Результат интеллектуальной деятельности: Способ водоотведения при разработке пластовых местрождений по восстанию с внутренним отвалообразованием

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при разработке обводненных наклонных пластовых месторождений.

Разработка наклонных пластовых месторождений осуществляется преимущественно по восстанию со складированием вскрышных пород во внутренние отвалы. При отсутствии внутренних отвалов для водоотведения можно использовать открытый дренаж пород в карьере, а также применять различные дренажные устройства. Внутреннее отвалообразование значительно ограничивает использование дренажа особенно при работе с подвалкой уступов. В таких условиях создание приемлемой схемы водоотвода весьма затруднительно [Проектирование карьеров : Учебник / К.Н. Трубецкой и др. – М. : Высшая школа, 2009, стр. 226].

Известны многочисленные способы осушения и водопонижения при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом с помощью дренажных, водосборных и водоотливных скважин, а также щелей и траншей (SU № 983269, SU № 1448089, SU № 1799418, RU № 2187649, RU № 2269652, RU № 2293819, RU № 2293819, RU № 2337244, RU № 2382866, RU № 2627054 и др.).

Однако все эти способы требуют создания специальных выработок (щелей, скважин, траншей), предусматривают дополнительные работы и затраты, что при открытой разработке пластовых месторождений с достаточно простыми горнотехническими условиями залегания запасов экономически нецелесообразно.

Кроме того, в описанных способах сброс карьерных вод, не используемых для водоснабжения, в большинстве случаев осуществляется на поверхность или направляется в специально устраиваемые пруды-аккумуляторы (накопители) либо в отстойники. В связи с этим увеличивается негативное воздействие на гидрологическую сеть, растет землеемкость горных работ и одновременно истощаются ресурсы подземных вод.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ внутреннего отвалообразования обводненных пород (SU № 1049662, МПК Е21С 41/00, Е21F 16/00, опубликовано 23.10.1983), включающий формирование отвала заходками, устройство ниже уровня основания отвала вдоль его фронта поочередно в каждой заходке водосборных зумпфов и последующую откачку воды из зумпфов.

Данный способ разработки обеспечивает водоотведение при подвигании фронта работ по восстанию с формированием отвалов в выработанном пространстве. Однако данный способ требует создания на поверхности накопителей или очистных сооружений для откачиваемых карьерных вод.

Изобретение направлено на повышение экологической чистоты горных работ за счет предотвращения сброса карьерных вод на поверхность и уменьшение землеемкости горных работ путем исключения очистных сооружений за пределами выработанного пространства.

Технический результат заключается в отведении карьерных вод через массив рыхлых отложений с пополнением ресурсов подземных вод.

Технический результат достигается тем, что в способе внутреннего отвалообразования обводненных пород, охарактеризованном в формуле изобретения, включающим формирование отвала заходками, устройство ниже уровня основания отвала вдоль его фронта поочередно в каждой заходке водосборных зумпфов и последующую откачку воды, согласно изобретению при формировании отвала первой заходки между нижним бортом выработки и откосом отвала оставляют пазуху, а последующую откачку воды производят в пазуху. При этом пазуху формируют глубиной – Н, обеспечивающей самотечное удаление карьерных вод через рыхлые отложения и устанавливаемой из формулы Дарси:

Н = Q / В × i × К_ф,

где Q – расход карьерных вод, м³/ч;

В – длина карьера (пазухи) вдоль нижнего борта, м;

i – продольный уклон местности;

К_ф – коэффициент фильтрации рыхлых отложений, м/сут.,

а на внешний откос отвала первой заходки (со стороны борта выработки) укладывают водонепроницаемый экран. Для создания пазухи расчетных параметров при необходимости увеличивают ширину разрезной траншеи и уменьшают ширину первой заходки.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

В предложенном техническом решении намечено отводить карьерные воды через ранее осушенный массив горных пород (рыхлых отложений) путем создания водоема вдоль нижнего борта выработки в пазухе между ним и отвалом первой заходки.

В настоящее время известен способ восстановления гидрологических режимов горнодобывающих предприятий (RU № 2293819), включающий прием и сбор притока, поступающего в зону горных работ из депрессионной воронки, его очистку, аккумуляцию в водосборнике и подачу в водоносный пласт за границей депрессионной воронки.

Указанный способ позволяет восстановить гидрологический режим местности, однако это осуществляется за пределами депрессионной воронки. В предложенном техническом решении сброс карьерных вод осуществляется в пределах зоны осушения карьера.

Известен способ формирования отвала в виде артезианского водохранилища (RU № 2392437), при котором на поверхности отвала создается водоем. Однако в этом техническом решении предусмотрены меры по предотвращению утечек из этого водоема. В предложенном техническом решении из создаваемого в пазухе водоема предусмотрены фильтрационные утечки через массив горных пород.

Таким образом, из уровня техники выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с некоторыми отличительными признаками заявляемого изобретения, однако неизвестно влияние этих признаков на указанный заявителем технический результат, что подтверждает соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. представлен продольный разрез карьера по восстанию согласно формуле изобретения,
где 1 – пластовое полезное ископаемое;

2 – вскрышные породы;

3 – поверхность месторождения;

4 – борт карьера;

5 – внешний отвал;

6 – внешний откос отвала первой заходки;

7 – пазуха между бортом карьера и отвалом;

8 – рыхлые отложения, перекрывающие пласт полезного ископаемого;

9 – водонепроницаемый экран;

10 – водосборный зумпф;

11 – дно карьера;

12 – насосная станция;

13 – водоем в пазухе.

Способ, описанный в формуле изобретения, осуществляется следующим образом.

Вскрытие запасов полезного ископаемого – 1 пластового месторождения осуществляется с использованием разрезной траншеи, пройденной вдоль нижней границы карьерного поля. Пустые породы – 2 из разрезной траншеи складируются на поверхности месторождения – 3 у борта карьера – 4 с отсыпкой внешнего отвала – 5. Отсыпка вскрышных пород с первой заходки осуществляется в выработанное пространство, созданное при проходке разрезной траншеи. При этом между бортом выработки – 4 и откосом отвала первой заходки – 6 создается пазуха – 7. Глубина пазухи устанавливается с учетом обеспечения самотечного удаления карьерных вод через рыхлые отложения – 8 и рассчитывается с использованием формулы Дарси. На внешнем откосе отвала первой заходки – 6 создается водонепроницаемый экран – 9, например, из глинистых пород. При большой мощности вскрышных пород для создания пазухи расчетных параметров при необходимости увеличивают ширину разрезной траншеи и уменьшают ширину первой заходки.

При отработке второй и последующих заходок с созданием водосборных зумпфов – 10 ниже уровня основания отвала (дна карьера) – 11 с использованием насосной станции – 12 карьерные воды откачиваются в пазуху – 7 с созданием водоема – 13. Из водоема карьерные воды путем фильтрации через рыхлые отложения – 8 дренируют по падению местности, обеспечивая восполнение ресурсов подземных вод.

В созданном водоеме имеются условия для осаждения илистых частиц, а фильтрацией через рыхлые отложения обеспечивается очистка карьерных вод от нефтепродуктов и тонкодисперсных глинистых частиц.