СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ ОБВОДНЕННОГО РУДНИКА, ОТРАБАТЫВАЕМОГО ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ Российский патент 2023 года по МПК E21C41/00 E21F16/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке обводненных месторождений твердых полезных ископаемых, отрабатываемых комбинированным открыто-подземным способом, в частности при восстановлении аварийно затопленного рудника.

Известен способ осушения месторождения полезных ископаемых, например трубкообразного, при переходе от его открытой разработки к подземной по патенту на ИЗ RU 2541341 C1, 10.02.2015, МПК E02D 19/10 (2006.01), МПК Е21С 41/00 (2000.01), патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический и экспертный центр новых экотехнологий и гидрогеологии и гидротехнике "НОВОТЭК" (RU)), При реализации способа с помощью буровзрывных работ в донной части карьера создается дренажная зона для регулируемого отвода поверхностных и подземных вод через восстающие дренажные скважины, гидравлически связанные с системой шахтного водоотлива, сооруженного до окончания разработки карьера. При работе карьерного водоотлива сооружают спиральный въезд с углом подъема спирали, большим угла подъема спирали бермы, и осуществляют задержку поверхностных вод путем возведения водосборных емкостей на бермах карьера снизу вверх путем отсыпки водозадерживающих поперечных и продольных дамб, причем продольные дамбы размещают на безопасном по устойчивости расстоянии от наружного края берм. Водосборные емкости заполняют осыпями с наклоном отсыпаемой поверхности в сторону продольных дамб при максимальной высоте отсыпки, удовлетворяющей условию устойчивости массы осыпей, уложенных выше продольных дамб.

Сформированный при реализации способа специальный уклон с большим углом спирали для создания бермы и водоулавливающих сооружений на ней будет малодоступным, соответственно все водоулавливающие сооружения не будут обслуживаться и станут практически временными, при этом все паводковые воды будут собираться в карьере и представлять опасность для подземного рудника.

Известен способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемых по патенту на изобретение RU 2165018 C1, 10.04.2001, МПК Е21С 41/00 (2000.01), Бюл. №10, патентообладатель АК "АЛРОСА" (ПАО), который включает отработку карьерного поля до экономически целесообразной глубины с внешним отвалообразованием вскрышных пород и карьерным водоотливом, проходку подземных вскрывающих выработок, постепенное заполнение отработанного карьера породами и отработку запасов полезного ископаемого ниже предельного положения дна карьера. На дне отработанного карьера перед отсыпкой пород сооружают дренирующие элементы шахтного водоотлива, отсыпают крепкие породы ниже подошвы основного водоносного коллектора, сверху укладывают слабофильтрующий материал и затем существенно глинистые породы, перекрывая ими кровлю основного водоносного коллектора, поддерживают работу карьерного водоотлива на период проходки подземных вскрывших выработок и отсыпки пород, проводят дренирование крепких скальных пород, а отработку подкарьерных запасов ведут под защитой отсыпанных пород с закладкой. Дренирующие элементы шахтного водоотлива включают горизонтальные фильтровые колонны и наклонные скважины, соединяющие фильтровые колонны с подземными горными выработками. В качестве слабофильтрующего материала может быть использован тканевый природный или искусственный материал, причем при дренировании крепких скальных пород производительность шахтного водоотлива должна превышать величину проскока дренажных вод через существенно глинистые породы.

Дренирование всех вод через карьер в подземные горные выработки в перспективе приведет к появлению практически неконтролируемых каналов фильтрации, что будет способствовать потере устойчивости борта карьера и возможному его разрушению. Кроме того, способ затратен экономически из-за необходимости создания фильтрующего слоя.

Известен способ восстановления подземного рудника, отрабатываемого открыто-подземным способом, после его затопления ("Технические решения по ликвидации водного объекта в карьере и возобновлению эксплуатации месторождения трубки "Мир" после аварии: Монография. - М.: Издательство "Горная книга". - 2018. - 88 с., авторы Никольский A.M. и др.). Способ включает ликвидацию водного объекта в карьере поэтапной засыпкой карьера отвальным грунтом, откачку воды из затопленных подземных выработок рудника, восстановительные работы по дренажной системе подземного водоотлива, возможное проведение новых вскрывающих выработок и отработку глубоких горизонтов месторождения в нисходящем порядке камерной системой с закладкой выработанного пространства.

Реализация способа в сложных гидрогеологических условиях при наличии напорных вод потребует очень больших объемов работ по засыпке карьера и не дает гарантии прекращения движения воды в чаше карьера. Возможно образование обводненных плывунов из-за появления неконтролируемых каналов фильтрации, что неминуемо приведет к потере устойчивости борта и возможному его разрушению. Данный способ временный и требует точных расчетов сроков отработки и водонасыщенности отсыпанной горной массы.

За прототип принята технология возобновления горных работ на руднике "Мир" (Булатов К.В., Дик Ю.А. и др. Основные технические решения по возобновлению горных работ на руднике "Мир" // Всероссийская конференция «Опыт и практические шаги по восстановлению горнодобывающего предприятия после аварии»: сборник статей / АК «АЛРОСА» (ПАО), Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», Институт проблем комплексного освоения недр им. академика И.В. Мельникова РАН. - Москва, 2018. - С. 43-54.), включающая реконструкцию водоотлива восстановлением существовавших ранее и бурением новых водопонизительных скважин вокруг карьерного пространства для откачки вод из водоносного горизонта и формирования депрессионной воронки вокруг рудного тела, ликвидацию водного объекта в карьерном пространстве проходкой дренажного уклона из карьера до отметки -190 м с оборудованием водо- и пульпосборника и последующей откачкой пульпы и вод из чаши карьера. В карьерное пространство организуется складирование пастообразной пульпы сгущенных хвостов обогащения, после создания "подушки" из хвостов возможна организация складирования вскрышных пород. Затем из дренажного уклона вокруг карьерного пространства проходят кольцевой дренажный штрек, из которого по периметру карьера создают "дренажную траншею". Следующим этапом реконструкции рудника предполагается восстановление вскрывающих выработок или проходка новых стволов с созданием системы водоотлива для подземных горных выработок. Отработка глубоких горизонтов планируется в восходящем порядке камерной системой с закладкой выработанного пространства.

Недостатками данного способа является отсутствие возможности полного перехвата дренажных вод при создании дренажного кольца водоперепускными скважинами, что может сказаться на безопасности работ в подземном руднике. Кроме того, при реализации способа требуются большие объемы проходческих работ и бурения скважин, при этом проходка дренажного уклона и дренажного кольца потребует постоянных затрат на поддержание и вентиляцию выработок, а так же затрат на перекрепление в виду агрессивности дренируемых вод. Наличие кольцевой дренажной траншеи в подземных выработках приведет также к увеличению степени нарушенности массива горных пород.

Решаемая техническая проблема заключается в повышении эффективности реконструкции рудника при обеспечении безопасного ведения подземных горных работ в условиях повышенной обводненности и максимальной отработке подкарьерных запасов месторождения. Основным техническим результатом является повышение надежности дренажной системы рудника, что позволяет решить указанную техническую проблему.

Техническая проблема решается тем, что реконструкцию обводненного рудника, отрабатываемого открыто-подземным способом, проводят реконструкцией карьера с реконструкцией карьерного водоотлива, созданием предохранительного целика в карьерном пространстве, откачкой вод из затопленных подземных выработок, реконструкцией дренажной системы скважин из подземных горных выработок, доработкой глубоких горизонтов рудника в обводненной зоне в восходящем порядке с предварительной проходкой вскрывающих выработок. Реконструкцию карьера проводят разносом контура карьера с предварительной откачкой всех типов вод из чаши карьера, при этом ширину разноса контура карьера определяют исходя из ширины площадки под размещение карьерного водоотлива - водосборной бермы, реконструкцию карьерного водоотлива проводят формированием на водосборной берме прибортовой гидроизолированной дренажной канавы по периметру карьера и созданием зумпфа, откачку дренажных вод из затопленных подземных выработок проводят через затопленные клетевой и скиповой стволы. Предохранительный целик создают в виде промораживаемого ледово-породного массива или в виде затампонированного массива на основе осыпей и обрушенных при реконструкции карьера пород, реконструкцию дренажной системы скважин из подземных горных выработок проводят в направлении снизу вверх созданием контуров опытных заверочно-поисковых/дренажных скважин с возможностью последующего мониторинга за состоянием массива, при этом производят ликвидацию контура скважин на горизонте после сооружения скважин следующего этапа.

Заявляемый способ поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен общий вид месторождения, на фиг. 2 представлено формирование водоулавливающей бермы, на фиг. 3 - выполнение дренажа из подземных выработок.

Перечень позиций, приведенных в графических материалах:

1 - трубка "Мир"

2 - водоносный горизонт

3 - карьер "Мир"

3а - подземный рудник "Мир"

4 - площадка горизонта - 140 м - дренажная берма;

5 - прибортовая кольцевая дренажная канава;

6 - зумпф;

7 - насосное оборудование;

8 - промежуточная насосная;

9 - целик;

10 - дренажные скважины;

11 - затопленные подземные выработки.

12 - затопленные клетевой и скиповой стволы

13 - горные выработки (строящегося рудника)

Способ осуществляется следующим образом.

Трубка «Мир» 1 отрабатывалась открытым способом с 1957 по 2000 гг. до глубины 525 м (абсолютная отметка -190 м) в сложных горно-геологических условиях, включающих наличие водоносных подземных горизонтов и комплексов 2, а также многолетнемерзлых пород, что определяет наряду с поверхностными атмосферными стоками (метеорными водами) поступление и накопление подземных минерализованных вод (природных рассолов) в чаше карьера 3. Так, в пределах месторождения трубки «Мир» 1 был вскрыт карьером 3 метегероичерский водоносный комплекс (МИВК) 2, оказывающий непосредственное влияние на обводненность месторождения. С 2004 г. отработка месторождения осуществляется подземным рудником "Мир" За слоевой системой разработки с твердеющей закладкой и комбайновой выемкой слоев тупиковыми лентами по камерно-целиковой схеме в нисходящем порядке. Карьер "Мир" 3 по проектному решению подлежал «сухой» консервации, заключавшейся в засыпке карьера 3 до отметки -160 абс. м, создании грунтово-пленочного противофильтрационного экрана и заглубленного карьерного водоотлива на отметке -141 абс. м.

В 2017 г. в результате аварии из-за неконтролируемого увеличения водопритока из чаши карьера 3 произошло затопление выработок подземного рудника "Мир" 3а с полным сходом воды из карьера 3.

В настоящее время придонное карьерное пространство рудника "Мир" 3 представляет собой сложный водный объект, включающий в себя непосредственно воду, накопленную в чаше карьера 3, и гидравлически связанный с дном карьера 3 подземный водный горизонт (МИВК) 2, влияние которого на реконструкцию рудника 3а и продолжение добычных работ должно быть минимизировано. При реализации заявляемого способа осушение карьера 3 производится откачкой накопленных в карьере трубки «Мир» 3 природных рассолов и метеорных вод. Откачку ведут с учетом фильтрационных параметров массива дезинтегрированных отложений, сформировавшегося за счет изменения напора вод МИВК в карьере 3 и попадания горной массы от ведения буровзрывных работ при реконструкции карьера 3 в его чашу.

После осушения проводят реконструкцию карьера 3 разносом его контура, при этом ширину полосы разноса определяют исходя из ширины площадки под размещение карьерного водоотлива - водосборной (дренажной) бермы 4, которая определяется с учетом формирования участка борта карьера 3 в отм. -140…-230 абс. м равной нормальной ширине рабочей площадки - 60 м (фиг. 2).

Восстанавливаются съезды в карьер 3 до отм. -140 м. Реконструкцию системы карьерного водоотлива проводят формированием прибортовой гидроизолированной дренажной канавы 6 по периметру карьера и собирающего метеорные воды со всей водосборной площади карьерного поля 3 перехватывающего зумпфа 7 на водосборной берме 5 на отметке -140 м. Водосборная берма 4 располагается ниже МИВК 2, за счет этого вся поступающая из него вода будет собираться водосборной бермой 4 в дренажную канаву 5 и направляться в зумпф 6, а оттуда средствами карьерного водоотлива 7 и 8 направляться на поверхность. С целью перехвата и сбора атмосферных вод, выпадающих на площадь внутри чаши карьера 3, на дне карьера 3 возводится предохранительный целик 9. Он может быть выполнен промораживанием в виде ледово-породного массива или тампонажем массива осыпей и обрушенных пород при помощи многоствольных наклонно-направленных скважин (на фигурах не показаны), которые следует забуривать из подготовленных площадок на бермах с последующей поинтервальной закачкой цементирующего раствора.

После реконструкции карьера и карьерного водоотлива проводят откачку дренажных вод из затопленных подземных выработок 11 через затопленные клетевой и скиповой стволы 12 до отметки -600 м.

Реконструкция дренажной системы скважин из подземных горных выработок 13 проводится поэтапным сооружением контуров опытных скважин 10, которые будут выполнять функцию заверочно-поисковых, а при наличии линз и скоплений воды, в том числе возникших из-за динамического воздействия грязевого потока - водоперепускных дренажных, с возможностью последующего мониторинга за состоянием массива. Интервалы бурения, а также глубина скважин 10 для каждого этапа определяется исходя из значений напора (уровня воды) над кровлей подземной горной выработки. Количество скважин 10 определяется при помощи аналитических расчетов и инструментов гидродинамического моделирования (ПО MODFLOW). Главными критериями определения требуемого количества скважин 10 являются степень неоднородности заполнения затопленных ранее подземных горных выработок 11; параметры водопроводимости матрикса грязе-каменного потока; минимальный объем вод, который может безопасно разгрузиться в очистное пространство, не нарушая технологический цикл.

Реализация данного этапа производится поблочно. В связи с тем, что доработку глубоких горизонтов рудника 3а проводят в восходящем порядке с предварительной проходкой дренажных выработок 13, для отработки запасов выше отм. -527 м бурится несколько скважин в самую нижнюю точку ранее затопленных выработок 11 (-445 м). Бурение вееров скважин осуществляется не только по трассам потенциально затопленных выработок 11, но и в представляющих потенциальную опасность из-за возможного наличия промоин зонах эндо- и экзоконтактов. На начальной стадии отработки для подтверждения безопасности проведения работ выполняется бурение вертикальных скважин 10 длиной по 100 м по контуру рудного тела (фиг. 3), глубина скважин обусловлена принятым блоком отработки (50 м) и необходимостью обеспечения безопасного целика, рассчитываемого согласно нормативным документам по безопасному ведению подземных горных работ, с отм. -527 м. Если притоки вод по скважинам 10 отсутствуют, можно приступать к отработке запасов с постоянным мониторингом водопритоков, если по скважинам 10 будут зафиксированы притоки подземных вод, то в управляемом режиме производится их перепуск, с постоянным мониторингом для определения изменения напоров и дебетов по ним. Описанные выше шаги необходимо выполнять каждые 50 метров по вертикали.

Применение способа позволяет максимально отработать запасы месторождения до отм. -327 м при обеспечении безопасного ведения подземных горных работ в условиях повышенной обводненности за счет повышения надежности дренажной системы рудника.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке обводненных месторождений твердых полезных ископаемых, отрабатываемых комбинированным открыто-подземным способом, в частности при восстановлении аварийно затопленного рудника. Способ включает реконструкцию карьера с реконструкцией карьерного водоотлива, создание предохранительного целика в карьерном пространстве, откачку вод из затопленных подземных выработок, реконструкцию дренажной системы скважин из подземных горных выработок, доработку горизонтов рудника в обводненной зоне в восходящем порядке. Реконструкцию карьера проводят разносом контура карьера с предварительной откачкой всех типов вод из чаши карьера. Ширину разноса контура карьера определяют исходя из ширины площадки под размещение карьерного водоотлива - водосборной бермы. Реконструкцию карьерного водоотлива проводят формированием на водосборной берме прибортовой гидроизолированной дренажной канавы по периметру карьера и созданием зумпфа. Откачку дренажных вод из затопленных подземных выработок проводят через затопленные клетевой и скиповой стволы. Доработку горизонтов рудника в восходящем порядке проводят с предварительной проходкой дренажных выработок. Предохранительный целик создают в виде промораживаемого ледово-породного массива или в виде затампонированного массива на основе осыпей и обрушенных при реконструкции карьера пород. Реконструкцию дренажной системы скважин из подземных горных выработок проводят в направлении снизу вверх созданием контуров опытных заверочно-поисковых/дренажных скважин с возможностью последующего мониторинга за состоянием массива, при этом производят ликвидацию контура скважин на горизонте после сооружения скважин следующего этапа. Техническим результатом является повышение надежности дренажной системы рудника. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ реконструкции обводненного рудника, отрабатываемого открыто-подземным способом, включающий реконструкцию карьера с реконструкцией карьерного водоотлива, создание предохранительного целика в карьерном пространстве, откачку вод из затопленных подземных выработок, реконструкцию дренажной системы скважин из подземных горных выработок, доработку горизонтов рудника в обводненной зоне в восходящем порядке, отличающийся тем, что реконструкцию карьера проводят разносом контура карьера с предварительной откачкой всех типов вод из чаши карьера, при этом ширину разноса контура карьера определяют исходя из ширины площадки под размещение карьерного водоотлива - водосборной бермы, реконструкцию карьерного водоотлива проводят формированием на водосборной берме прибортовой гидроизолированной дренажной канавы по периметру карьера и созданием зумпфа, откачку дренажных вод из затопленных подземных выработок проводят через затопленные клетевой и скиповой стволы, доработку горизонтов рудника в восходящем порядке проводят с предварительной проходкой дренажных выработок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предохранительный целик создают в виде промораживаемого ледово-породного массива.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предохранительный целик создают в виде затампонированного массива на основе осыпей и обрушенных при реконструкции карьера пород.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реконструкцию дренажной системы скважин из подземных горных выработок проводят в направлении снизу вверх созданием контуров опытных заверочно-поисковых/дренажных скважин с возможностью последующего мониторинга за состоянием массива, при этом производят ликвидацию контура скважин на горизонте после сооружения скважин следующего этапа.