Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых Российский патент 2023 года по МПК E21C41/16 E21C45/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых, представленных пластообразными обводненными песчано-гравийными и фосфоритовыми рудными телами и т.п. К таким месторождениям относятся, например, Вятско-Камское, Егорьевское и другие месторождения московской области.

Также данный способ применим для отработки месторождений представленных обводненными, размягчаемыми и/или размокаемыми горными породами, в том числе некоторых алмазоносных трубок Архангельской области.

Известен способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения вертикальной горной выработкой, подготовку отрабатываемого участка, создание над ним искусственной кровли и последующее гидравлическое разрушение массива (см. патент РФ №2125160, кл. Е21С 45/00, 1998 г).

Недостатком этого способа являются высокие энергозатраты на гидромониторную отбойку и сложность подготовки отрабатываемого участка к отработке.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение - повышение эффективности отработки месторождений полезных ископаемых.

Технический результат - снижение затрат на разработку месторождений полезных ископаемых представленных обводненными, размягчаемыми и/или размокаемыми горными породами, и упрощение ведения работ.

Размягчаемость - способность скальных горных пород снижать прочность при насыщении водой. Она характеризуется, коэффициентом размягчаемости Kp, представляющим собой отношение временного сопротивления породы одноосному сжатию в водонасыщенном (R_сж^w) и воздушно-сухом (R_сж) состояниях: Kp=R_сж^w/R_сж..

Размокаемость - это способность глинистых пород при впитывании воды терять связность и превращаться в рыхлую массу с частичной или полной потерей несущей способности. Интенсивность процесса размокания зависит от характера структурных связей, состава и состояния грунтов. Скорость и интенсивность размыва зависят как от характера водного воздействия, так и от реакции породы на данное воздействие - размываемости.

Технический результат достигается тем, что в способе подземной разработки месторождений полезных ископаемых, включающем вскрытие месторождения вертикальной горной выработкой, подготовку отрабатываемого участка, создание над ним искусственной кровли и последующее гидравлическое разрушение массива, отработку ведут этажами. Каждый этаж разделяют на камеры, расположенные вокруг вскрывающей вертикальной выработки. Перед отработкой каждой камеры формируют искусственное наклонное ломаное днище из твердеющего материала. Между камерами проходят щели, которые заполняют твердеющим материалом. После затвердевания твердеющего материала днища, и на контуре отрабатываемой камеры, над днищем создают технологическое очистное пространство, которое полностью заполняют жидкостью (водой) с подпором. По мере размокания и отслаивания горной массы производят ее доставку и выдачу на поверхность. После отработки всей камеры днище зачищают, а полость камеры закладывают.

Для создания искусственного наклонного ломаного днища камеры из твердеющего материала, от вертикальной горной выработки проходят две горизонтальные и лежащую между ними, наклонную к вертикальной, выработки. Между ними отрабатывают массив полезного ископаемого и производят закладку образованной полости твердеющим материалом.

При значительной площади месторождения, в качестве вскрывающей месторождение вертикальной горной выработки, целесообразно использовать ствол. При незначительной - скважину.

При склонных к размоканию или неустойчивых окружающих породах, по контуру камеры проходят щели, которые заполняют твердеющим материалом.

При неравномерном распределении полезного ископаемого, отрабатывают только камеры, в которых содержится полезный компонент.

При отработке создание щелей, очистного пространства и зачистку днища осуществляют гидромониторами.

Для повышения эффективности размокания в очистном пространстве создают избыточное давление воды.

Для доставки под действием собственного веса, днище создают с наклоном равным или превышающим угол естественного откоса.

Для интенсификации работ, отрабатывают несколько камер.

Также для интенсификации процесса размокания в жидкость добавляют поверхностно активные вещества (ПАВ).

Также для интенсификации процесса размокания в жидкости, заполняющей технологическое очистное пространство, генерируют ультразвуковые колебания.

В ряде случаев в жидкости, заполняющей технологическое очистное пространство, производят взрывы зарядов ВВ.

В указанную совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения указанного технического результата.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен вертикальный разрез разрабатываемого месторождения;

на фиг. 2 - вид по А-А (план);

на фиг. 3 - вид камеры в разрезе;

на фиг. 4 - общий вид (в аксонометрии) камеры и выработок, пройденных от ствола.

Осуществление способа поясняется на примере отработки алмазоносной кимберлитовой трубки, представленной размягчаемыми и/или размокаемыми породами.

Месторождение 1 вскрывают стволом 2, из которого над предназначенным к отработке массивом, проходят выработки и создают искусственную кровлю 3. Отработка месторождения может производиться как сверху вниз, так и снизу вверх и осуществляется этажами, которые разрабатывают отдельными камерами 4, расположенными вокруг ствола 2. Единовременно могут отрабатываться как одна камера, так и несколько.

При отработке сверху вниз, после создания искусственной кровли 3, или одновременно с ней, создают искусственные наклонные ломаные днища 5, отрабатываемых в первую очередь камер 4.

Для этого от ствола 2, для днища каждой камеры 4, проходят две горизонтальные 6 и, в плане лежащие между ними, наклонную 7 к стволу, выработки. Затем между выработками 6 и 7 отрабатывают массив полезного ископаемого. Отработку можно производить любым известным способом. При склонности горных пород к размоканию отработку целесообразно производить гидромониторами из выработок 6 и 7. Полученные полости закладывают твердеющим материалом, после схватывания которого образуется наклонное ломаное днище 5. При небольших горизонтальных размерах камер 4, отработку и закладку полостей можно производить на всю длину будущего днища 5. При значительных горизонтальных размерах камер 4, целесообразно производить стадийное создание днища 5, отрабатывая и закладывая отдельные секции.

На проектном контуре камер 4 из выработки 6 проходят вертикальные щели, которые также закладывают твердеющим материалом, после затвердевания которого образуются вертикальные стены 8 камер 4, отделяющие их друг от друга. Вокруг ствола 2 создают водоизолирующую оболочку 9, например, также из твердеющего материала. После затвердевания твердеющего материала днища 5, стенок 8 и оболочки 9, над днищем 5 создают технологическое очистное пространство, которое полностью заполняют жидкостью 10 с подпором. Эта жидкость 10 проникает в горные породы 11 камеры 4 на глубину слоя 12. В этом слое происходит размокание, породы отслаиваются, и под действием собственного веса опускаются на наклонное днище 5. Поскольку создается постоянный подпор жидкости 10, после размокания и отслоения части породы, происходит повышение уровня жидкости 10. Таким образом, жидкость 10 постоянно находится в контакте со слоем 12 горных пород 11 камеры 4. При необходимости приостановления горных работ, уровень жидкости 10 перестают повышать, жидкость 10 и горные породы 11 выходят из контакта разрушение последних прекращается.

Поскольку днище 5 выполнено наклонным, опускающиеся на него отдельные куски пород и кристаллы перемещаются по нему к рудосборнику 13. Последний также целесообразно выполнять наклонным, в этом случае дезинтегрированная горная масса под действием собственного веса будет доставляться к рудоприемной камере 14, откуда она в виде пульпы выдается на поверхность.

Для того чтобы обеспечить надежное перемещение горной массы по наклонному днищу 5 и рудосборнику 13, их создают с наклоном большим угла естественного откоса.

После полной отработки камеры до искусственной кровли 3, производят зачистку днища 5 и рудосборника 13 и производят закладку выработанного пространства твердеющим материалом 15.

При неустойчивых или склонных к размягчению и/или размоканию вмещающих горных породах, перед отработкой по наружному контуру камеры 4 проходят щель, которую заполняют твердеющим материалом, после схватывания которого образуется наружная стена 16 камеры 4. Одновременно можно отрабатывать несколько камер 4, расположенных как в пределах одного этажа, так и на нескольких.

Для камер 4, лежащих ниже верхнего этажа, искусственной кровлей служат днища 5 расположенных выше камер 4.

Процесс размокания горных пород может быть интенсифицирован различными методами или их совокупностью. Например, в очистном пространстве создают избыточное давление жидкости, добавляют поверхностно активные вещества (ПАВ), генерируют в жидкости ультразвуковые колебания, производят в жидкости взрывы зарядов ВВ (взрывчатых веществ).

Кроме того, камеры, не содержащие полезного компонента, не отрабатывают и не производят их подготовку.

Предложенный способ позволяет эффективно, с минимальными потерями и относительно невысокими энергозатратами отработать месторождения полезных ископаемых, сложенных размягчаемыми и/или размокаемыми породами и рудами. Это относится к месторождениям кристаллосырья и в частности алмазов в Архангельской области, где часть трубок представлена хорошо размягчаемыми брекчиями. Этот способ предпочтителен для данных месторождений, так как в процессе отработки и транспортирования происходит отделение полезного компонента - кристаллов от пустой породы, в значительной степени переходящей в пульпообразное состояние.

Кроме того, к таким относятся месторождения торфов, фосфоритов, сапропели, часть россыпных и песчано-гравийных месторождений. Последние, особенно в центральных областях России, в значительной части, содержат глинистый компонент, особенно склонный к размягчению.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых, представленных размокаемыми горными породами. К таким месторождениям относятся, например, ряд алмазоносных трубок Архангельской области. Способ включает вскрытие месторождения вертикальной горной выработкой, подготовку отрабатываемого участка, создание над ним искусственной кровли, последующее гидравлическое разрушение массива, доставку и выдачу на поверхность горной массы. Отработку ведут этажами. Каждый этаж разделяют на камеры, расположенные вокруг вскрывающей вертикальной выработки. Перед отработкой каждой камеры формируют искусственное наклонное ломаное днище из твердеющего материала. Между камерами проходят щели, которые заполняют твердеющим материалом. После затвердевания твердеющего материала днища и на контуре отрабатываемой камеры над днищем создают технологическое очистное пространство, которое полностью заполняют жидкостью - водой с подпором. По мере размокания и отслаивания горной массы производят ее доставку и выдачу на поверхность. После отработки всей камеры днище зачищают, а полость камеры закладывают. Техническим результатом является упрощение ведения горных работ, отделение в процессе отработки и транспортирования полезного компонента от породы. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения вертикальной горной выработкой, подготовку отрабатываемого участка, создание над ним искусственной кровли, последующее гидравлическое разрушение массива, доставку и выдачу на поверхность горной массы, отличающийся тем, что отработку ведут этажами, каждый этаж разделяют на камеры, расположенные вокруг вскрывающей вертикальной выработки, перед отработкой каждой камеры формируют искусственное наклонное ломаное днище из твердеющего материала, между камерами проходят щели, которые заполняют твердеющим материалом, после затвердевания твердеющего материала днища и на контуре отрабатываемой камеры над днищем создают технологическое очистное пространство, которое полностью заполняют жидкостью - водой с подпором, по мере размокания и отслаивания горной массы производят ее доставку и выдачу на поверхность, после отработки всей камеры днище зачищают, а полость камеры закладывают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для создания искусственного наклонного ломаного днища камеры из твердеющего материала от вертикальной горной выработки проходят две горизонтальные и лежащая между ними наклонная к вертикальной выработки, между ними отрабатывают массив полезного ископаемого и производят закладку образованной полости твердеющим материалом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вскрытие месторождения осуществляют стволом.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по контуру камеры проходят щели, которые заполняют твердеющим материалом.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отрабатывают только камеры, в которых содержится полезный компонент.

6. Способ по п. 1, или 2, или 4, отличающийся тем, что создание щелей и зачистку днища осуществляют гидромониторами.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в очистном пространстве создают избыточное давление воды.

8. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что днище создают с наклоном, равным или превышающим угол естественного откоса.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отрабатывают одновременно несколько камер.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в воду добавляют ПАВ.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в воде генерируют ультразвуковые колебания.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в воде производят взрывы зарядов ВВ.