ИЗВЛЕЧЕНИЕ РУДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЗРЫВА И ТЕРМИЧЕСКОГО ДРОБЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК E21C41/22 E21C37/16 F42D3/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение, в целом, относится к способу извлечения полезных ископаемых с применением термического дробления для создания взрыва направленного действия.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является уменьшение до минимума стоимости извлечения руды путем сокращения разубоживания руды.

Таким образом, согласно основному аспекту предложен способ извлечения руды из рудной жилы, включающий: а) выбуривание расположенных на расстоянии скважин непосредственно в рудной жиле, b) применение термического дробления, расширяющего скважины, по существу, до граничных поверхностей между рудной жилой и окружающей породой для создания смежных термически расширенных скважин, с) выбуривание, по меньшей мере, одного шпура в рудной жиле между двумя смежными расширенными скважинами для закладки взрывчатого вещества и d) подрыв взрывчатого вещества для разрушения руды между двумя расширенными скважинами.

Согласно дополнительному аспекту предложен способ извлечения руды из рудной жилы, имеющей боковые стенки, проходящие вдоль оси, включающий создание двух расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении зон ослабления вдоль рудной жилы, обеспечивающих меньшее сопротивление давлению, чем боковые стенки, при этом, по меньшей мере, одна из зон ослабления получена с использованием термического дробления, выбуривание шпура в рудной жиле между зонами ослабления, закладку заряда взрывчатого вещества в шпур, подрыв заряда взрывчатого вещества для создания взрыва, направленного к зонам ослабления, где сопротивление ниже.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид сбоку подземной рудной жилы, проходящей между двумя пройденными выработками, проходящими вдоль направления простирания рудной жилы и обеспечивающими доступ к рудной жиле.

Фиг.2 представляет собой вид сверху рудной жилы, показанной на фиг.1.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 показано подземное рудное тело 10 или рудная жила, проходящая между двумя горизонтальными выработками 12 и 14, имеющими доступ с поверхности земли через наклонную рампу или вертикальную выработку, известную как шахта (не показано). Как известно в уровне техники, шахта оборудована подъемниками, по которым рабочие, механизмы и порода могут получать доступ к галереям или выработкам 12 и 14. Выработки 12 и 14 представляют собой туннели, проложенные в горной породе, размер и форма которых позволяют осуществлять добычу в рудном теле 10. Каждая выработка образует действующий горизонт, проходящий через рудное тело. Действующие горизонты могут, например, быть выполнены разнесенными по вертикали на 18 м (59 футов).

Как показано на фиг.1 и 2, скважины 16 (на фиг.1 и 2 показаны только две) пробурены с равными интервалами вдоль рудной жилы 10, каждый ствол скважины проходит вертикально через рудную жилу 10 от верхней выработки 12 к нижней выработке 14. Диаметр этих скважин обычно составляет около 6 дюймов (15,2 см). Диаметр скважин 16 не является критическим, но предпочтительно поддерживается минимальным для уменьшения до минимума также стоимости и времени бурения. Диаметр должен быть достаточным для обеспечения расширения скважины термическим дроблением. Каждая из скважин 16 может быть пробурена на половину расстояния от верхней выработки 12 до нижней выработки 14, для того чтобы ограничить искривление скважины. Понятно, что скважины 16 могут быть пробурены полностью от верхней выработки 12 до нижней выработки 14. Как будет видно ниже, расстояние между соседними скважинами 16 выбирается так, чтобы обеспечить достаточно замкнутое пространство расширения или пространство, ограничивающее действие взрыва так, чтобы рудная масса между смежными скважинами могла быть разрушена взрывом с минимальным разубоживанием руды в окружающей пустой породе. Скважины 16 используют для большего ограничения действия взрыва граничными поверхностями рудной жилы 10, сводя к минимуму, таким образом, разубоживание. Удовлетворительные результаты достигнуты при расстоянии 6 м между центрами двух последовательных скважин.

Каждую из пробуренных скважин 16 термически расширяют способом, описанным в патенте США 6,913,320, выданном 5 июля 2005 г., содержание которого включено сюда посредством ссылки. В частности, каждую скважину 16 расширяют посредством опускания горелки В (фиг.1) в скважину, ее воспламенения и затем постепенного поднятия, пока скважина не расширится полностью от забойного до устьевого конца. Пробку Р устанавливают на забое скважины 16 для ее изоляции и обеспечения повышения температуры в скважине. Тепло, вырабатываемое горелкой В, повышает температуру в скважине до 1800°С. Это создает термические напряжения, расщепляющие руду. Проще говоря, расщепление считается формой растрескивания, вызванной неравномерным расширением минеральных кристаллов, преодолевающим межмолекулярное сцепление. Разрушенный или раздробленный материал, образованный в ходе данного процесса, имеет размеры в диапазоне от мелких зерен до 4 см (1,6 дюймов). Пробку удаляют, и разрушенный материал рекуперируют любым подходящим способом. Скважины 16 обычно расширяют до боковой стенки рудной жилы (например, граничных поверхностей между рудным телом и окружающей пустой породой) для создания термически расширенной скважины 17, как схематично показано пунктирными линиями на фиг.2. Например, расстояние между скважинами 16 может быть выбрано так, чтобы оставлять около 1 м (3,28 фута) руды между двумя соседними расширенными скважинами 17 для рудной жилы, имеющей ширину в диапазоне от около 13 дюймов (33 см) до около 15 дюймов (38,1 см). Расстояние между соседними скважинами является не только функцией ширины рудной жилы, но также взрывчатого вещества, которое должно быть использовано для раскалывания руды между такими расширенными ослабляющими скважинами. Как было упомянуто выше, удовлетворительные результаты достигнуты при расстоянии 6 м (19,69 футов) между центрами соседних стволов 16 скважин.

После того как первые две пробуренные скважины термически расширены и опорожнены, как описано выше, по меньшей мере, один шпур 18 выбуривают через рудную жилу 10 между двумя смежными расширенными скважинами 17, как показано на фиг.1 и 2. Если выбуривают только один шпур 18, он обычно располагается посередине между расширенными скважинами 17. Каждый шпур 18 обычно расположен на расстоянии 80 см (31,5 дюймов) от периферии смежной расширенной скважины 17. Шпур 18 может быть пробурен на половину расстояния от верхней выработки 12, другую половину выбуривают от нижней выработки 14. В качестве альтернативы, шпур может быть полностью пробурен от верхней выработки 12. Диаметр взрывного шпура 18 обычно имеет величину в пределах 2^1/2 дюйма (6,4 см). Понятно, что диаметр шпура может изменяться в зависимости от типа взрывчатого вещества, закладываемого в него.

Выбранный заряд взрывчатого вещества закладывают в шпур 18 и затем подрывают для разрушения руды, находящейся между двумя расширенными скважинами 17. Как показано стрелками 20 на фиг.2, действие взрыва, по существу, ограничивается граничными поверхностями рудной жилы 10 между расширенными скважинами 17. Когда заряд взрывчатого вещества подрывают, мощная взрывная волна действует, по существу, во всех направлениях, но наибольшее перемещение возникает вдоль линии наименьшего сопротивления или наименьшего удерживания. Расширенные скважины 17 обеспечивают зоны ослабления с меньшим сопротивлением, чем у боковых стенок рудной жилы. Распространение взрывной волны, таким образом, должно быть направлено к расширенным скважинам 17 в рудной жиле 10, а не к окружающей пустой породе, имеющей большее сопротивление, тем самым уменьшая до минимума разубоживание. При создании таких скважин с противоположных сторон шпура, действие взрыва может ограничиваться направлением, по существу, вдоль продольной оси рудной жилы. Другими словами, расширенные скважины 17 задают линию распространения ударной волны.

После разрушения секции рудной жилы направленной взрывной волной, как описано выше, другую скважину выбуривают в рудной жиле 10 на заданном расстоянии от предыдущего места взрывных работ. Пробуренный ствол скважины затем расширяют посредством термического дробления, описанного выше, и выбуривают второй шпур в рудной жиле в промежуточной точке между местом предыдущих взрывных работ и новой, расширенной скважиной. Затем в шпур закладывают заряд взрывчатого вещества, который затем подрывают для раскалывания руды, находящейся между местом предыдущих взрывных работ и новой, расширенной скважиной. Вновь имеет место распространение взрывной волны там, где имеется наименьшее сопротивление, другими словами, вдоль линии, проходящей между первым местом взрывных работ и новой, расширенной скважиной. Данный процесс повторяется столько раз, сколько необходимо для извлечения необходимого количества руды из рудной жилы. Также понятно, что все скважины и шпуры можно сначала пробурить, а затем производить термическое дробление скважин. В рудной жиле можно производить последовательный подрыв. Также предложены другие последовательности бурения и взрывных работ.

Изобретение относится к горному делу, к способам извлечения полезного ископаемого из рудных жил. Производят выбуривание расположенных на расстоянии скважин непосредственно в рудной жиле. Скважины расширяют с использованием термического дробления, по существу, до граничных поверхностей между рудной жилой и окружающей породой. Затем в рудной жиле между термически расширенными скважинами выбуривают шпур для закладки заряда взрывчатого вещества. Заряд взрывчатого вещества подрывают для разрушения руды между расширенными скважинами. После разрушения секции рудной жилы направленной взрывной волной, другую скважину выбуривают в рудной жиле на заданном расстоянии от предыдущего места взрывных работ, термически расширяют ее, и между ними бурят следующий шпур для взрывного дробления. Процесс повторяется столько раз, сколько необходимо для извлечения необходимого количества руды из рудной жилы. Изобретение позволяет уменьшить до минимума стоимость извлечения руды путем сокращения разубоживания руды. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ извлечения руды из рудной жилы, включающий:
а) выбуривание расположенных на расстоянии скважин непосредственно в рудной жиле, b) применение термического дробления, расширяющего скважины, по существу, до граничных поверхностей между рудной жилой и окружающей породой для создания смежных термически расширенных скважин, с) выбуривание, по меньшей мере, одного шпура в рудной жиле между двумя смежными расширенными скважинами для закладки взрывчатого вещества, и d) подрыв взрывчатого вещества для разрушения руды между двумя расширенными скважинами.

2. Способ по п.1, в котором расстояние между центрами соседних стволов скважин составляет около 6 м и менее.

3. Способ по п.2, в котором, по меньшей мере, один шпур выбуривают на расстояние около 80 см или более от периферии смежной расширенной скважины.

4. Способ по п.1, включающий размещение пробки в забойном конце каждой расположенной на расстоянии скважины до выполнения термического дробления.

5. Способ по п.4, включающий удаление пробки по завершении термического дробления и рекуперацию раздробленной руды до выполнения этапа d).

6. Способ по п.4, в котором этап b) включает опускание горелки в скважины до их забойного конца и ее постепенный подъем к устью для постепенного расширения скважин от забоя к устью.

7. Способ извлечения руды из рудной жилы, имеющей боковые стенки, проходящие вдоль оси, включающий создание двух расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении зон ослабления вдоль рудной жилы, обеспечивающих меньшее сопротивление давлению, чем боковые стенки, при этом, по меньшей мере, одна из зон ослабления получена с использованием термического дробления, выбуривание шпура в рудной жиле между зонами ослабления, закладку заряда взрывчатого вещества в шпур, подрыв заряда взрывчатого вещества для создания взрыва, направленного к зонам ослабления, где сопротивление ниже.

8. Способ по п.7, в котором этап создания двух расположенных на расстоянии в осевом направлении зон ослабления включает: выбуривание двух расположенных на расстоянии скважин в рудной жиле между боковыми стенками и использование термического дробления для расширения двух расположенных на расстоянии скважин до боковых стенок.

9. Способ по п.8, в котором скважины расширяют от забоя до устья.

10. Способ по п.8, в котором термическое дробление включает размещение пробок в расположенных на расстоянии скважинах и воспламенение горелки в них.

11. Способ по п.8, содержащий удаление пробок из скважин по завершении их расширения посредством термического дробления и рекуперацию раздробленной руды до подрыва заряда взрывчатого вещества.

12. Способ по п.8, в котором центры расположенных на расстоянии скважин расположены на расстоянии около 6 м или менее так, чтобы оставлять участок между двумя расположенными на расстоянии скважинами, при этом указанный участок после расширения скважин до стенок рудной жилы имеет длину около 1 м.