Способ водоотведения при разработке пластовых месторождений по восстанию с внутренним отвалообразованием Российский патент 2021 года по МПК E21C41/26 E21F16/00 E02D19/06 

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при разработке обводненных наклонных пластовых месторождений.

Разработка наклонных пластовых месторождений осуществляется преимущественно по восстанию со складированием вскрышных пород во внутренние отвалы. При этом в процессе разработки месторождений в выработанное пространство поступает значительное количество подземных вод и атмосферных осадков, которые для создания благоприятных условий ведения горных работ необходимо отводить от отрабатываемых запасов. Вместе с тем откачка карьерных вод за пределы карьерного поля влечет усиление негативного воздействия горных работ на окружающую среду.

Известны способы водоотведения карьерных вод через подземные горные выработки, в т.ч. вассерштреки (Абрамов С.К., Скирчелло О.Б. Осушение шахтных и карьерных полей. – М. : Недра, 1968. – 254 с.).

Однако создание подземных горных выработок, во-первых, весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс, а во-вторых, чаще всего предусматривает вывод на поверхность загрязненных карьерных вод ниже карьера.

Известны способы водоотведения карьерных вод с помощью дренирующих элементов шахтового водоотлива, создаваемых ниже дна отработанного карьера (патенты RU № 2165018, 2269652, 2541341, 2162122, 2015021, 2382144). Данные способы также являются технологически сложными и ресурсозатратными и мало пригодны для неглубоких пластовых месторождений с быстрым подвиганием фронта работ.

Известны способы водоотведения путем сбора поступающих в выработки подземных вод и закачки их через скважины под землю за пределами участка горных работ (патенты RU № 2037012, 2448216, 2730276).

Известны также способы водоотведения подземных вод путем их сбора, перекачки и подачи в подземный водосборник и далее в водоносный пласт за границей депрессионной воронки (патенты RU № 2293819, 977582).

Указанные способы требуют больших капитальных затрат и характеризуются большой энергоемкостью.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ водоотведения при разработке пластовых месторождений по восстанию с внутренним отвалообразованием (патент RU № 2722327, МПК Е21F 16/00, Е02Д 19/06, опубликовано 29.05.2020), включающий формирование отвала заходками, устройство ниже уровня основания отвала вдоль его фронта поочередно в каждой заходке водосборных зумпфов и последующую откачку воды в пазуху, созданную между нижним бортом выработки и откосом внутреннего отвала.

Данный способ разработки при подвигании фронта работ по восстанию с формированием отвалов в выработанном пространстве обеспечивает водоотведение карьерных вод через массив рыхлых отложений, залегающих ниже выработанного пространства и контуров карьера, путем откачки воды в пазуху, созданную вдоль нижнего борта выработки.

Однако при низком коэффициенте фильтрации пород, слагающих борт выработки, отвод карьерных вод через массив отложений бывает затруднен или требует больших параметров пазухи. Кроме того, как показывает опыт, при значительном загрязнении карьерных вод взвешенными частицами и многолетним использованием пазухи имеет место постепенное заиливание пород (кольматация) в борту выработки со значительным снижением их водопроницаемости.

Изобретение направлено на повышение водопроницаемости пород, слагающих борт выработки вдоль водоприемной пазухи.

Технический результат заключается в повышении фильтрационной способности массива горных пород ниже выработанного пространства.

Технический результат достигается тем, что в способе водоотведения, охарактеризованном в формуле изобретения, включающим формирование отвала заходками, устройство ниже уровня основания отвала вдоль его фронта поочередно в каждой заходке водосборных зумпфов и последующую откачку воды из зумпфов в пазуху, созданную между нижним бортом выработки и откосом внутреннего отвала, согласно изобретению перед вскрытием месторождения и проходкой разрезной траншеи вдоль ее нижнего борта на длину намеченной пазухи производят рыхление пород на глубину пазухи, а отсыпку внешнего отвала осуществляют с формированием бермы между подошвой отвала и верхней кромкой выработки (пазухи). Ширину бермы устанавливают с учетом возможности перемещения и работы на ней небольших экскаваторов с нижним черпанием.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

В предложенном техническом решении намечено повышать водопроницаемость пород, слагающих нижний борт выработки, путем их рыхления на глубину пазухи. Рыхление пород позволяет увеличить их коэффициент фильтрации в 1,5-5,0 раз. Увеличение пористости пород при рыхлении с 0,15 до 0,25 позволяет увеличить коэффициент фильтрации в 2-3 раза (Справочник гидрогеолога / под ред. М.Е. Альтовского. – М., 1962. – С. 133-134.

Таким образом, можно уменьшить параметры пазухи или значительно продлить сроки ее эффективного использования.

При большом количестве взвесей в карьерной воде интенсивное илообразование в пазухе может привести к отложению илов на борту выработки с созданием водонепроницаемого экрана, что будет являться препятствием для отвода воды из пазухи. Для удаления илового осадка в пазухе на борту выработки предлагается использовать экскаватор типа обратная лопата. Для обеспечения его перемещения и работы вдоль пазухи формируется берма между верхней кромкой борта выработки (пазухи) и подошвой внешнего отвала.

В настоящее время известны способы повышения водопроницаемости пород с улучшением их дренажных свойств путем их рыхления буровзрывным способом (Тальгамер Б.Л., Дудинский Ф.В. Осушение рыхлых отложений путем создания дренажа в крепких подстилающих породах. – Изв.вузов. Горный журнал, 1985. - №3. – С. 4-6)).

Однако используемые способы рыхления массива пород осуществляются ниже уровня грунтовых вод с целью его понижения. В предлагаемом способе рыхление пород производят преимущественно выше горизонта подземных вод для повышения фильтрационной способности пород после формирования пазухи и создания напора воды.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. представлен продольный разрез карьера, разрабатываемого по восстанию согласно формуле изобретения, где

1 – пластовое полезное ископаемое;

2 – вскрышные породы;

3 – поверхность месторождения;

4 – борт карьера;

5 – берма между выработкой и отвалом;

6 – внешний отвал;

7 – внешний откос отвала первой заходки;

8 – пазуха между бортом карьера и отвалом;

9 – разрыхленный массив горных пород;

10 – водонепроницаемый экран;

11 – водосборный зумпф;

12 – дно карьера;

13 – насосная станция;

14 – водоем в пазухе.

Способ, описанный в формуле изобретения, осуществляется следующим образом.

Вскрытие запасов полезного ископаемого – 1 пластового месторождения осуществляется с использованием разрезной траншеи, пройденной вдоль нижней границы карьерного поля. Пустые породы – 2 из разрезной траншеи складируются на поверхности месторождения – 3 у борта карьера – 4 с формированием бермы – 5 и отсыпкой внешнего отвала – 6. Отсыпка вскрышных пород с первой заходки осуществляется в выработанное пространство, созданное при проходке разрезной траншеи. При этом между бортом выработки – 4 и откосом отвала первой заходки – 7 создается пазуха – 8. Глубина пазухи устанавливается с учетом обеспечения самотечного удаления карьерных вод через предварительно разрыхленные породы (например, с использованием буровзрывных работ) – 9 и рассчитывается с использованием формулы Дарси. На внешнем откосе отвала первой заходки – 6 создается водонепроницаемый экран – 10, например, из глинистых пород. При большой мощности вскрышных пород для создания пазухи расчетных параметров при необходимости увеличивают ширину разрезной траншеи и уменьшают ширину первой заходки.

При отработке второй и последующих заходок с созданием водосборных зумпфов – 11 ниже уровня основания отвала (дна карьера) – 12 с использованием насосной станции – 13 карьерные воды откачиваются в пазуху – 8 с созданием водоема – 14. Из водоема карьерные воды путем фильтрации через разрыхленные породы – 9 дренируют по падению местности, обеспечивая восполнение ресурсов подземных вод.

В созданном водоеме имеются условия для осаждения илистых частиц, а фильтрацией через рыхлые отложения обеспечивается очистка карьерных вод от нефтепродуктов и тонкодисперсных глинистых частиц.

В случае заиливания борта выработки вдоль пазухи с использованием экскаватора типа обратная лопата осуществляется илоудаление с зачисткой фильтрующей поверхности пазухи.

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при разработке обводненных наклонных пластовых месторождений. Способ водоотведения при разработке пластовых месторождений по восстанию с внутренним отвалообразованием включает формирование отвала заходками, устройство ниже уровня основания отвала вдоль его фронта поочередно в каждой заходке водосборных зумпфов и последующую откачку воды из зумпфов в пазуху, созданную между нижним бортом выработки и откосом внутреннего отвала. Перед вскрытием месторождения и проходкой разрезной траншеи вдоль ее нижнего борта на длину намеченной пазухи производят рыхление пород на глубину пазухи. Отсыпку внешнего отвала осуществляют с созданием бермы между подошвой отвала и верхней кромкой выработки – пазухи. Ширину бермы устанавливают с учетом возможности перемещения и работы на ней экскаваторов с нижним черпанием. Техническим результатом является повышение фильтрационной способности массива горных пород ниже выработанного пространства. 1 ил.

Способ водоотведения при разработке пластовых месторождений по восстанию с внутренним отвалообразованием, включающий формирование отвала заходками, устройство ниже уровня основания отвала вдоль его фронта поочередно в каждой заходке водосборных зумпфов и последующую откачку воды из зумпфов в пазуху, созданную между нижним бортом выработки и откосом внутреннего отвала, отличающийся тем, что перед вскрытием месторождения и проходкой разрезной траншеи вдоль ее нижнего борта на длину намеченной пазухи производят рыхление пород на глубину пазухи, а отсыпку внешнего отвала осуществляют с созданием бермы между подошвой отвала и верхней кромкой выработки – пазухи, при этом ширину бермы устанавливают с учетом возможности перемещения и работы на ней экскаваторов с нижним черпанием.