RU2059813C1

RU2059813C1 - Method for mining steeply dipping ore bodies

Info

Publication number: RU2059813C1
Application number: RU94026580A
Authority: RU
Inventors: Хофер Ханс; Эдуард Иванович Черней
Original assignee: Фирма "Просистем ГмбХ"; Товарищество с ограниченной ответственностью "КИМ-Т"
Priority date: 1994-08-01
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 1996-05-10
Also published as: RU94026580A

Abstract

FIELD: geology and mining; applicable in mining of deposits of minerals with complicated structure and occurring under complicated mining and geological conditions. SUBSTANCE: method for mining steeply dipping ore bodies includes opening of ore body by a system of underground mine workings and holes drilled from the surface; disintegration of ore through holes and hoisting of disintegrated ore through holes and underground mine workings to the surface. Diamond pipes are mined by extraction blocks with use of pilot-hole and two holes of large diameters in three stages. At the first stage, pilot- hole is drilled from the surface with hole bottom in roof of the underground mine working. Arranged into inner space of pilot-hole within the interval of its length from the lower boundary of water-bearing horizon is rope having rock-cutting members. Lower end of rope is passed through sealing unit installed in lower end part of pilot-hole. Then, pilot-hole is filled with loose material. At the second stage, large-diameter hole of first stage is drilled. Mouth of large-diameter hole is located on the surface, and its hole bottom on the lower boundary of water-bearing horizon. Then, casing is lowered into large-diameter hole whose lower end is aligned with pilot-hole end, with further filling of the space between the large-diameter hole and the external surface of the casing string with self-setting filler. At the third stage, withdrawn from the pilot- hole are sealing unit and rope with concurrent drawing of loose material. Upward large-diameter hole of the second stage is drilled with its hole bottom on the lower boundary of the water-bearing horizon. Then, worked-out space of extraction block is filled with self-setting filler from the surface. EFFECT: higher efficiency. 10 dwg

Description

Изобретение относится к геологии и горному делу и может быть использовано для разработки месторождений полезных ископаемых сложноструктурного строения, залегающих в сложных горно-геологических условиях. The invention relates to geology and mining and can be used for the development of mineral deposits of complex structure, occurring in difficult geological conditions.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного пласта скважинами, формирование добычных камер и оставление между ними временных целиков с их последующим разрушением, гидравлический размыв полезных ископаемых, выдачу диспергированной смеси на поверхность и последующее выщелачивание оставшихся запасов полезных ископаемых [1]
Основным недостатком известного способа является замена рабочего агента на второй стадии очистной выемки, что ведет к значительному усложнению технологической схемы за счет использования оборудования различной модификации. Кроме того, применение на второй стадии очистной выемки токсичного рабочего агента (серной кислоты) приводит к загрязнению окружающей среды, как на дневной поверхности так и в недрах.A known method of developing mineral deposits, including opening the reservoir by wells, forming production chambers and leaving temporary pillars between them with their subsequent destruction, hydraulic erosion of minerals, dispensing the dispersed mixture to the surface and subsequent leaching of the remaining mineral reserves [1]
The main disadvantage of this method is the replacement of the working agent in the second stage of the cleaning recess, which leads to a significant complication of the technological scheme due to the use of equipment of various modifications. In addition, the use of a toxic working agent (sulfuric acid) in the second stage of the treatment excavation leads to environmental pollution, both on the surface and in the bowels.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ комбинированной разработки крутопадающих рудных тел, включающий вскрытие рудного тела системой подземных горных выработок и скважинами, пройденными с дневной поверхности, разрушение руды через скважины, выдачу разрушенной руды через скважины и подземные горные выработки на поверхность [2]
Способу присущи следующие недостатки: в связи со значительным обнажением выработанного пространства, как по глубине, так и по сечению рудного тела, не исключается возможность обрушения вмещающих пород, что приведет к катастрофическим последствиям, связанных с затоплением подземных горных выработок пульпой; значительные потери полезных компонентов высокой плотности на днище приемной камеры, в связи со скоплением негабаритного материала не подлежащего произвольной дезинтеграции; исключительная сложность конструктивного оформления приемной камеры в связи с высоким гидростатическим давлением пульпы, находящейся в выработанном пространстве.The closest in technological essence and the achieved result to the proposed one is a method for the combined development of steeply falling ore bodies, including opening the ore body with a system of underground mine workings and wells drilled from the day surface, ore destruction through wells, delivery of the destroyed ore through wells and underground mine workings to the surface [2]
The method has the following disadvantages: due to the significant exposure of the worked out space, both in depth and in the section of the ore body, the possibility of collapse of the enclosing rocks is not excluded, which will lead to catastrophic consequences associated with flooding of underground mine workings with pulp; significant losses of useful components of high density on the bottom of the receiving chamber, due to the accumulation of oversized material not subject to arbitrary disintegration; the exceptional complexity of the design of the receiving chamber due to the high hydrostatic pressure of the pulp located in the worked out space.

В основу изобретения поставлена задача создать способ разработки крутопадающих рудных тел с высокой эффективностью промышленного использования за счет повышения полноты и качества очистной выемки, упрощения конструктивного оформления подготовительных и нарезных горных выработок, а также снижения эколого-экономических последствий разработки. The basis of the invention is the task of creating a method for the development of steeply falling ore bodies with high industrial efficiency by increasing the completeness and quality of the mining excavation, simplifying the design of preparatory and rifled mine workings, as well as reducing the environmental and economic consequences of the development.

Поставленная задача достигается тем, что способ разработки крутопадающих рудных тел включает вскрытие рудного тела системой подземных горных выработок и скважинами, пройденными с дневной поверхности, разрушение руды через скважины, выдачу разрушенной руды через скважины и подземные горные выработки на поверхность. The problem is achieved in that the method of developing steeply falling ore bodies involves opening the ore body with a system of underground mine workings and wells drilled from the day surface, ore destruction through wells, delivery of the destroyed ore through wells and underground mine workings to the surface.

Разработку алмазоносных трубок ведут добычными блоками, состоящими из пилот-скважины и двух скважин большого диаметра (СБД) в три этапа. The development of diamond-bearing pipes is carried out by production blocks, consisting of a pilot well and two large-diameter wells (SBD) in three stages.

На первом этапе с дневной поверхности осуществляют бурение пилот-скважины с расположением ее забоя в кровле подземной горной выработки. Во внутреннюю полость пилот-скважины в интервале ее длины от нижней границы водоносного горизонта помещают канат, снабженный породоразрушающими элементами, нижний конец которого пропускают через герметизатор, установленный в нижней торцевой части пилот-скважины. Затем пилот-скважину заполняют сыпучим материалом. At the first stage, a pilot well is drilled from the surface with its bottom located in the roof of an underground mine. A rope equipped with rock cutting elements is placed in the inner cavity of the pilot well in the interval of its length from the lower boundary of the aquifer, the lower end of which is passed through a sealant installed in the lower end part of the pilot well. Then the pilot well is filled with bulk material.

На втором этапе производят проходку СБД первой очереди, устье которой располагают на дневной поверхности, а ее забой на нижней границе водоносного горизонта. Во внутреннюю полость СБД опускают обсадную колонну, нижний торец которой, совмещают с торцом пилот-скважины. Затем заполняют кольцевое пространство, образованное стенкой СБД и наружней поверхностью обсадной колонны твердеющей закладкой. At the second stage, drilling of the first stage SBD is carried out, the mouth of which is located on the day surface, and its bottom is on the lower boundary of the aquifer. A casing string is lowered into the internal cavity of the SBU, the lower end of which is combined with the end face of the pilot well. Then fill the annular space formed by the wall of the SBD and the outer surface of the casing string hardening tab.

На третьем этапе осуществляют извлечение из пилот-скважины герметизатора, каната с одновременным выпуском сыпучего материала. Затем проходят восстающую СБД второй очереди с размещением ее забоя на нижней границе водоносного горизонта. После этого заполняют выработанное пространство добычного блока твердеющей закладкой, подаваемой с дневной поверхности. At the third stage, the sealant and the rope are removed from the pilot well with the simultaneous release of bulk material. Then pass the rising SBD of the second stage with the placement of its face on the lower border of the aquifer. After that, the mined-out space of the mining block is filled with a hardening tab fed from the surface.

Установка в пилот-скважине каната, снабженного породоразрушающими элементами, позволяет осуществить выпуск сыпучего материала из пилот-скважины, который пропитан буровым раствором и уплотнен при проходке СБД первой очереди, что сопряжено с его зависанием и образованием свода естественного равновесия. Заполнение пилот-скважины сыпучим материалом предотвращает деформацию ее стенок во времени. Установка в нижней торцевой части пилот-скважины герметизатора позволяет предотвратить выпуск сыпучего материала и бурового раствора на горные выработки в период проходки СБД первой очереди. The installation in the pilot well of a rope equipped with rock cutting elements allows the release of bulk material from the pilot well, which is impregnated with drilling fluid and sealed during the drilling of the first stage SBD, which is associated with its freezing and the formation of the arch of natural equilibrium. Filling a pilot well with bulk material prevents the deformation of its walls over time. Installation of a sealant in the lower end part of the pilot well allows to prevent the release of bulk material and drilling fluid into the mine workings during the first stage SBD sinking.

Проходка СБД первой очереди с расположением ее забоя на нижней границе водоносного горизонта, а также заполнение кольцевого пространства, образованного стенкой СБД и наружней поверхностью обсадной колонны, предотвращает поступление воды в большом количестве в подземные горные выработки, что сопряжено с созданием дополнительных водоотливных установок. Tunneling the first stage SBD with its bottom face located on the lower boundary of the aquifer, as well as filling the annular space formed by the SBD wall and the outer surface of the casing, prevents large amounts of water from entering underground mine workings, which is associated with the creation of additional drainage plants.

Проходка на третьем этапе восстающей СБД второй очереди позволяет значительно снизить объем подготовительных и нарезных работ, так как отпадает необходимость деления трубки на этажи и подэтажи. Sinking at the third stage of the upcoming second-stage SDB can significantly reduce the amount of preparatory and rifling work, since there is no need to divide the tube into floors and sub-floors.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым технологическим результатом. Следовательно, предложенный способ разработки крутопадающих рудных тел отвечает требованиям, предъявляемым к изобретениям, так как явным образом не следует из уровня используемых техники и технологии на данном этапе развития. Based on the foregoing, we can conclude that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technological result. Therefore, the proposed method for the development of steeply falling ore bodies meets the requirements for inventions, since it does not explicitly follow from the level of the used machinery and technology at this stage of development.

Изобретение рассматривается на примере разработки алмазоносного месторождения, состоящего из двух трубок, кратерные части которых соединены между собой на глубине 300 м от дневной поверхности. Налегающие породы представлены плывунами. Вмещающие породы сложены песчаниками и связаны гидросетью с морем. Нижняя граница водоносного горизонта расположена на глубине 300 м от дневной поверхности на контакте участка месторождения, находящегося между трубками. The invention is considered by the example of developing a diamondiferous deposit consisting of two tubes, the crater parts of which are interconnected at a depth of 300 m from the surface. Overlying rocks are represented by quicksand. The host rocks are composed of sandstones and are connected by a hydraulic network to the sea. The lower boundary of the aquifer is located at a depth of 300 m from the day surface at the contact of the field section located between the pipes.

На фиг. 1 изображен продольный разрез по месторождению с размещением добычного оборудования; на фиг.2 разрез по кратерной части месторождения в плане; на фиг.3 паспорт бурения пилот-скважины и снабжение последней канатом с породоразрушающими элементами; на фиг.4-6 последовательность проходки СБД первой очереди; на фиг. 7-10 иллюстрируют последовательность проходки СБД второй очереди. In FIG. 1 shows a longitudinal section through the field with the placement of mining equipment; figure 2 is a section along the crater of the field in plan; figure 3 passport drilling pilot wells and the supply of the last rope with rock cutting elements; 4-6, the sequence of driving the SBD of the first stage; in FIG. 7-10 illustrate the sequence of driving the second stage of the SBD.

Способ разработки крутопадающих рудных тел осуществляют следующим образом. A method of developing steeply falling ore bodies is as follows.

Алмазоносные трубки 1 и 2, кратерные части которых соединены между собой и образуют участок месторождения 3, вскрывают шахтными стволами 4 и 5 и квершлагами 6 и 7. Квершлаги 6 и 7 сбивают между собой капитальным штреком 8. Кроме того трубки 1 и 2 вскрывают также пилот-скважинами 9, а участок месторождения 3 пилот-скважинам 10. На горизонте выпуска полезного ископаемого проходят подготовительные выработки 11, а также нарезные выработки. Вдоль границы трубок 1 и 2, а также участка месторождения 3 с вмещающими породами, которые представлены пачкой обводненных пород 12 и слабообводненных пород 13 оставляют охранный целик 14 для предупреждения прорыва грунтовых вод в выработанные пространства добычных блоков. Diamond-bearing tubes 1 and 2, the crater parts of which are interconnected and form a section of the field 3, are opened with shaft shafts 4 and 5 and cross-hoses 6 and 7. Cross-hoses 6 and 7 are knocked together by a major drift 8. In addition, the pilot 1 and 2 are also opened by the pilot - wells 9, and a section of the field 3 to pilot wells 10. On the horizon of mineral production, preparatory workings 11, as well as rifled workings, are underway. Along the boundary of pipes 1 and 2, as well as a section of field 3 with enclosing rocks, which are represented by a pack of flooded rocks 12 and weakly flooded rocks 13, they leave a protective pillar 14 to prevent breakthrough of groundwater into the mined-out spaces of mining blocks.

Разработку алмазоносных трубок 1 и 2 ведут добычными блоками, состоящими из пилот-скважины 9 и СБД 15 и 16 первой и второй очередей соответственно в три этапа. The development of diamond-bearing pipes 1 and 2 is carried out by production blocks consisting of pilot wells 9 and SBD 15 and 16 of the first and second phases, respectively, in three stages.

На первом этапе с дневной поверхности через налегающие породы 17 осуществляют бурение пилот-скважины 9 с расположением ее забоя в кровле подземных горных выработок 8 и 11 в зависимости от принимаемой технологической схемы отработки трубок 1 и 2. В пилот-скважину 9 в интервале ее длины от нижней границы водоносного горизонта 18 помещают канат 19, снабженный породоразрушающими элементами 20. At the first stage, a pilot well 9 is drilled from the surface through overburden 17 with its bottom located in the roof of underground mines 8 and 11, depending on the adopted technological scheme for working out pipes 1 and 2. Into pilot well 9 in the range of its length the lower boundary of the aquifer 18 is placed rope 19, equipped with rock cutting elements 20.

Вместо каната 19 может быть использована любая гибкая связь, например цепь. При спуске каната 19 в пилот-скважину его верхний конец с помощью петли 21 соединяют с пеньковой гибкой связью 22, которая пропущена через направляющий шкив 23 и намотана на барабан тяговой лебедки (на чертежах не показана). Нижний конец каната 19 пропускают через герметизатор 24, который устанавливают в нижней торцевой части пилот-скважины 9. Затем пилот-скважину 9 на всю длину заполняют сыпучим материалом 25, например песком. При достижении сыпучим материалом нижней границы водоносного горизонта 18 гибкую связь 22 обрезают на доступной глубине. Таким образом, гибкая связь 22 не оказывает сопротивления при проходке СБД 15, и кроме того, разрушается вследствие своего строения режущими элементами породоразрушающего инструмента. Instead of rope 19, any flexible connection, such as a chain, can be used. When the rope 19 is lowered into the pilot well, its upper end is connected with a loop 21 to the hemp flexible link 22, which is passed through the guide pulley 23 and wound around the winch drum (not shown in the drawings). The lower end of the rope 19 is passed through a seal 24, which is installed in the lower end part of the pilot well 9. Then, the pilot well 9 is filled to the full length with bulk material 25, for example sand. When the bulk material reaches the lower boundary of the aquifer 18, the flexible connection 22 is cut off at an accessible depth. Thus, the flexible connection 22 does not exert resistance when driving the SBD 15, and in addition, is destroyed due to its structure by the cutting elements of the rock cutting tool.

На втором этапе осуществляют проходку СБД 15 первой очереди. Для этого на устье пилот-скважины 9 устанавливают буровую установку 26, опережающую иглу 27 породоразрушающего инструмента 28 заглубляют в сыпучий материал 25. Крутящий момент породоразрушающему инструменту 28 сообщают от вращателя 29 через буровую колонну 30. СБД 15 проходят по методу обратной промывки с использованием эрлифта для выноса бурового шлама и алмазов. Забой СБД 15 располагают на нижней границе водоносного горизонта 18. После проходки СБД 15 на заданную глубину, породоразрушающий инструмент 28 извлекают. Затем с помощью буровой установки 26 в образованную полость СБД опускают обсадную колонну 31, нижний торец которой совмещают с торцом пилот-скважины 9. Перед спуском обсадной колонны 31 в СБД наружную поверхность каждой трубы колонны покрывают слоем противоадгезионного материала, например нефтью. Затем производят заполнение кольцевого пространства, образованного стенкой СБД 15 и наружней поверхностью обсадной колонны 31, твердеющей закладкой 32. После набора необходимой прочности твердеющим материалам 32 обсадную колонну 31 извлекают. Таким образом, над верхним торцом пилот-скважины 9 создают скважину 33 с неметаллическим креплением ее стенок. At the second stage, the SBD 15 of the first stage is drilled. For this purpose, a drilling rig 26 is installed at the mouth of the pilot well 9, the leading needle 27 of the rock cutting tool 28 is buried in the bulk material 25. The torque of the rock cutting tool 28 is reported from the rotator 29 through the drill string 30. SBD 15 are passed through the backwash method using an airlift for removal of drill cuttings and diamonds. Slaughter SBD 15 is located on the lower boundary of the aquifer 18. After drilling SBD 15 to a predetermined depth, rock cutting tool 28 is removed. Then, using a drilling rig 26, the casing 31 is lowered into the formed SBD cavity, the lower end of which is aligned with the end face of the pilot well 9. Before the casing 31 is lowered into the SBD, the outer surface of each column pipe is covered with a layer of release material, for example, oil. Then, the annular space formed by the wall of the SDB 15 and the outer surface of the casing 31, the hardening tab 32 is filled. After the necessary strength has been set for the hardening materials 32, the casing 31 is removed. Thus, above the upper end of the pilot well 9 create a well 33 with non-metallic fastening of its walls.

На третьем этапе осуществляют извлечение из пилот-скважины 9 герметизатора 24, а затем и каната 19 с породоразрушающими элементами 20. Во время извлечения каната 19 производят выпуск из пилот-скважины 9 сыпучего материала 25 на подземную горную выработку 11. Канат 19 извлекают путем наматывания его на барабан тяговой лебедки, установленной в подземной горной выработке 11, при этом породоразрушающие элементы разрушают свод естественного обрушения сыпучего материала, который образуется в пилот-скважине, вследствие его уплотнения и перемешивания с буровым раствором при проходке СБД 15. Затем на устье скважины 33 устанавливают буровую установку 34, снабженную вращателем 35. С помощью вращателя 35 в скважину 33, а затем и в пилот-скважину 9 опускают буровую колонну 36, нижний торец которой соединяют с породоразрушающим инструментом 37, расположенным в подземной горной выработке 11. После этого осуществляют проходку СБД 16 второй очереди снизу вверх с размещением ее забоя на нижней границе водоносного горизонта 18. Крутящий момент породоразрушающему инструменту 37 предают от вращателя 35 через буровую колонну 36. СБД 16 проходят с магазинированием 38 разрушенного полезного ископаемого в очистном пространстве. Магазин 38 предупреждает развитие горного давления в массиве полезного ископаемого трубок и предотвращает образование вывалов стенок СБД в виде призм сползания. После полной проходки СБД 16 производят выпуск разрушенного полезного ископаемого из магазина 38 и выдачу его на поверхность для обогащения. Наращиванием буровой колонны 36 осуществляют спуск породоразрушающего инструмента 37 в горную выработку 11, отсоединяют его от буровой колонны с дальнейшим подъемом буровой колонны на дневную поверхность. В горной выработке 11 устанавливают водонепроницаемую перемычку 39, а выработанное пространство добычного блока, состоящее из полостей СБД 16 и скважины 33, заполняют твердеющей закладкой 40 с дневной поверхности. Твердеющую закладку падают от закладочного комплекса по трубопроводу 41. At the third stage, the sealant 24 is removed from the pilot well 9, and then the rope 19 with rock cutting elements 20. During the extraction of the rope 19, bulk material 25 is released from the pilot well 9 into the underground mine 11. The rope 19 is removed by winding it on the drum of the traction winch installed in the underground mine 11, while the rock-destroying elements destroy the arch of the natural collapse of the bulk material that is formed in the pilot well, due to its compaction and mixing with drilling fluid during drilling SBD 15. Then at the wellhead 33 install a drilling rig 34 equipped with a rotator 35. Using a rotator 35 into the well 33, and then into the pilot well 9 lower the drill string 36, the lower end of which is connected to the rock cutting tool 37 located in the underground mine 11. After this, the SBD 16 of the second stage is drilled from the bottom up with its bottom being placed on the lower boundary of the aquifer 18. The torque to the rock cutting tool 37 is transmitted from the rotator 35 through a drill ovoy column 36. SBU 16 pass with storing 38 destroyed minerals in the treatment space. Shop 38 prevents the development of rock pressure in the array of mineral tubes and prevents the formation of wall collapses in the form of sliding prisms. After full penetration, SBD 16 releases the destroyed mineral from store 38 and issues it to the surface for enrichment. By expanding the drill string 36, the rock-cutting tool 37 is lowered into the mine 11, disconnected from the drill string, and the drill string is further raised to the surface. A waterproof jumper 39 is installed in the mine 11 and the mined block mined space, consisting of the SBD cavities 16 and the well 33, is filled with a hardening tab 40 from the day surface. The hardening tab falls from the backfill complex through the pipeline 41.

Участок месторождения 3 в связи с незначительной глубиной залегания отрабатывают путем проходки СБД 42 с использованием пилот-скважин 10. Последовательность проходки СБД 42 аналогична последовательности проходки СБД 15 первой очереди. Due to the insignificant depth of the deposit, the field section 3 is worked out by drilling SBD 42 using pilot wells 10. The sequence of drilling SBD 42 is similar to the sequence of drilling SBD 15 of the first stage.

Промышленное использование изобретения позволит вовлечь в разработку алмазоносные трубки, залегающие в сложных горно-геологических условиях с высокой эффективностью эксплуатации и минимальным ущербом, наносимым окружающей среде горными работами. Industrial use of the invention will make it possible to involve diamond-bearing pipes lying in difficult mining and geological conditions with high operational efficiency and minimal damage to the environment by mining operations.

Claims

METHOD FOR DEVELOPING SHELL-MINING ORE BODIES, including opening the ore body by underground mine workings and pilot wells, mining minerals by chambers, discharging the destroyed mineral into underground mine workings with its output to the day surface, characterized in that the pilot wells are drilled with the output of their faces in the roof of underground mine workings, before extraction of minerals, pilot wells are filled with bulk material, mining of minerals to the aquifer boundary is drilled using a pilot well with bulk material from the surface, then install the casing, fill the annulus with a hardening mixture, after hardening, remove the casing, and excavate minerals below the aquifer boundary after releasing the bulk material from the pilot well from the bottom up by drilling it equipment hung on a drill string lowered from the surface in an underground mine.