Результат интеллектуальной деятельности: Способ послойной разработки сложноструктурных месторождений кимберлитов

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки сложноструктурных месторождений кимберлитов, содержащих руды разной прочности и ценности.

Известен способ селективной разработки алмазосодержащих руд, включающий оконтуривание участков однородных по ценности и физико-механических свойствам руд, отработку технологических зон руд низкой ценности экскаватором после предварительной буровзрывной подготовки, рыхление технологических зон руд высокой ценности бульдозерно-рыхлительными агрегатами с последующим разупрочнением разрыхленной руды в котловане, заполненным высокоминерализованным рассолом [1].

Недостатками способа являются снижение качества кристаллосырья в результате проведения взрывных работ, а также механического рыхления ценных кимберлитовых руд без их предварительного щадящего разупрочнения.

Известна технологическая схема разработки месторождений кимберлитов с применением карьерных комбайнов с отсыпкой добытой комбайном руды через разгрузочный конвейер в штабель, опробованная на Аляске (США) [2].

Одним из отмеченных недостатков технологической схемы является налипание горной массы на конвейерную ленту комбайна в период оттепелей, что затрудняет его работу. Кроме того, механическое рыхление участков ценных кимберлитовых руд без их предварительного щадящего разупрочнения не обеспечивает достаточную сохранность алмазов высокой ценности.

Известен способ разработки рудных месторождений алмазов с применением селективной подготовки горных пород к выемке, заключающийся в бурении скважин преимущественно в зоне с повышенным содержанием алмазов высокой ценности с последующим щадящим ослаблением массива посредством электрогидравлического устройства, инъектирующего активную жидкостно-газовую смесь природного рассола в массив. После щадящего ослабления руды производится ее выемка путем разбуривания скважины расширителем [3].

Способ не рационально использовать при выемке кимберлитовых руд рядовой ценности в связи с низкой производительностью и высокой себестоимостью работ.

Известен способ разработки сложноструктурных угольных месторождений с применением комбайна с рабочим органом с поворотными дисками для изменения шага расстановки резцов с целью снижения переизмельчения добываемого угля. При этом прочные породные пропластки отрабатываются рабочим органом с частой расстановкой резцов с малым шагом, а для отработки менее прочного угольного пласта применяется редкая расстановка резцов с большим шагом [4].

Недостатком данного способа применительно к отработке месторождений кимберлитов является снижение качества кристаллосырья в результате механического рыхления участков ценных кимберлитовых руд без их предварительного разупрочнения.

Наиболее близким по технологической и технической сущности является способ послойной разработки сложноструктурных месторождений твердых полезных ископаемых, включающий фрезерование массива слоями фиксированной ширины с применением автоматической системы контроля и оценки кондиционности руды с предварительной дифференциацией массива при послойной отработке на зоны с различными качественными и физико-механическими характеристиками руд, формирование рудной массы управляемого гранулометрического состава с применением фрезерной машины с рабочим органом, дифференцированную отгрузку рудной массы погрузчиком в автосамосвалы [5-6].

Недостатком данного способа применительно к отработке месторождений кимберлитов является снижение качества кристаллосырья в результате механического рыхления участков ценных кимберлитовых руд без их предварительного щадящего разупрочнения.

Технический результат заключается в увеличении производительности и технологической эффективности за счет обеспечения селективности выемки кимберлитовых руд с учетом их ценности и прочностных свойств, а также повышения сохранности алмазов в процессе выемки кимберлитовых руд.

Технический результат достигается тем, что в способе послойной разработки сложноструктурных месторождений кимберлитов, включающем фрезерование массива слоями фиксированной ширины с применением автоматической системы контроля и оценки кондиционности руды с предварительной дифференциацией массива при послойной отработке на зоны с различными качественными и физико-механическими характеристиками руд, формирование рудной массы управляемого гранулометрического состава с применением фрезерной машины с рабочим органом с поворотными дисками для изменения шага расстановки резцов, бурение скважин в зонах с повышенным содержанием алмазов высокой ценности с обеспечением щадящего ослабления массива посредством электрогидравлического устройства, инъектирующего активную жидкостно-газовую смесь природного рассола в массив, дифференцированную отгрузку рудной массы погрузчиком в автосамосвалы, в зависимости от полученных данных эксплуатационной разведки проводится дополнительная дифференциация массива по прочности на зоны с невысокой прочностью руд и зоны с относительно высокой прочностью руд, и - по ценности - на зоны с повышенным содержанием алмазов высокой ценности, зоны со средней ценностью руд и зоны с низкой ценностью руд, при этом щадящее ослабление зон с относительно высокой прочностью руд и повышенным содержанием алмазов высокой ценности осуществляется посредством бурения скважин на малом расстоянии с последующей предварительной пропиткой массива природным рассолом через скважины под напором перед инъектированием электрогидравлическим устройством, а для щадящего ослабления зон с невысокой прочностью руд и повышенным содержанием алмазов высокой ценности скважины бурятся на увеличенном расстоянии, при этом отработка зон с невысокой прочностью и средней ценностью руд ведется рабочим органом фрезерной машины с резцами, повернутыми на большой шаг расстановки, а разработка зон с относительно высокой прочностью и средней ценностью руд, а также зон с низкой ценностью руд ведется рабочим органом с резцами, повернутыми на малый шаг расстановки, при этом выемка ослабленных целиков зон с повышенным содержанием алмазов высокой ценности ведется погрузчиком с ковшом, оборудованным козырьком.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

На фиг. 1 - схема дифференциации массива по прочности и ценности руд; на фиг. 2 - схема отработки сложноструктурного месторождения кимберлитов; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2, резцы повернуты на малый шаг расстановки; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2, резцы повернуты на большой шаг расстановки.

Способ послойной разработки сложноструктурных месторождений кимберлитов включает предварительную и дополнительную дифференциацию массива на зоны 1 с различными качественными и физико-механическими характеристиками руд с выделением зон с невысокой прочностью руд 2, зон с относительно высокой прочностью руд 3, зон с повышенным содержанием алмазов высокой ценности 4, зон со средней ценностью руд 5, зон с низкой ценностью руд 6, зон с относительно высокой прочностью руд и повышенным содержанием алмазов высокой ценности 7, зон с невысокой прочностью руд и повышенным содержанием алмазов высокой ценности 8, зон с невысокой прочностью и средней ценностью руд 9, зон с относительно высокой прочностью и средней ценностью руд 10. Фрезерная машина 11 оборудована рабочим органом 12 с поворотными дисками 13 для изменения шага 14 расстановки резцов 15, 16 и обеспечивает фрезерование массива слоями 17 фиксированной ширины 18 с применением автоматической системы контроля и оценки кондиционности руды 19. Резцы 15 рабочего органа 12 устанавливаются с большим шагом 20 расстановки, а резцы 16 -устанавливаются с малым шагом 21 расстановки. Электрогидравлическое устройство 22 размещается в скважинах 23, 24. Скважины 23 бурятся на малом расстоянии 25, а скважины 24 бурятся на увеличенном расстоянии 26. Рудная масса грузится погрузчиком 27 в автосамосвалы 28. Выемка ослабленных целиков 29 зон с повышенным содержанием алмазов высокой ценности 4 ведется погрузчиком 30 с ковшом 31, оборудованным козырьком 32.

Способ послойной разработки сложноструктурных месторождений кимберлитов осуществляется следующим образом.

Ведется фрезерование массива слоями 17 фиксированной ширины 18 с применением автоматической системы контроля и оценки кондиционности руды 19 с предварительной дифференциацией массива при послойной отработке на зоны 1 с различными качественными и физико-механическими характеристиками руд. Формирование рудной массы управляемого гранулометрического состава производится фрезерной машиной 11 с рабочим органом 12 с поворотными дисками 13 для изменения шага 14 расстановки резцов 15, 16. Осуществляется бурение скважин 23, 24 в зонах с повышенным содержанием алмазов высокой ценности 4 с обеспечением щадящего ослабления массива посредством электрогидравлического устройства 22, инъектирующего активную жидкостно-газовую смесь природного рассола в массив. Ведется дифференцированная отгрузка рудной массы погрузчиком 27 в автосамосвалы 28. В зависимости от полученных данных эксплуатационной разведки проводится дополнительная дифференциация массива по прочности на зоны с невысокой прочностью руд 2 и зоны с относительно высокой прочностью руд 3, и - по ценности - на зоны с повышенным содержанием алмазов высокой ценности 4, зоны со средней ценностью руд 5 и зоны с низкой ценностью руд 6. Щадящее ослабление зон с относительно высокой прочностью руд и повышенным содержанием алмазов высокой ценности 7 осуществляется посредством бурения скважин 23 на малом расстоянии 25 с последующей предварительной пропиткой массива природным рассолом через скважины 23 под напором перед инъектированием электрогидравлическим устройством 22. Для щадящего ослабления зон с невысокой прочностью руд и повышенным содержанием алмазов высокой ценности 8 скважины 24 бурятся на увеличенном расстоянии 26. Отработка зон с невысокой прочностью и средней ценностью руд 9 ведется рабочим органом 12 фрезерной машины 11 с резцами 15, повернутыми на большой шаг 20 расстановки, для уменьшения повреждений алмазов при фрезеровании массива. Разработка зон с относительно высокой прочностью и средней ценностью руд 10, а также зон с низкой ценностью руд 6 ведется рабочим органом 12 с резцами 16, повернутыми на малый шаг 21 расстановки. Выемка ослабленных целиков 29 зон с повышенным содержанием алмазов высокой ценности 4 ведется погрузчиком 30 с ковшом 31, оборудованным козырьком 32 для исключения просыпания рудной массы при погрузке в автосамосвалы 28.

Способ обеспечивает увеличение производительности и технологической эффективности за счет увеличения функциональности, надежности и обеспечения селективности выемки кимберлитовых руд различной прочности и ценности, повышение сохранности алмазов в процессе выемки кимберлитовых руд, снижение экологической нагрузки на окружающую среду в районе ведения горных работ.

Источники информации:

1. Патент РФ №2009318 от 15.03.1994. Способ селективной разработки алмазосодержащих руд.

2. Пихлер М., Дикк Ф., Панкевич Ю.Б. Комбайны Wirtgen Surface Miner на добыче алмазов на Аляске // Горная промышленность. - 2009. - №4. - С. 15.

3. Патент РФ №2664283 от 16.08.2018. Способ разработки рудных месторождений алмазов с применением селективной подготовки горных пород к выемке.

4. Патент РФ №2634152 от 24.10.2017. Способ разработки сложноструктурных угольных месторождений.

5. Патент РФ №2634150 от 24.10.2017. Способ послойной разработки сложноструктурных месторождений твердых полезных ископаемых.

6. Чебан А.Ю., Хрунина Н.П. Автоматизация процессов разработки сложноструктурных месторождений с применением машин послойного фрезерования // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. - 2019. - №2. - С. 220-229.