Способ комплексного освоения и использования недр
Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к комплексному освоению и использованию недр месторождений полезных ископаемых. На отработанном участке рудного поля определяют две группы камер для их закладки разделенными по фракциям отходами производства, определяют направление и последовательность закладки камер, поток отходов горного производства, направляемый в хвосты, разделяют на песковую и пульповую фракции, образуя закладочный материал, и каждый поток раздельно направляют в камеры, предназначенные для заполнения. При полном заполнении двух смежных разделенных целиком камер водонасыщенной песковой закладкой производят максимально допустимую по горным условиям устойчивости целика частичную отработку межкамерных целиков, образованных парами камер (вторичных камер), при этом фронт добычных работ продвигают по мере заполнения смежных пар камер закладочным материалом, частичную отработку целиков вторичными камерами ведут с отбойкой руды параллельными скважинами или веерами скважин из горизонтальных или восстающих выработок, кроме того, при отработке целиков вторичными камерами, симметрично относительно их продольной оси, вынимают долю запасов, равную по величине относительному приросту несущей способности целика за счет двухстороннего бокового распора от закладочного материала в заполненных камерах. Целью изобретения является снижение потерь полезных ископаемых за счет отработки целиков повторными камерами, снижение финансовых затрат на создание хвостохранилища, транспортировку отходов производства в хвосты и использование оборотной воды. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к комплексному освоению и использованию недр месторождений полезных ископаемых.
Известен способ разработки месторождений, заключающийся в отработке полезных ископаемых с последующей закладкой выработок [1]. Недостатком данного способа является необходимость подготовки специального закладочного материала и создание хвостохранилищ для отходов горного производства. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ освоения месторождений полезных ископаемых, заключающийся в отработке полезных ископаемых слоями или камерами с оставлением целиков с последующей их закладкой породой и созданием на поверхности земли хвостохранилища [2]. Недостатком данного способа является потеря полезных ископаемых в целиках, спецзакладка, а также необходимость создания на поверхности земли хвостохранилища для отходов на значительном расстоянии от горно-обогатительного производства. Целью изобретения является снижение потерь полезных ископаемых за счет отработки целиков повторными камерами, снижение финансовых затрат на создание хвостохранилища, транспортировку отходов производства в хвосты и использование оборотной воды. Указанная цель достигается тем, что на отработанном участке рудного поля определяют две группы камер для их закладки разделенными по фракциям отходами производства, определяют направление и последовательность закладки камер, поток отходов горного производства, направляемый в хвосты, разделяют на песковую и пульповую фракции, образуя закладочный материал, и каждый поток раздельно направляют в камеры, предназначенные для заполнения; при этом каждую группу из двух групп камер формируют в подгруппы для заполнения определенным видом фракции, для песковой фракции камеры определяют преимущественно попарно состыкованными между камерными целиками, а камеры для пультовой фракции выбирают кассетно, состыкованными общими междукамерными целиками, образуя цепочку камер, в верхней части целиков проходят выработку, соединяющую камеры, или производят разрыхляющий взрыв, определяют начало и конец цепочки камер и производят закладку, песковую фракцию в виде мокрого песка направляют для отстоя в камеры с непроницаемыми для воды бортами, заполняя их послойно, оставляют отстояться после осаждения и уплотнения закладки, образовавшуюся на поверхности воду откачивают и пускают в оборот, а на образовавшийся слой водонасыщенной песковой закладки загружают следующий слой песковой фракции и цикл повторяют до полного заполнения камер песковой фракцией с полным насыщением водой ее внутренних пустот, разделение закладки на фракции и заполнение камер производят непрерывно, при этом в кассетной части рудного поля пульповую фракцию направляют в начало цепочки камер, первую камеру полностью заполняют и через перелив в виде выработки или взрыхленной породы частично отстоявшаяся пульповая фракция перетекает в следующие камеры, постепенно их заполняя, в момент заполнения камер частички пульповой фракции осаждаются, отстаиваясь, и заполняют камеры однородным закладочным материалом, повышая несущую способность междукамерных целиков, при этом в каждую последующую камеру пульпа переливается, отфильтровываясь от более крупных частиц фракций закладочного материала, либо через взрыхленные взрывом породы перелива, либо через уложенные в выработке перелива куски породы, из последней в цепочке камеры воду откачивают и пускают в оборот, после заполнения первой в цепочке камеры всю цепочку цикла перемещают на одну камеру вперед; при полном заполнении двух смежных разделенных целиком камер водо-насыщенной песковой закладкой производят максимально допустимую по горным условиям устойчивости целика частичную отработку межкамерных целиков, образованных парами камер (вторичных камер), при этом фронт добычных работ продвигают по мере заполнения смежных пар камер закладочным материалом, частичную отработку целиков вторичными камерами ведут с отбойкой руды параллельными скважинами или веерами скважин из горизонтальных или восстающих выработок, кроме того, при отработке целиков вторичными камерами, симметрично относительно их продольной оси, вынимают долю запасов, равную по величине относительному приросту несущей способности целика за счет двухстороннего бокового распора от закладочного материала в заполненных камерах, при этом в благоприятных геологических условиях отрабатываемая вторичная камера имеет в вертикальном сечении форму равносторонней трапеции с нижним основанием (Мо) равным:


При наличии в целиках геологических нарушений, осложняющих их отработку, создается дополнительный запас прочности целиков путем придания вторичным камерам формы прямоугольных щелей, высота (hi) и ширина (bi) которых всегда должны удовлетворять условию:

Для повышения безопасности работ и устойчивости кровли отрабатываемой камеры верхней поверхности вторичной камеры придают форму свода в крест обоим горизонтальным осям ее сечения с углом наклона образующей, превышающим угол естественного откоса при растекании закладочного материала, для откачки воды из последней и предпоследней камер кассетной цепочки образуют систему сообщающихся сосудов, в последнюю камеру цепочки с поверхности земли пробуривают две скважины, водозаборную и компрессионную, устанавливают в них трубы или используют существующие трубопроводы, герметизируют их, нижний конец водозаборной трубы располагают ниже уровня забора воды в камере, а верхний конец подключают к водоотводной магистрали, компрессорную трубу подсоединяют к компрессору, создают в камере добавочное избыточное воздушное давление и поднимают воду на поверхность в магистраль методом артезианских скважин и пускают ее в оборот. В случае, когда отработка междукамерных целиков является неперспективной, в отработанные камеры в качестве закладочного материала общим потоком без разделения заливают пульповую и песковую фракции отходов производства, образуя кассетное хвостохранилище, а очищенную воду пускают в оборот. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 (а, б) показан механизм гравитационного разделения твердой и жидкой фаз хвостов при создании подземного хвостохранилища. На фиг.2 показана технологическая схема отработанного участка рудного поля при создании подземного хвостохранилища. На фиг. 3 показана схема подземного хвостохранилища с системой оборота воды. На фиг.4 приведена система водозабора, на фиг.5 (а и б) приведены технологические схемы отработки целиков. На фиг.6 приведена примерная схема и направление отработки междукамерных целиков в процессе закладки камер. Система комплексного использования и освоения недр содержит устройство разделения хвостов отходов производства на песковую и пульповую фракции, например, гидроциклон 1, камеры 2 для песковой фракции (тип А), камеры 3 (тип Б) для пульповой фракции, образующие цепочку для осветления оборотной воды, выработки переливы 4 с кусками породы в них и выработки переливы 5, выполненные разрыхляющим взрывом, куски-препятствия 6, выполненные из крупных кусков породы и уложенные в переливах 4, труба водозабора 7 для откачки оборотной воды 8 (1-й вариант), водоотводная магистраль 9 с насосной станцией 10 для отвода оборотной воды 8, осажденный закладочный материал 11, поток песковой фракции 12, поток пульповой фракции 13, каналы 14 для заполнения камер 2 и 3 фракциями, выработка 15 в системе сообщающихся сосудов водозабора, представляющего собой предпоследнюю Бn-1 и последнюю Бn камеры 3 в кассете камер хвостохранилища, разделенных общим междукамерным целиком. В последней камере (Бn), во втором варианте, бурят компрессионную скважину с установленной в ней трубой 16, подключенной к компрессорной станции 17 для создания избыточного давления (Pk) в надводном пространстве камеры Бn. Для повышения давления в водозаборной камере Бn свод камеры может быть обработан воздухонепроницаемым материалом, что позволит поднять суммарное давление (





где В - ширина междукамерного целика, м;
Кр > 1 - коэффициент увеличения несущей способности междукамерного целика за счет бокового подпора при заполнении отработанных камер гидравлическим материалом с объемной плотностью

высота трапеции определяется по формуле:
hi = H hц,
где Н - высота междукамерного целика, м;
hц - толщина потолочины, принимаемая по условиям геомеханической безопасности, м;
угол наклона боковых сторон, определяемый из условия:

При наличии в целиках геологических нарушений, осложняющих их отработку, создается дополнительный запас прочности целиков путем придания вторичным камерам формы прямоугольных щелей, высота (hi) и ширина (bi) которых всегда должны удовлетворять условию:

Примеры технологической схемы отработки междукамерных целиков (МКЦ) представлены на фиг.5. Подготовительные работы включают: проходку разрезного штрека по оси целика, его расширение до проектной ширины вторичной камеры, проходку вертикального восстающего на вентиляционный горизонт. Очистные работы включают: разделку восстающего в отрезную щель до проектной ширины вторичной камеры, обуривание вертикальными параллельными или веерными скважинами рудного массива на высоту вторичной камеры и их поэтапную отбойку. При этом оформляемая кровля вторичной камеры должна иметь углы наклона от восстающего к краевым ее границам не менее 10o, обеспечивающие последующее полное, гарантированное заполнение ее песковой фракцией через восстающий с вентиляционного горизонта. Отгрузка руды из камеры производится самоходной электрической ПДМ с дистанционным управлением в образованный в панельном (охранном) целике с откаточного штрека наклонный рудоспуск (бункер) емкостью 30-40 м3 и оборудованный ВДПУ. Доставку ПДМ на отметку подсечки целиков осуществляют через съезды с откаточных штреков и по образованным в панельном целике, параллельно откаточным, штрекам. Возможен вариант высокопроизводительной отработки целиков на плоское днище с использованием очистного и проходческого монорельсовых комплексов КОВ-25 и ПВ-1000, с отбойкой горизонтальными или наклонными веерными скважинами с высокой механизацией нарезных и очистных работ. Ориентировочный расчет показывает, что из целиков можно извлечь до 30-40% запасов, а общее количество целиков, подлежащих частичной отработке составляет до 60-70% от их общего числа с учетом отчуждения камер и целиков для создания подземных хвостохранилищ хвостового слива. Важнейшим фактором, определяющим пригодность и возможность применения разработок в горном деле, является непременное обеспечение безопасности горных работ. Выполненные в целиках камеры в форме сводчатых арок и заполненные гарантированно под кровлю песчаной фракцией хвостов являются, как известно, одной из самых устойчивых конструкций. Для этого верхней поверхности свода вторичной камеры 19 придают форму свода в крест по направлению обоих горизонтальных осей с углом наклона образующей, превышающим угол естественного откоса при растекании закладочного материала. В случае, когда отработка целиков считается неперспективной, в отработанных камерах можно создавать хвостохранилища для хранения отходов любого производства, в том числе токсичных и радиоактивных. После отработки вторичных камер 19 их заполняют песковой фракцией 12 через специально выполненные каналы 21. Источники информации
1. Именитов И.Р. "Технология, механизация и организация производственных процессов при подземной разработке рудных месторождений". Москва, изд. "Недра", 1973, с. 283-286
2. Там же. С. 180-181 (прототип).
Формула изобретения

а нижнее основание которой определяют по формуле

где Н - высота междукамерного целика, м;
hц - толщина потолочины, принимаемая по условиям геомеханической безопасности, м;
В - ширина междукамерного целика, м;
Кр > 1 - коэффициент увеличения несущей способности междукамерного целика за счет бокового подпора при заполнении отработанных камер гидравлическим материалом с объемной плотностью


где hi - высота;
bi - ширина вторичной камеры. 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что верхней поверхности вторичной камеры придают вкрест обоим горизонтальным осям ее сечения форму свода с углом наклона образующей, превышающим угол естественного откоса при растекании закладочного материала. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из последней и предпоследней камер кассетной цепочки образуют систему сообщающихся сосудов, в последнюю камеру цепочки с поверхности земли пробуривают две скважины, водозаборную и компрессионную, устанавливают в них трубы или используют существующие трубопроводы, герметизируют их, нижний конец водозаборной трубы располагают ниже уровня забора воды в камере, а верхний конец подключают к водоотводной магистрали, компрессорную трубу подсоединяют к компрессору, создают в камере избыточное добавочное воздушное давление и поднимают воду на поверхность в магистраль методом артезианских скважин и пускают ее в оборот. 7. Способ по любому из пп. 1 и 6, отличающийся тем, что в отработанные камеры в качестве закладочного материала общим потоком без разделения заливают пульповую и песковую фракции отходов производства, образуя кассетное хвостохранилище, а очищенную воду пускают в оборот.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6