Способ опережающего возведения подземных ледопородных барьеров для защиты кимберлитовых рудников криолитозоны от высоконапорных водопритоков Российский патент 2024 года по МПК E21D1/12 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной доработке подкарьерных запасов алмазосодержащих трубок криолитозоны для защиты строящихся рудников от поступления высоконапорных подземных вод, в том числе со значительной минерализацией путем возведения искусственного круглогодично эксплуатируемого ледопородного барьера вокруг отрабатываемого рудного тела.

Известно значительное количество способов защиты различных производственных, поверхностных и подземных сооружений от водопритоков, базирующихся на создании различных типов противофильтрационных сооружений: барьеров, экранов, завес и т.д. [Волков Ю.И., Изотов А.А., Пономаренко Ю.В. Противофильтрационные завесы в промышленности. М. И.Д. "Руда и металлы" 2014. 304 с.; Трупак Н.Г. Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений. М., "Недра, 1979. 344 с.].

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ создания постоянной ледопородной противофильтрационной завесы с использованием замораживающих колонок [Патент РФ №2078213 C1, E21D1/12, Способ формирования ледопородных ограждений].

Основными недостатками этого способа являются высокие трудовые и финансовые затраты на бурение с поверхности большого количества скважин, прокладку и техническое обслуживание протяженных трубопроводов, необходимость приобретения значительных объемов холодоносителя, а так же существенные потери холода при его транспортировке.

Целью изобретения является обеспечение безопасности и повышение эффективности ведения горных работ при подземной доработке алмазосодержащей трубки за счет опережающего формирования подземного льдопородного барьера, предотвращающего проникновение высоконапорных вод в рудник. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является подземное размещение замораживающей системы для формирования льдопородного барьера в пределах водоносного горизонта в непосредственной близости от разрабатываемого рудного тела.

Предлагается новый способ опережающего возведения подземного ледопородного барьера для защиты кимберлитового рудника криолитозоны от высоконапорных водопритоков, включающий бурение вертикальных скважин вдоль контура отрабатываемой алмазосодержащей трубки, монтаж замораживающих колонок и замораживающей станции с прокладкой трубопроводов систем транспортировки холодоносителя и прокачку его через замораживающие колонки с образованием рассредоточенных цилиндрических ледопородных тел с их последующим смыканием в сплошной монолит, отличающийся тем, что по окончании консервации карьера за пределами мульды сдвижения породного массива проходят вертикальный ствол вновь строящегося рудника до верхней границы водоносного горизонта, затем проходят камеру рудничного двора и квершлага до границы рудного тела, после чего по его периметру проходят кольцеобразную горизонтальную выработку, из которой по всей её длине производят бурение расчетного количества нисходящих вертикальных замораживающих скважин вдоль контура отрабатываемой алмазосодержащей трубки за пределы нижней границы водоносного горизонта и монтаж в скважины замораживающих колонок, а также бурение термометрических и контролирующих скважин, устанавливают замораживающую станцию в камере рудничного двора, от которой прокладывают транспортные коммуникации холодоносителя к кольцеобразной горизонтальной выработке, прокачивают холодоноситель через замораживающие колонки с образованием рассредоточенных цилиндрических ледопородных тел с их последующим смыканием в сплошной монолит, через термометрические и контролирующие скважины производят контроль за формируемым температурным режимом и интенсивностью замерзания льдопороды, по окончании возведения ледопородного барьера замораживающую систему переключают с активного на пассивный режим эксплуатации, обеспечивая его стабильный круглогодичный отрицательный температурный режим.

Реализация способа на практике будет способствовать решению ряда технических, экономических и социальных задач:

- значительному снижению объема буровых работ за счет подземного бурения более коротких скважин (с незначительным превышением мощности водоносного горизонта);

- снижению трудовых затрат и расходов на прокладку и техническое обслуживание менее протяженных транспортных коммуникаций за счет размещения морозильной станции под землей над водоносным горизонтом в камере рудничного двора;

- улучшению условий эксплуатации горной техники при сокращенных водопритоках и снижении капежа;

- выделяемое агрегатами морозильной установки бросовое тепло при применении тепловых насосов и теплотрансформаторов может быть использовано для обогрева помещений рудничного двора рудника с постоянным нахождением людей (механических мастерских, производственных цехов, камер ожидания);

- возведенный барьер существенно снизит водопритоки в рудник, способствуя улучшению условий труда горнорабочих, снижению расходов на водоотлив, а также повышению производительности и безопасности ведения подземных горных работ;

- подземное размещение морозильной станции позволит значительно сократить протяженность транспортных коммуникаций, обеспечивая низкие потери искусственно вырабатываемого холода, в связи с чем можно будет обойтись морозильной станцией меньшей мощности, снижая тем самым затраты;

- снижению повреждений, сокращению межремонтных периодов и интенсивности коррозии металлических узлов горнодобывающей техники, трубопроводов, крепи и т.д., а также износу резиновых покрышек самоходной техники;

- специально пройденная кольцевая горизонтальная выработка может быть впоследствии так же использована в качестве вентиляционной для отвода отработанной вентиляционной струи с началом ведения очистных работ в руднике.

Включенный в формулу изобретения такой существенный признак как предварительная проходка вертикального ствола вновь строящегося рудника, камер рудничного двора, квершлага и пройденной вокруг алмазосодержащей трубки кольцеобразной горизонтальной выработки позволит значительно ускорить возведение защитного барьера в подземных условиях, надежно изолировать отрабатываемое рудное тело от водоносного горизонта, способствуя его обезвоживанию, значительно облегчая ведение горных работ в безопасных условиях.

Следующий, включенный в формулу изобретения существенный отличительный признак как бурение скважин не с земной поверхности, а из специально пройденной по периметру рудного тела кольцеобразной горизонтальной выработки существенно сократит время и расходы на ведение работ.

Также существенным признаком можно считать тот факт, что замораживающую станцию размещают в камере рудничного двора вертикального ствола строящегося рудника, что позволяет значительно сократить протяженность транспортных коммуникаций холодоносителя и, как следствие этого, расходы на их прокладку и техническое обслуживание, а также существенно сократит потери искусственно вырабатываемого холода.

Заявляемый способ поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная, упрощенная технологическая схема ведения подготовительных и основных работ по сооружению подземного ледопородного барьера.

Условные обозначения, принятые на чертеже:

1. Отработанный законсервированный кимберлитовый карьер;

2. Вертикальный ствол строящегося рудника;

3. Подземный водоносный горизонт:

4. Рудничный двор;

5. Квершлаг;

6. Рудное тело (отрабатываемая алмазосодержащая трубка);

7. Кольцеобразная горизонтальная выработка;

8. Нисходящие вертикальные скважины;

9. Термометрические скважины;

10. Контролирующие скважины;

11. Морозильная станция;

12. Нитки магистральных трубопроводов (прямая и обратная).

Заявляемый способ реализуют после завершения работ по консервации отработанного кимберлитового карьера 1, проходки вертикального ствола строящегося рудника 2 до верхней границы подземного водоносного горизонта 3, рудничного двора 4 и квершлага 5. Затем по периметру рудного тела 6 за пределами зоны сдвижения проходят кольцеобразную горизонтальную выработку 7, из которой по всей ее длине пробуривают нисходящие вертикальные скважины 8 в расчетном количестве для установки замораживающих колонок (на чертеже не показаны), а так же термометрические 9 и контролирующие 10 скважины. В рудничном дворе устанавливают морозильную станцию 11 и прокладывают две нитки трубопроводов 12 для циркуляции холодоносителя.

После окончания всех вышеперечисленных работ и закачки холодоносителя в системы приступают к непосредственному возведению водозащитного ледопородного барьера по традиционной технологии [1], т.е. путем прокачки охлажденного до отрицательной температуры в морозильной станции 11 холодоносителя по замораживающим колонкам с образованием вокруг скважин ледопородных цилиндров и последующим их смыканием с образованием герметичного сооружения. Периодически производят контроль за формируемым температурным режимом и интенсивностью замерзания льдопороды с использованием специальных приборов, устанавливаемых в скважины 9 и 10. В дальнейшем морозильную станцию и всю систему переводят с активного на пассивный режим эксплуатации, обеспечивая стабильный отрицательный круглогодичный температурный режим возведенного ледопородного барьера и, как следствие этого, его герметичность.

Основные преимущества предлагаемого способа:

- надежная защита действующего рудника от внезапного прорыва и поступления высоконапорных подземных вод с высокой минерализацией;

- сбережение земной поверхности горного отвода рудника за счет размещения замораживающей станции и всех коммуникаций под землей;

- низкие трудовые и финансовые затраты на бурение скважин, монтаж установок, прокладки необходимых замораживающих коммуникаций за счет размещения морозильной станции под землей вблизи водоносного горизонта;

- сокращение финансовых затрат и сроков возведения защитного барьера за счет снижения общего объема всех выполняемых основных и вспомогательных работ;

- сокращение затрат на водоотлив за счет уменьшения объемов фильтрующихся в горные выработки рудника подземных вод;

- улучшение условий труда горнорабочих и эксплуатации горной техники в связи с сокращением водопритоков и капежа;

- улучшение вентиляционного режима рудника за счет одновременного использования кольцеобразной горизонтальной выработки в качестве вентиляционной (для отвода исходящей вентиляционной струи) с началом ведения и очистных работ в руднике;

- значительное снижение износа и интенсивности коррозии металлических узлов горной техники, трубопроводов, крепи и т.д., а также резиновых покрышек транспортных механизмов;

- снижение интенсивности процессов физико-химического выветривания породного массива, вмещающего горные выработки рудника, в связи с чем уменьшаются нагрузки на крепь и повышается их сохранность.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной доработке подкарьерных запасов кимберлитовых трубок криолитозоны с наличием высоконапорных водоносных горизонтов. Способ опережающего возведения подземного ледопородного барьера для защиты кимберлитового рудника криолитозоны от высоконапорных водопритоков включает бурение вертикальных скважин вдоль контура отрабатываемой алмазосодержащей трубки, монтаж замораживающих колонок и замораживающей станции с прокладкой трубопроводов систем транспортировки хладоносителя и прокачку его через замораживающие колонки с образованием рассредоточенных цилиндрических ледопородных тел с их последующим смыканием в сплошной монолит. По окончании консервации карьера за пределами мульды сдвижения породного массива проходят вертикальный ствол вновь строящегося рудника до верхней границы водоносного горизонта, затем проходят камеру рудничного двора и квершлага до границы рудного тела. По периметру рудного тела проходят кольцеобразную горизонтальную выработку, из которой по всей её длине производят бурение расчетного количества нисходящих вертикальных замораживающих скважин вдоль контура отрабатываемой алмазосодержащей трубки за пределы нижней границы водоносного горизонта и монтаж в скважины замораживающих колонок, а также бурение термометрических и контролирующих скважин. Устанавливают замораживающую станцию в камере рудничного двора, от которой прокладывают транспортные коммуникации холодоносителя к кольцеобразной горизонтальной выработке. Прокачивают холодоноситель через замораживающие колонки с образованием рассредоточенных цилиндрических ледопородных тел с их последующим смыканием в сплошной монолит. Через термометрические и контролирующие скважины производят контроль за формируемым температурным режимом и интенсивностью замерзания льдопороды. По окончании возведения ледопородного барьера замораживающую систему переключают с активного на пассивный режим эксплуатации, обеспечивая его стабильный круглогодичный отрицательный температурный режим. Техническим результатом является обеспечение безопасности и повышение эффективности ведения горных работ при подземной доработке алмазосодержащей трубки. 1 ил.

Способ опережающего возведения подземного ледопородного барьера для защиты кимберлитового рудника криолитозоны от высоконапорных водопритоков, включающий бурение вертикальных скважин вдоль контура отрабатываемой алмазосодержащей трубки, монтаж замораживающих колонок и замораживающей станции с прокладкой трубопроводов систем транспортировки хладоносителя и прокачку его через замораживающие колонки с образованием рассредоточенных цилиндрических ледопородных тел с их последующим смыканием в сплошной монолит, отличающийся тем, что по окончании консервации карьера за пределами мульды сдвижения породного массива проходят вертикальный ствол вновь строящегося рудника до верхней границы водоносного горизонта, затем проходят камеру рудничного двора и квершлага до границы рудного тела, после чего по его периметру проходят кольцеобразную горизонтальную выработку, из которой по всей её длине производят бурение расчетного количества нисходящих вертикальных замораживающих скважин вдоль контура отрабатываемой алмазосодержащей трубки за пределы нижней границы водоносного горизонта и монтаж в скважины замораживающих колонок, а также бурение термометрических и контролирующих скважин, устанавливают замораживающую станцию в камере рудничного двора, от которой прокладывают транспортные коммуникации холодоносителя к кольцеобразной горизонтальной выработке, прокачивают холодоноситель через замораживающие колонки с образованием рассредоточенных цилиндрических ледопородных тел с их последующим смыканием в сплошной монолит, через термометрические и контролирующие скважины производят контроль за формируемым температурным режимом и интенсивностью замерзания льдопороды, по окончании возведения ледопородного барьера замораживающую систему переключают с активного на пассивный режим эксплуатации, обеспечивая его стабильный круглогодичный отрицательный температурный режим.