Способ гидравлического извлечения полезных ископаемых

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке алмазоносных трубок. Способ включает вскрытие рудного тела скважинами с обсадкой - центральной, проходящей по центру выемочной камеры, и периферийными, проходящими по ее контуру, а также системой подземных горных выработок, разделение рудного тела на части, формирование в основании каждой части приемной камеры, подачу рабочего агента по одним скважинам, разрушение полезного ископаемого и транспортирование пульпы по другим скважинам. При извлечении полезных ископаемых из алмазоносных трубок выемочные камеры ограничивают контуром указанных трубок. Разделением трубки на части формируют этажи. В верхнем этаже оставляют и упрочняют предохранительный целик. Сооружают в верхней части каждого этажа технологическую камеру, а в приемной камере - искусственное днище. Разрушение полезного ископаемого осуществляют поэтапно в выемочных камерах с формированием секторообразного забоя, наклонного в сторону периферийных скважин. Разрушение полезного ископаемого производят потоком пульпы в замкнутом режиме путем эрлифтирования пульпы из приемной камеры по центральной скважине и выпуском ее в технологической камере на забой выемочной камеры. Упрочняют предохранительный целик проходкой радиально направленных наклонных скважин с установкой обсадных колонн. Устья обсадных колонн жестко соединяют с обсадной колонной центральной скважины. Нижние торцы колонн защемляют во вмещающих породах на уровне кровли верхнего этажа. Искусственное днище приемных камер сооружают установкой радиально с наклонной к центральной скважине металлических конструкций. Конструкции выполняют податливыми относительно вмещающих пород. Нижние концы конструкций жестко соединяют с обсадной колонной центральной скважины. Центральную скважину проходят диаметром больше диаметра периферийных скважин. Разрушение полезного ископаемого в смежной выемочной камере осуществляют после закладки отработанной камеры. 3 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке алмазоносных трубок.

Известен способ гидравлического извлечения материалов из мощных подземных формаций, включающий вскрытие формации центральной и периферийными скважинами, дезинтеграцию полезного ископаемого у периферийных скважин и выдачу пульпы через центральную скважину [1] Недостатком способа являются значительные потери полезного ископаемого при высоких энергозатратах на гидроотбойку.

Наиболее близким к предлагаемому является способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие рудного тела скважинами с обсадкой центральной, проходящей по центру выемочной камеры, и периферийными, проходящими по ее контуру, а также системой подземных горных выработок, разделение рудного тела на части, формирование в основании каждой части приемной камеры, подачу рабочего агента по одним скважинам, разрушение полезного ископаемого и транспортирование пульпы по другим скважинам [2] Недостатком способа являются большие потери полезного ископаемого в целиках, а также значительные материальные и энергетические затраты на отделение полезного ископаемого от массива и его дезинтеграцию.

Цель изобретения создание способа гидравлического извлечения полезных ископаемых с высокой эффективностью за счет снижения потерь полезного ископаемого и улучшения условий дезинтеграции.

Цель достигается тем, что способ гидравлического извлечения полезных ископаемых включает вскрытие рудного тела скважинами с обсадкой центральной, проходящей по центру выемочной камеры, и периферийными, проходящими по ее контуру, а также системой подземных горных выработок, разделение рудного тела на части, формирование в основании каждой части приемной камеры, подачу рабочего агента по одним скважинам, разрушение полезного ископаемого и транспортирование пульпы по другим скважинам. При извлечении полезных ископаемых из алмазоносных трубок выемочные камеры ограничивают контуром указанных трубок. Разделением трубки на части формируют этажи. В верхнем этаже оставляют и упрочняют предохранительный целик. Сооружают в верхней части каждого этажа технологическую камеру, а в приемной камере искусственное днище. Разрушение полезного ископаемого осуществляют поэтапно в выемочных камерах формированием секторообразного забоя, наклонного в сторону периферийных скважин. Разрушение полезного ископаемого производят потоком пульпы в замкнутом режиме путем эрлифтирования пульпы из приемной камеры по центральной скважине и выпуском ее в технологической камере на забой выемочной камеры.

Упрочняют предохранительный целик проходкой и обсадкой радиально направленных наклонных скважин, при этом устья обсадных колонн жестко соединяют с обсадной колонной центральной скважины. Нижние торцы колонн защемляют во вмещающих породах на уровне кровли верхнего этажа.

Искусственное днище приемных камер сооружают установкой радиально с наклоном к центральной скважине металлических конструкций. Конструкции выполняют податливыми относительно вмещающих пород, и нижние концы жестко соединяют с обсадной колонной центральной скважины.

Центральную скважину проходят диаметром больше диаметра периферийных скважин. Разрушение полезного ископаемого в смежной выемочной камере осуществляют после закладки отработанной камеры.

На фиг. 1 изображена схема вскрытия трубки; на фиг. 2 схема расположения скважин в плане; на фиг. 3 схема процесса отработки верхнего этажа; на фиг. 4 разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 схема процесса отработки нижележащих этажей; на фиг. 6 разрез Б-Б на фиг. 5.

Способ поясняется на примере разработки алмазоносной трубки, представленной ксенотуфобрекчиями с высоким содержанием глин и кимберлитового материала. Коэффициент крепости ксенотуфобрекчий по шкале М.М.Протодъяконова составляет 1-3.

Трубку вскрывают центральной скважиной 2 большого диаметра, которую проходят через налегающие породы 3, ксенотуфобрекчии 1 и располагают в центре трубки. Забой скважины 2 размещают на нижнем горизонте выпуска. Скважину обсаживают колонной 4 труб, снабжают задвижкой 5, а затрубное пространство в пределах мощности налегающих пород 3 цементируют. Кроме того трубку вскрывают системой подземных горных выработок: шахтными стволами, квершлагами, штреками и ортами 6, 7. Орт 6 проходят в кровле верхнего этажа, а орт 7 в его основании. Из орта 6 формируют технологическую камеру 8, размещая ее под предохранительным целиком (ПЦ) 9, формируя его в верхнем этаже. Так как ксенотуфобрекчии 1, слагающие ПЦ, слабоустойчивы, последний упрочняют. Для этого с поверхности бурят радиально расположенные наклонные скважины 10, забои которых располагают во вмещающих породах 11. Скважины 10 обсаживают, затрубные пространства цементируют, жестко защемляя обсадные колонны во вмещающих породах в плоскости кровли верхнего этажа. Кроме того устья обсадных колонн жестко соединяют с обсадной колонной 4 скважины 2 большого диаметра. Таким образом обсадные колонны, установленные в скважинах 10, упрочняют ПЦ и являются несущими конструкциями совместно с колонной 4. На участке колонны 4 в пределах высоты технологической камеры 8 устанавливают патрубки 12 с задвижками 13, а также отражатель 14. С поверхности по контакту ксенотуфобрекчий 1 с вмещающими породами 11 бурят скважины 15, которые в пределах мощности налегающих пород 3 обсаживают с цементацией затрубного пространства. Одновременно из орта 7 в основании этажа формируют приемную камеру 16, в кровле которой располагают забои скважин 15. В днище приемной камеры 16 радиально и под углом к обсадной колонне 4 устанавливают металлические конструкции (трубы) 17, один концы которых жестко соединяют с колонной. Вторые концы конструкций 17 устанавливают податливо относительно вмещающих пород 11. Податливость конструкций 17 необходима для центрации обсадной колонны 4 при ее освобождении во время очистных работ в этаже, что повлечет за собой ее продольную деформацию за счет потери устойчивости при значительной высоте этажа. Таким образом, незначительное перемещение колонны 4 вниз приведет к отвесному положению ее продольной оси, а также к заклиниванию конструкций 17 по периметру трубки за счет ее конусности. На конструкциях 17 закрепляют металлические листы 18, создавая искусственное днище с уклоном в сторону колонны 4 для самотечного гидротранспорта пульпы без потерь алмазов. Колонну 4 снабжают задвижкой 19 на уровне подошвы орта 7, трубопроводом 20 для подачи сжатого воздуха с диспергатором 21, который устанавливают ниже приемных окон 22. Затем производят подготовку к очистной выемке, которая включает разделение этажа на выемочные камеры (А-G) 23 секторообразного сечения в плане. Забой 24 обрабатываемой выемочной камеры 23 выполняют с наклоном в сторону периферийных скважин 15. Через скважины 15 подают воду, заполняя последней камеру 16, колонну 4 при закрытой задвижке 19 до подошвы технологической камеры 8. После этого при закрытой задвижке 5 и открытых задвижках 13 по трубопроводу 20 на диспергатор 21 подают сжатый воздух. Сжатый воздух эрлифтирует на начальном этапе воду, а затем пульпу по колонне 4, которая с помощью отражателя 14 подается на забой 24 обрабатываемой камеры 23, самотеком поступает в скважины 15, а затем в приемную камеру 16 и через окна 22 в колонну 4. Таким образом создают замкнутый режим циркуляции пульпы в пределах высоты выемочной камеры 23. Поток пульпы, содержащий твердые компоненты, абразивно разрушает ксенотуфобрекчии. За счет увеличения объема выработанного пространства 25 выемочной камеры 23 и с целью поддержания требуемого затопления эрлифта через скважины 15 производят периодическую подпитку системы циркуляции водой. В выработанном пространстве 25 создают магазин 26 из крупнообломочного материала, в котором происходит дезинтеграция ксенотуфобрекчий. Отработанный сжатый воздух из эрлифта выводят через патрубки 12. После полного отделения ксенотуфобрекчий от массива в пределах контуров выемочной камеры 23 и высвобождения алмазов из кимберлитового материала в магазине 26 задвижку 5 открывают, перекрывая при этом задвижки 13 и патрубок отражателя 14, тем самым пульпу эрлифтируют на обогатительную фабрику. Затем производят закладку выработанного пространства, после чего приступают к отработке смежной камеры с аналогичным повторением последовательности технологических процессов.

После полной закладки выработанного пространства в пределах верхнего этажа производят выемку ксенотуфобрекчий 1, находящихся в охранном целике 27 с созданием технологической камеры 28, при этом кровлей камеры является искусственное днище отработанного вышележащего этажа. В пределах высоты камеры 28 в обсадную колонну 4 врезают отражатель 29, демонтируя при этом отражатель 14. Одновременно осуществляют комплекс подготовительных и нарезных работ, связанных с конструктивным оформлением нижележащего этажа. Для этого из орта 30 осуществляют проходку приемной камеры 31 с установкой в ней искусственного днища по описанной технологической схеме. В колонне 4 устанавливают задвижку 32, а трубопровод 20 наращивают с установкой диспергатора 21 ниже приемных окон 33. Кроме того по контакту ксенотуфобрекчий 1 с вмещающими породами 11 из технологической камеры 28 проходят периферийные скважины 34, располагая их забои в кровле приемной камеры 31. Отработку этажа ведут выемочными камерами с соблюдением описанных процессов. Циркуляцию пульпы в замкнутом режиме осуществляют при закрытых задвижках 5 и 32 и открытых задвижках 13 со сливом пульпы с отражателя 29 на забой отрабатываемой выемочной камеры. Заполнение водой системы циркуляции с последующей подпиткой ее осуществляют через колонну 4 при прекращении подачи сжатого воздуха на диспергатор 21. Удержание и центрация обсадной колонны 4 при отработке нижележащего этажа производится металлическими конструкциями 17 искусственного днища вышележащего этажа.

В том случае, если глубина разработки не позволяет создать требуемое затопление эрлифта для выдачи пульпы с нижележащих этажей на дневную поверхность, удаление пульпы из выемочных камер осуществляют насосным оборудованием, которое устанавливается в ортах с подсоединением всасывающих патрубков к обсадной колонне 4.

Использование изобретения позволит вовлечь в эксплуатацию трубки с высокой эффективностью без нанесения ущерба окружающей среде.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий вскрытие рудного тела скважинами - центральной, проходящей по центру выемочной камеры, и периферийными, проходящими по ее контуру, а также системой подаваемых горных выработок, установку в скважинах обсадных колонн, разделение рудного тела на части, формирование в основании каждой части приемной камеры, подачу рабочего агента по одним скважинам, разрушение полезного ископаемого и транспортирование пульпы по другим скважинам, отличающийся тем, что при извлечении полезного ископаемого из алмазоносных трубок выемочные камеры ограничивают контуром указанных трубок, а разделением трубки на части формируют этажи, в верхнем этаже оставляют и упрочняют предохранительный целик, сооружают в верхней части каждого этажа технологическую камеру, а в приемной камере - искусственное днище, разрушение полезного ископаемого осуществляют поэтапно в выемочных камерах с формированием секторообразного забоя, наклонного в сторону периферийных скважин, причем разрушение полезного ископаемого производят потоком пульпы в замкнутом режиме путем эрлифтирования пульпы из приемной камеры по центральной скважине и выпуском ее в технологической камере на забой выемочной камеры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упрочняют предохранительный целик проходкой радиально направленных наклонных скважин с установкой обсадных колонн, при этом устья обсадных колонн жестко соединяют с обсадной колонной центральной скважины, а нижние торцы колонн защемляют во вмещающих породах на уровне кровли верхнего этажа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что искусственные днища приемных камер сооружают установкой радиально с наклоном к центральной скважине металлических конструкций, при этом конструкции выполняют податливыми относительно вмещающих пород и нижние концы жестко соединяют с обсадной колонной центральной скважины.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что центральную скважину проходят диаметром, большим диаметра периферийных скважин, при этом разрушение полезного ископаемого в смежной выемочной камере осуществляют после закладки отработанной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6