Способ разработки кимберлитовых месторождений

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых, преимущественно кимберлитовых трубок, при их доработке после выемки запасов из верхней части открытым способом.

Известен способ подземной разработки методом выбуривания руды с формированием цилиндрических выработок проходкой с верхнего бурового этажа пилотной скважины диаметром 250-300 мм на высоту этажа. В нижней его части, на доставочном горизонте, к буровому ставу присоединяют расширитель до 3-5 м и обратным ходом разбуривают скважину до проектных размеров. После отработки камеры ее заполняют твердеющей закладкой [1].

Недостатками данного способа являются ненадежная защита от разрушающего воздействия на разрабатываемый массив и материал закладки агрессивных природных рассолов, вскрываемых при разработке водоносных горизонтов, низкая интенсивность ведения добычных работ.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых выбуриванием керна большого диаметра, включающий вскрытие полезного ископаемого, предварительное бурение вспомогательной скважины малого диаметра и основной скважины большого диаметра с выбуриванием керна, отделение керна от массива, его подъем на поверхность и последующую отгрузку. Выемочное поле разбивают на сетку с ромбическими ячейками, стороны и короткая диагональ которых равны диаметру основной скважины, в узлах этой сетки бурят вспомогательную скважину диаметром не менее 93-112 мм, намечают параметры режима бурения по прочности и трещиноватости керна, затем с извлечением керна бурят основную скважину большого диаметра, концентричную вспомогательной скважине [2].

Недостатками данного способа являются ненадежная защита от разрушающего воздействия на разрабатываемый массив и материал закладки агрессивных природных рассолов, вскрываемых при разработке водоносных горизонтов, низкая интенсивность ведения добычных работ.

Известен способ предотвращения затопления калийных рудников, включающий бурение скважин с поверхности до верхнего контакта водопроводящего канала между водоносным горизонтом и горными выработками и закачку тампонажного раствора. После установления связи рассолопроявления в горной выработке с надсолевыми водами в районе нарушения водозащитной толщи бурят с поверхности и обсаживают трубами две скважины с установкой в них фильтров на уровне рассольного горизонта и с расстоянием между скважинами, определяемым параметрами располагающейся между ними зоны нарушения водозащитной толщи и варьируемым в пределах 10-100 м, затем определяют уровни рассола в скважинах и в ту из скважин, которая находится выше по потоку, осуществляют закачку тампонажного раствора, а из другой осуществляют откачку рассола, при этом закачку тампонажного раствора и откачку рассола начинают одновременно и ведут непрерывно с постоянными дебитами, но с превышением дебита откачки над дебитом закачки в 2-4 раза, чем осуществляют гидродинамическую изоляцию обрабатываемого объема пласта [3].

Недостатком этого способа является повышение затрат на откачку рассола, снижающее рентабельность производства и эффективность разработки месторождений.

Известна технология добычи алмазов на месторождении «Мир» - после отработки открытым способом до глубины 525 м - подземным способом под защитой системы «сухой» консервации. Процесс отработки включает засыпку крупнообъемным материалом полотна карьера, создание грунтово-пленочного экрана и заглубленного карьерного водоотлива на отметке - 141 абс. м. Консервация рудного тела производится путем формирования на полотне трехслойной толщи общей мощностью ~ 50 м, включающей грубообломочные долериты, суглинистую подушку и непроницаемую пленку толщиной 2 мм. Наиболее перспективным для защиты подземных выработок трубки «Интернациональная» от затопления является комбинированный способ, заключающийся в водопонижении из дренажного горизонта и сооружении водозащитной системы, ограждающей трубку и подготовительные выработки, путем тампонажа. Для предварительного снижения напора в водоносном комплексе предлагается использовать систему наклонно-восстающих скважин, заложенных по рудному телу с горизонта - 145 абс. м. Отвод дренажных вод также может осуществляться с помощью дренажных труб [4-5].

Недостатками способов являются многооперационность, повышение затрат на сооружение системы «сухой» консервации, включающей большой объем слоевых закладочных работ, или систему наклонно-восстающих скважин. Данные обстоятельства увеличивают эксплуатационные затраты и снижают рентабельность производства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ разработки месторождений полезных ископаемых выбуриванием керна большого диаметра, включающий проходку вспомогательной скважины малого диаметра, ввод устройства для отрыва керна с одновременным прохождением скважины большого диаметра колонковым буром. Отрыв керна проводят подачей под большим давлением буровой жидкости или комбинируют подачу жидкости под более высоким давлением с применением взрывчатых веществ [6].

Недостатком этого способа является недостаточно надежная защита от разрушающего воздействия на разрабатываемый массив и материал закладки агрессивных природных рассолов, вскрываемых при разработке водоносных горизонтов, низкая интенсивность ведения добычных работ.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности разработки рудных месторождений алмазов с обеспечением безопасности и кристаллосбережения алмазов высокой ценности посредством учета выявленных закономерностей изменения свойств горных пород, выполнения геомеханического анализа состояния очистных выработок и прогноза их устойчивости на начальной стадии подземной разработки, проведение наблюдений за деформациями и разрушением приконтурного массива, а также использование щадящих способов воздействия на кристаллы, позволяющих сохранить целостность алмазов различной крупности и ценности.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе разработки кимберлитовых месторождений, включающем вскрытие полезного ископаемого, опережающее бурение вспомогательных скважин малого диаметра с последующим их расширением колонковым буром большого диаметра с щадящей выемкой разрушаемого при этом кимберлита с помощью зарядов ВВ, его подъем на поверхность и последующее дробление и дезинтеграцию, с целью повышения эффективности и безопасности способа путем увеличения интенсивности выемки полезного ископаемого и предотвращения карстообразования в кимберлитах и вмещающих породах и их локального размыва первоначально осуществляют геомеханический анализ состояния массива и прогноз его устойчивости на начальной стадии подземной разработки, проведение наблюдений за деформациями и разрушением приконтурного массива, производят механическим способом селективную выемку руд, содержащих преимущественно алмазы ювелирного класса, концентрическими панелями по контуру залежи, начиная от ее приконтурных участков, с оставлением между формируемыми при этом первичными камерами междукамерных целиков, устанавливают вертикально в сформированных первичных камерах дренажные трубы для перепуска рассолов водоносных горизонтов из зоны ведения добычных работ в нижние водоносные горизонты, после чего закладывают сформированные первичные камеры твердеющей смесью, подготовленной на основе хвостов обогащения, и осуществляют выемку руды междукамерных целиков путем щадящей взрывной подготовки взрывом зарядов ВВ, размещаемых в скважинах малого диаметра и выпуском дезинтегрированной взрывом руды на доставочный горизонт, при этом щадящее взрывное воздействие на кристаллы алмазов обеспечивают тем, что заряды ВВ помещают в капсулы с рассолами водоносных горизонтов или с искусственно приготовленными растворами, а в центральной осевой части зарядов ВВ размещают тонкостенные пластиковые трубки с рассолами водоносных горизонтов или с искусственно приготовленными растворами, а устойчивость массива обеспечивают закладкой формируемых вторичных камер междукамерных целиков послойно твердеющей смесью и хвостами сепарации кимберлитов с размещением горизонтально во вторичных камерах, формируемых при выемке междукамерных целиков, дренажных труб.

Совершенствование систем подземной разработки кимберлитовых трубок, осуществляемое формированием требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами, позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

Способ разработки кимберлитовых месторождений изображен на чертежах.

На фиг. 1 - общая схема разработки кимберлитового месторождения; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - капсулы зарядов ВВ с рассолами.

Способ разработки кимберлитовых месторождений выполняется посредством опережающего бурения с помощью бурового станка 1 вспомогательных скважин малого диаметра 2 и последующим их расширением колонковым буром 3 формированием скважин большого диаметра 4 с щадящей выемкой разрушаемого при этом кимберлита, его подъем на поверхность 5 и последующее дробление и дезинтеграцию. Первоначально осуществляют геомеханический анализ состояния массива 6 и прогноз его устойчивости на начальной стадии подземной разработки, проведение наблюдений за деформациями и разрушением приконтурного массива 7. Производят механическим способом селективную выемку руд, содержащих преимущественно алмазы ювелирного класса, концентрическими панелями 8 по контуру залежи 9, начиная от ее приконтурных участков 10, с оставлением между формируемыми при этом первичными камерами 11 междукамерных целиков 12. Устанавливают вертикально 13 в сформированных первичных камерах 11 дренажные трубы 14 для перепуска рассолов водоносных горизонтов 15 из зоны 16 ведения добычных работ в нижние водоносные горизонты 17. Закладывают сформированные первичные камеры 11 твердеющей смесью 18, подготовленной на основе хвостов обогащения и осуществляют выемку руды междукамерных целиков 12. Заряды ВВ 19 размещают в скважинах малого диаметра 2. Выпуск дезинтегрированной взрывом руды осуществляется на доставочный горизонт 20. Заряды ВВ 19 помещают в капсулы 21 с рассолами водоносных горизонтов 15 или с искусственно приготовленными растворами 22. В центральной осевой части 23 зарядов ВВ 19 размещают тонкостенные пластиковые трубки 24 с рассолами водоносных горизонтов 15 или с искусственно приготовленными растворами 22. Устойчивость массива 6 обеспечивают закладкой формируемых вторичных камер 25 междукамерных целиков 12 послойно твердеющей смесью 26 и хвостами сепарации кимберлитов 27 с размещением горизонтально 28 во вторичных камерах 25 междукамерных целиков 12 дренажных труб 29.

Способ разработки кимберлитовых месторождений выполняется следующим образом.

После отработки верхней части кимберлитового месторождения с помощью бурового станка 1 производится опережающее бурение вспомогательных скважин малого диаметра 2 и последующее их расширение колонковым буром 3 с формированием скважин большого диаметра 4 и щадящей выемкой разрушаемого кимберлита. Осуществляют подъем кимберлита на поверхность 5 и последующее дробление и дезинтеграцию. С целью повышения эффективности и безопасности способа путем увеличения интенсивности выемки полезного ископаемого и предотвращения карстообразования в кимберлитах и вмещающих породах и их локального размыва первоначально осуществляют геомеханический анализ состояния массива 6 и прогноз его устойчивости на начальной стадии подземной разработки. Осуществляют наблюдение за деформациями и разрушением приконтурного массива 7. Производят механическим способом селективную выемку руд, содержащих преимущественно алмазы ювелирного класса, концентрическими панелями 8 по контуру залежи 9, начиная от ее приконтурных участков 10. Между формируемыми первичными камерами 11 оставляют междукамерные целики 12. Устанавливают вертикально 13 в сформированных первичных камерах 11 дренажные трубы 14 для перепуска рассолов водоносных горизонтов 15 из зоны 16 ведения добычных работ в нижние водоносные горизонты 17. Закладывают сформированные первичные камеры 11 твердеющей смесью 18, подготовленной на основе хвостов обогащения. Осуществляют выемку руды междукамерных целиков 12 посредством щадящей взрывной подготовки взрывом зарядов ВВ 19, размещаемых в скважинах малого диаметра 2. Щадящее взрывное воздействие на кристаллы алмазов обеспечивают тем, что заряды ВВ 19 помещают в капсулы 21 с рассолами водоносных горизонтов 15 или с искусственно приготовленными растворами 22. В центральной осевой части 23 зарядов ВВ 19 размещают тонкостенные пластиковые трубки 24 с рассолами водоносных горизонтов 15 или с искусственно приготовленными растворами 22. Выпуск дезинтегрированной взрывом руды осуществляется на доставочный горизонт 20. Устойчивость массива 6 обеспечивают закладкой формируемых вторичных камер 25 междукамерных целиков 12 послойно твердеющей смесью 26 и хвостами сепарации кимберлитов 27 с размещением горизонтально 28 во вторичных камерах 25, формируемых при выемке междукамерных целиков 12, дренажных труб 29.

Способ повышает эффективность разработки кимберлитовых месторождений алмазов с обеспечением безопасности и кристаллосбережения алмазов высокой ценности посредством учета выявленных закономерностей изменения свойств горных пород, выполнения геомеханического анализа состояния очистных выработок и прогноза их устойчивости на начальной стадии подземной разработки, а также использования щадящих способов воздействия на кристаллы, позволяющих сохранить целостность алмазов различной крупности и ценности.

Источники информации

1. Бородин А.А. О возможности выемки кимберлитовой руды вертикальными цилиндрическими выработками [Текст]. / А.А. Бородин, Н.П. Бородин, А.А. Бородин // Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы: сб. докл. / Международная научно-практическая конференция «Мирный-2001: 1-9 июля 2001 г. - М., Издательский дом «Руда и металлы», 2002. - С. 339-345.

2. Патент РФ №2461712. Способ разработки месторождений полезных ископаемых выбуриванием керна большого диаметра / Бураков A.M., Ермаков С.А., Панишев С.В., Федоров Л.Н., опубл. 20.09.2012, бюл. №26.

3. Патент РФ №2133342. Способ предотвращения затопления калийных рудников Папулов Л.М.; Николаев А.С.; Белкин В.В., опубл. 20.07.1999.

4. Дроздов А.В., Крамсков Н.П., Гензель Г.Н. Особенности гидрогеомеханического мониторинга под водными объектами на алмазных месторождениях западной Якутии / Вестник ИрГТУ, №1(48), 2011, С. 72-79.

5. Алмазный рудник ARGYLE в Австралии http://www.miningexpo.ru

6. А.с. 67474 СССР. Способ отрыва керна после проходки колонковым буром [Текст]. / Г.И. Булах (СССР). - №30-46 (343046); заявл. 19.02.1946; опубл. 31.12.1946.