляционного штрека) вся площадь кимберлитового месторождения покрывается гибким ограждающим перекрытием 8 (фиг. 2) и засыпается демпфирующим слоем 9 из пустых горных пород.

Отработка слоя ведется механизированной крепью при ее движении вокруг центрального ствола 1 (фиг. 2, 3) слоевой транспортной камеры 3 под гибким ограждающим перекрытием 8. Во время перемещения механизированного комплекса по боковым сторонам 10 слоевой транспортной камеры 3 отработку ведут параллельными лентами 11. Ширина ленты 0,5-0,8 м в зависимости от очистного оборудования механизированной крепи. Могут также вести отработку слабонаклонными параллельными лентами 12. Отклонения от нормального (перпендикулярного) до 10-15^o. Это обеспечивает уменьшение области действия механизированной крепи (такая необходимость возникает при местном локальном уменьшении размера рудого тела). При перемещении механического комплекса 2 по торцевым стенкам 13 слоевой транспортной камеры 3 отработку ведут по круговой линии (вращением) радиально-клиновыми лентами 14. Такая схема движения механизированного комплекса обеспечивает полноту выемки руды из слоя без перемонтажных работ механизированной крепи.

Подготовку к отработке трубкообразного кимберлитового месторождения механизированным комплексом в восходящем порядке с закладкой выработанного пространства ведут известными приемами (фиг. 4, 5). На верхнем горизонте блока образуют сеть вентиляционных выработок, соединенную с вентиляционным стволом (не показано). Проходят выработку для подачи сухой закладки на вентиляционный горизонт. По центру трубкообразного месторождения проходят вертикальную выработку 15 для подачи закладки в очистной забой механизированного комплекса. По контуру рудного тела бурят ряд вентиляционно-ходовых выработок 4 на всю высоту этажа (с вентиляционного (не показан) до транспортного горизонта 16).

По центру трубкообразного кимберлитового месторождения на транспортном горизонте 16 проходят транспортную выработку 17, в которой закладывают устья 18 центрального ствола для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса. Над устьем 18 центрального ствола проходят слоевую транспортную камеру 3 по простиранию месторождения под азимутальным углом α. Длину, сечение и ориентацию слоевой транспортной камеры 3 выбирают аналогично описанному выше приему для каждого отрабатываемого слоя.

Из слоевой транспортной камеры 3 проходят выработку для монтажа механизированной крепи 2. По контакту месторождения проходят слоевой вентиляционный штрек по восходящей винтовой линии аналогично описанному выше (разница только в том, что в описанном выше варианте слоевой вентиляционный штрек проходят по винтовой линии в нисходящем порядке, а при этом варианте проходят в восходящем порядке).

Отработка слоя ведется механизированной крепью 2 при ее движении вокруг слоевой транспортной камеры 3 по винтовой линии 3 в восходящем порядке с закладкой выработанного пространства сухой закладкой. Причем процесс добычи кимберлита из слоя и траектории движения механизированной крепи аналогичны описанному выше.

При большой протяженности месторождения целесообразно использование нескольких механизированных комплексов. Причем каждый из механизированных комплексов работает в своем слое (не показано). При использовании нескольких механизированных комплексов целесообразно иметь по меньшей мере один дополнительный ствол 19 (фиг. 6) для спуска руды и обслуживания механизированого комплекса.

Пример выполнения способа отработки трубкообразного кимберлитового месторождения механизированным комплексом.

Для каждого подлежащего отработке слоя составляется локальный проект. По плану слоя определяется рациональная длина механизированного комплекса. Так, слои по вертикали расположены через 2, максимум через 3 м, в результате даже при значительной невыдержанности контуров трубкообразного кимберлитового месторождения разница в длине механизированного комплекса от предыдущего слоя будет незначительной, не более трех секций механизированной крепи.

Механизированный комплекс в своем составе горного оборудования содержит проходческий комбайн и самоходные крепи для монтажных работ. Изменение длины механизированного комплекса до 5 м не представит большой сложности. После определения рациональной длины механизированного комплекса 2 определяют длину слоевой транспортной камеры 3 (фиг. 1, 4) и азимут α расположения длинной ее оси с целью наиболее полного извлечения механизированным комплексом запасов руды из слоя. Затем на плане отрабатываемого слоя выделяют участки, в которых отработку ведут параллельными лентами 11, где целесообразно отрабатывать слабонаклонными лентами 12, и намечают торцевые сектора, в которых отработку ведут радиальными клиновыми лентами 14 (фиг. 4).

При осуществлении составленного локального проекта на отработку очередного слоя достигается наиболее полное извлечение руды из каждого слоя. Это позволяет производить отработку трубкообразного месторождения сложной конфигурации с изменяющимися углами наклонов контакта руда - пустые породы, что сократит потери. При отработке слоя не требуется перемонтаж механизированного комплекса.

При движении механизированного комплекса 2 вокруг слоевой транспортной камеры 3 за один оборот по винтовой линии он должен подняться (при восходящей отработке) и опуститься (при нисходящей отработке) на высоту до 3 м, если учесть, что длина пути при этом составляет сотни метров, угол наклона весьма мал и определяется инструментально. Конструкция механизированной крепи при этих углах работает как на горизонтальной плоскости.

Предлагаемое техническое решение позволяет механизированным комплексом без перемонтажа отрабатывать слои месторождения в плане в виде круга с местными локальными раздувами, вытянутого овала или эллипса, а также яйцевидной или другой округлой формы с местными раздувами в приконтактной зоне, что обеспечивает полную выемку трубкообразного месторождения практически любой сложности конфигурации в вертикальной плоскости.

Способ относится к горной промышленности и может быть использован при подземной разработке кимберлитовых месторождений механизированным комплексом в восходящем и нисходящем порядке. Способ заключается в том, что в центральной части месторождения проходят ствол. В слое от центрального ствола, предназначенного для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса, проходят слоевую транспортную камеру, направленную длинной осью по простиранию месторождения в плане данного слоя. Выемку ведут механизированным комплексом путем перемещения последнего вокруг ствола и слоевой транспортной камеры. При перемещении механизированного комплекса по боковым сторонам слоевой транспортной камеры отработку ведут параллельными лентами, а в торцевых частях слоевой транспортной камеры механизированный комплекс перемещают по круговой траектории и отработку ведут радиальными клиновыми лентами. Вентиляционно-ходовые выработки, соединяющие очистной забой механизированной крепи с нижним транспортным горизонтом, проходят до начала очистных работ в блоке в приконтактной зоне кимберлитового месторождения. Способ обеспечивает полную выемку руды при разработке месторождений различной сложной конфигурации в вертикальной плоскости. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ отработки трубкообразных кимберлитовых месторождений механизированным комплексом, включающий образование ствола по центру месторождения для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса, выемку руды слоями по спирали механизированным комплексом, проходку проходическим комбайном по спирали вентиляционного штрека в приконтактной зоне кимберлитового месторождения, проходку между верхним и нижним горизонтальными вентиляционно-ходовых сбоек, отличающийся тем, что в слое, от центрального ствола, образованного по центру месторождения для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса, проходят слоевую транспортную камеру, направленную длинной осью по простиранию месторождения в плане данного слоя и выемку слоя ведут механизированным комплексом перемещения вокруг центрального ствола и слоевой транспортной камеры, причем при перемещении по боковым сторонам слоевой транспортной камеры отработку механизированным комплексом ведут параллельными лентами, а в торцевых частях слоевой транспортной камеры механизированный комплекс перемещают по круговой траектории и отработку ведут радиальными клиновыми лентами, а вентиляционно-ходовые выработки, соединяющие очистной забой механизированной крепи с нижним транспортным горизонтом проходят до начала очистных работ в блоке в приконтактной зоне кимберлитового месторождения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в центральной части кимберлитового месторождения образуют по меньшей мере один дополнительный ствол для спуска руды и обслуживания механизированного комплекса.