Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых Российский патент 2025 года по МПК E21C45/00 E21C41/00 E21C41/22 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых, представленных крутопадающими рудными телами или телами большой мощности, на которых применение традиционных способов существенно осложнено горно-геологическими условиями. В частности к таким месторождениям относятся алмазоносные кимберлитовые трубки Архангельской области, распределение полезного компонента в которых носит неравномерный (очаговый) характер.

Известен способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий бурение нисходящих скважин с поверхности, размещение в них оборудования для скважинной гидродобычи, гидравлический размыв пород из этих скважин, подъем пульпы на поверхность, проходку вертикального или наклонного ствола в боковых породах вскрывающих наклонных выработок от ствола к рудному телу с наклоном в сторону ствола, создание искусственной потолочины над массивом рудного тела отрабатываемом из подземных вскрывающих выработок и последующую отработку указанного массива (см. патент RU 2021513 C1, 15.10.1994, кл. Е21С 45/00).

Недостатком данного способа является то, что способ предусматривает при валовой гидродобыче из скважин пробуренных с поверхности, переход от слоя к слою при накоплении в первом слое крупных фракций. При этом, в случае неравномерного распределения полезного компонента, тратятся значительные средства на разрушение практически пустых пород. В то же время возрастает вероятность потери самых ценных - крупных кристаллов в не размытой, крупной фракции оставленной под землей.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности отработки месторождений полезных ископаемых.

Технический результат, достигаемый в результате использования изобретения, избежание потерь наиболее крупных и, соответственно, наиболее ценных кристаллов или самородков, значительно снизить энергозатраты на добычу и в кратчайшие сроки начать промышленную эксплуатацию месторождения.

Технический результат достигается тем, что в способе комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых, включающем бурение нисходящих скважин с поверхности, размещение в них оборудования для скважинной гидродобычи, выделение продуктивных участков, часть которых, вскрытых нисходящими скважинами с поверхности, осуществляют гидравлический размыв пород из этих скважин, подъем пульпы на поверхность, проходку вертикального или наклонного ствола в боковых породах, вскрывающих наклонных выработок от ствола к рудному телу с наклоном в сторону ствола, создание искусственной потолочины над массивом рудного тела отрабатываемого из подземных вскрывающих выработок и последующую отработку указанного массива, отличающийся тем, что создают во вскрывающих наклонных выработках приемные камеры, перед которыми устанавливают средства предварительного обогащения, из вскрывающих выработок проходят наклонные подготовительные выработки с наклоном в сторону вскрывающих выработок, из вскрывающих и подготовительных выработок бурят в продуктивные участки, лежащие ниже искусственной потолочины, восстающие скважины, в которых размещают оборудование для скважинной гидродобычи, и производят гидравлический размыв сверху вниз с самотечной доставкой получаемой пульпы по скважинам, подготовительным выработкам и вскрывающим выработкам к средствам предварительного обогащения, на которых выделяют крупные фракции из пульпы, и далее доставляют в приемные камеры, из которых осуществляют подъем пульпы на поверхность, при этом искусственную потолочину создают в непродуктивном участке, а из выделенных крупных фракций производят отбор полезного ископаемого.

Для снижения трудозатрат при подземной разработке, из вскрывающих и подготовительных выработок, скважины бурят группами в виде вееров.

При подземной разработке, из скважин размыв осуществляют восходящими струями жидкости.

Искусственную потолочину создают из вскрывающей выработки, пройденной от ствола, заходками, через одну, с закладкой твердеющим материалом выработанного пространства заходок, с последующей отработкой и закладкой оставленных заходок, при этом отработку заходок начинают от наиболее удаленного от ствола бока рудного тела.

В зависимости от конкретных горно-геологических условий, искусственную потолочину создают или горизонтальной, или наклонной, или ломаной.

Для повышения несущей способности искусственной потолочины перед закладкой выработанного пространства каждой заходки, в них монтируют арматуру, при этом арматуру соседних заходок связывают между собой.

С той же целью искусственную потолочину создают на площади, превышающей площадь рудного тела на данном горизонте.

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 изображена схема отработки, при подземной разработке, с параллельными скважинами;

на фиг. 2 - схема отработки, при подземной разработке, с веерами скважин;

на фиг. 3 - разрез по А - А;

на фиг. 4 - искусственная потолочина в плане;

на фиг. 5, 6 и 7 - различные варианты заходок в сечении при создании искусственной кровли.

Осуществление способа поясняется на примере кимберлитовой трубки.

С поверхности земли в контуре трубки 1 бурят нисходящие скважины 2. Используя разные виды каротажа, выделяют продуктивные участки 3, размещают в скважинах оборудование для скважинной гидродобычи, осуществляют гидравлический размыв пород этих скважин в пределах продуктивных участков 3 и подъем пульпы на поверхность. С точки зрения технологичности процесса, обработку целесообразно осуществлять снизу вверх. Для предотвращения образования воронки провала на поверхности земли, полученные полости закладывают твердеющим материалом. После отработки верхней части трубки, или одновременно с ее отработкой, в боковых пустых породах 4 осуществляют проходку вертикального или наклонного ствола 5. Наклонный ствол 5 целесообразно проходить с наклоном равным наклону боковой стенки трубки. Из ствола 5 к рудному телу трубки 1 проходят вскрывающие наклонные выработки 6 с наклоном сторону ствола 5, и вскрывающую выработку 7. Из вскрывающей выработки 7 создают искусственную потолочину 8, предотвращающую обрушение массива нарушенного в процессе отработки из скважин 2, пробуренных с поверхности земли в очистное пространство образующееся при подземной отработке.

Искусственную потолочину 8 создают в непродуктивном участке, в зависимости от формы которого она может быть горизонтальной, наклонной или ломанной 9.

Ее создание начинают с проходки вскрывающей выработки 7. Из указанной выработки, начиная от наиболее удаленного от ствола 5 бока рудного тела трубки 1, отрабатывают через одну заходки 10 и 11. После отработки очередной заходки 10 ее выработанное пространство закладывают твердеющим материалом. Когда все заходки 10 отработаны, приступают к отработке и закладке заходок 11, в той же последовательности. Отработку заходок можно производить любым известным способом, в том числе и гидроразмывом из скважин 12.

Для повышения несущей способности искусственной потолочины 8 (9), после отработки очередной заходки 10 или 11, в ее выработанном пространстве монтируют арматуру, например, из тросов или арматурного материала. Кроме того, с этой же целью, заходкам 10 или 11, в поперечном сечении может быть придана криволинейная форма (см. фиг. 5, 6, и 7). Так же повышению несущей способности искусственной потолочины 8, 9 способствует создание ее на площади, превышающей площадь рудного тела на данном горизонте. В этом случае она будет опираться на не разрушаемые боковые породы 4 на участке 13.

Из вскрывающих выработок 6 в пустых породах проходят приемные камеры 14. Перед ними устанавливают средства предварительного обогащения 15.

Из вскрывающих выработок 6 так же проходят наклонные подготовительные выработки 16, с наклоном в сторону вскрывающих выработок 6.

Из вскрывающих выработок 6 и подготовительных выработок 16 бурят в продуктивные участки 17 лежащие ниже искусственной потолочины 8, 9, восстающие скважины 18, в которых размещают оборудование для скважинной гидродобычи и производят размыв сверху вниз. В ряде случаев восходящие скважины целесообразно бурить группами в виде вееров 19. Веерное бурение выгоднее с точки зрения подготовительно подготовительно-заключительных операций, так как с одной установки станка бурится несколько скважин. В тоже время расстояние между концами скважин в веере с увеличением глубины скважин увеличивается. Таким образом относительные затраты на бурение (к единице размываемого объема) увеличивается. Поэтому принятие той или иной схемы должно решаться в каждом конкретном случае.

Для полной и качественной отработки, скважины бурят соблюдая условия:

где I - расстояние между скважинами в пределах контура продуктивного участка, м;

a - расстояние эффективной разрушающей способности гидромониторной струи,

при соблюдении этого условия каждый элемент продуктивного участка находится в зоне эффективной разрушающей способности гидромониторной струи, то есть будет гарантировано размыт.

При размыве получаемая пульпа самотеком доставляется по скважинам 18 или скважинам вееров 19, подготовительным выработкам 16 и вскрывающим выработкам 6 к средствам предварительного обогащения 15, на которых из пульпы выделяется крупная фракция. Средствами предварительного обогащения 15 в подземных условиях целесообразнее всего использовать подземные грохота (см. например «Развитие техники грохочения минерального сырья», Д.Н. Левушкин, Специалист по оборудованию для дробления и грохочения компании Mesto. Источник: https://mining-media.ru/ru/article/obogach/688-razvitie-tekhniki-grokhocheniya-mineralnogo-syrya. Журнал "Горная Промышленность" №1, 2009, стр. 40.), или набор сит.

Для облегчения выноса пульпы из зоны разрушения, размыв осуществляют восходящими струями жидкости.

После средств предварительного обогащения 15, пульпа, также самотеком, поступает в приемные камеры 14, из которых осуществляется ее принудительный подъем на поверхность (по пульповодам, на чертежах не показаны). Из выделенных средствами предварительного обогащения 15, крупных фракций производят отбор полезного компонента, который затем доставляют на поверхность по стволу любым известным способом, а пустые породы используют в качестве закладочного материала.

Применение данного способа позволит избежать потери наиболее крупных и, соответственно, наиболее ценных кристаллов или самородков, значительно снизить энергозатраты на добычу и в кратчайшие сроки начать промышленную эксплуатацию месторождения через скважины, пробуренные с поверхности. При этом одновременно с отработкой верхней части месторождения, возможно вскрытие и подготовка нижележащих горизонтов, что значительно повышает эффективность отработки в целом.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых, представленных крутопадающими рудными телами или телами большой мощности, на которых применение традиционных способов существенно осложнено горно-геологическими условиями. Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых включает бурение нисходящих скважин с поверхности, выделение продуктивных участков, часть которых вскрыта нисходящими скважинами с поверхности. В скважинах размещают оборудование для скважинной гидродобычи и осуществляют гидравлический размыв пород. Поднимают пульпу на поверхность. Проходку вертикального или наклонного ствола в боковых породах, вскрывающих наклонных выработок от ствола к рудному телу с наклоном в сторону ствола и вскрывающей выработки для создания искусственной потолочины в непродуктивном участке над массивом рудного тела, отрабатываемого из подземных вскрывающих выработок. Проводят отработку указанного массива. Во вскрывающих наклонных выработках создают приемные камеры, перед которыми устанавливают средства предварительного обогащения. Из вскрывающих наклонных выработок проходят наклонные подготовительные выработки с наклоном в сторону вскрывающих выработок, из вскрывающих наклонных и подготовительных выработок в продуктивные участки, лежащие ниже искусственной потолочины, бурят восстающие скважины, в которых размещают оборудование для скважинной гидродобычи и производят гидравлический размыв сверху вниз с самотечной доставкой получаемой пульпы по скважинам, подготовительным выработкам и вскрывающим наклонным выработкам к средствам предварительного обогащения, на которых выделяют крупные фракции из пульпы и далее доставляют в приемные камеры, из которых осуществляют подъем пульпы на поверхность. В выделенных крупных фракциях производят отбор полезного ископаемого. Техническим результатом является избежание потерь наиболее крупных и наиболее ценных кристаллов или самородков, значительное снижение энергозатрат на добычу. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий бурение нисходящих скважин с поверхности, выделение продуктивных участков, часть которых вскрыта нисходящими скважинами с поверхности, размещение в них оборудования для скважинной гидродобычи, осуществление гидравлического размыва пород из этих скважин, подъем пульпы на поверхность, проходку вертикального или наклонного ствола в боковых породах, вскрывающих наклонных выработок от ствола к рудному телу с наклоном в сторону ствола и вскрывающей выработки для создания искусственной потолочины в непродуктивном участке над массивом рудного тела, отрабатываемого из подземных вскрывающих выработок, и последующую отработку указанного массива, создание во вскрывающих наклонных выработках приемных камер, перед которыми устанавливают средства предварительного обогащения, из вскрывающих наклонных выработок проходят наклонные подготовительные выработки с наклоном в сторону вскрывающих выработок, из вскрывающих наклонных и подготовительных выработок в продуктивные участки, лежащие ниже искусственной потолочины, бурят восстающие скважины, в которых размещают оборудование для скважинной гидродобычи, и производят гидравлический размыв сверху вниз с самотечной доставкой получаемой пульпы по скважинам, подготовительным выработкам и вскрывающим наклонным выработкам к средствам предварительного обогащения, на которых выделяют крупные фракции из пульпы и далее доставляют в приемные камеры, из которых осуществляют подъем пульпы на поверхность, при этом из выделенных крупных фракций производят отбор полезного ископаемого.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скважины бурят группами в виде вееров.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размыв из скважин осуществляют восходящими струями жидкости.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что искусственную потолочину создают заходками, отрабатывают заходки через одну с закладкой твердеющим материалом выработанного пространства с последующей отработкой и закладкой оставленных заходок, при этом отработку заходок начинают от наиболее удаленного от ствола бока рудного тела.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что искусственную потолочину создают горизонтальной.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что искусственную потолочину создают наклонной.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что искусственную потолочину создают ломаной.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед закладкой выработанного пространства каждой заходки в них монтируют арматуру, при этом арматуру соседних заходок связывают между собой.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что искусственную потолочину создают на площади, превышающей площадь рудного тела на данном горизонте.