RU2039279C1

RU2039279C1 - Method for hydraulic borehole mining of minerals

Info

Publication number: RU2039279C1
Authority: RU
Inventors: Э.И. Черней; А.С. Хан; В.П. Дробаденко; О.Э. Черней
Original assignee: Совместное предприятие "Ферст Совьет Африкен Корпорейшн"
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: in mineral hydraulic borehole mining from diamond pipes with complicated structure in form of column of endolithic breccias in ring of xenotuff breccias with inclusion of fault breccias, the producing well is sunk beyond the pipe limits and auxiliary well is arranged diametrically to pipe. Pipe is divided into parts by system of underground workings with formation of levels. Mineral is disintegrated by levels in two stages. Disintegration at first stage is accomplished by abrasive washing of xenotuff breccias, and at the second stage, by caving column of endolithic breccias by its undercutting at the horizon of receiving chambers and transportation of endolithic breccias through underground mine workings. Formed in crater part of pipe is protective pillar. Column of endolithic breccias are supported within the range of level height during disintegration of xenotuff breccias by rigid pinching of column, by intervals, with the help of casing strings of inclined wells for contacting strings of neighboring wells with walls of column at alternate angle. Fault breccias are left in worked out space. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разработки сложноструктурных месторождений алмазов. The invention relates to mining and can be used to develop complex structural diamond deposits.

Известен способ извлечения материалов из мощных подземных формаций, включающий вскрытие месторождения добычной и выдачной скважинами, гидроразмыв полезного ископаемого из добычной скважины, гидротранспорт пульпы по выдачной скважине [1] Недостатком способа является низкая его эффективность, вызванная значительными затратами на подготовку месторождения к очистной выемке и потерям полезного ископаемого в междукамерных целиках. There is a method of extracting materials from powerful underground formations, including opening a field with production and delivery wells, hydraulic washing of minerals from a production well, pulp hydrotransport through a production well [1] The disadvantage of this method is its low efficiency, caused by significant costs for preparing the field for treatment excavation and losses mineral in interchamber pillars.

Наиболее близким к предлагаемому является способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие рудного тела выдачной и эксплуатационными скважинами, а также системой подземных горных выработок, разделение рудного тела на части, формирование в основании каждой части приемной камеры, подачу рабочего агента по одним скважинам, разрушение полезного ископаемого и транспортирование пульпы по другим скважинам [2] К недостаткам способа следует отнести низкую его эффективность, вызванную необходимостью проходки большего количества скважин для отработки месторождения по всей площади, значительными потерями полезного ископаемого в междукамерных целиках и потерь полезных компонентов на днищах выемочных камер. Closest to the proposed one is a method of developing mineral deposits, including opening the ore body with issuing and production wells, as well as a system of underground mine workings, dividing the ore body into parts, forming at the base of each part of the receiving chamber, supplying a working agent through one well, and destroying the useful fossil and transportation of pulp through other wells [2] The disadvantages of the method include its low efficiency, due to the need for more sinking the number of wells for mining the entire area, significant losses of minerals in the interchamber pillars and losses of mineral components on the bottoms of the extraction chambers.

В основу изобретения поставлена задача создать способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых из сложноструктурных месторождений с высокой эффективностью за счет увеличения высоты этажа при одновременном снижении затрат на подготовку месторождения к очистной выемке, а также снижения потерь и разубоживания полезного ископаемого. The basis of the invention is the task of creating a method of downhole hydraulic mining of minerals from complex structural deposits with high efficiency by increasing the height of the floor while reducing the cost of preparing the field for treatment excavation, as well as reducing losses and dilution of the mineral.

Поставленная задача решается тем, что способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых включает вскрытие рудного тела выдачной и эксплуатационными скважинами, а также системой подземных горных выработок, разделение рудного тела на части, формирование в основании каждой части приемной камеры, подачу рабочего агента по одним скважинам, разрушение и транспортировку пульпы по другим скважинам. The problem is solved in that the method of downhole hydraulic mining of minerals includes opening the ore body by issuing and production wells, as well as a system of underground mine workings, dividing the ore body into parts, forming a receiving chamber at the base of each part, supplying a working agent for one well, destruction and transportation of pulp through other wells.

При гидродобыче полезных ископаемых из алмазоносных трубок со сложной структурой в виде столба автолитовых брекчий в кольце ксенотуфобрекчий с включением тектонических брекчий, выдачную скважину проходят за пределами трубки и диаметрально ей располагают технологическую скважину. Деление трубки на части осуществляют системой подземных горных выработок с формированием этажей и ведут поэтажное разрушение полезного ископаемого в две стадии. Разрушение на первой стадии осуществляют абразивным размывом ксенотуфобрекчий. Разрушение на второй стадии осуществляют обрушением столба автолитовых брекчий путем подсечки его на горизонте приемных камер и выдачи автолитовых брекчий через подземные горные выработки. В кратерной части трубки оставляют предохранительный целик. Поддержание столба автолитовых брекчий в пределах высоты этажа в период разрушения ксенотуфобрекчий производят жестким защемлением его поинтервально обсадными колоннами скважин, которые проходят наклонными с возможностью соприкосновения колонн смежных скважин со стенками столба под накрестлежащими углами. Тектонические брекчии оставляют в выработанном пространстве. When mining minerals from diamond-bearing pipes with a complex structure in the form of a column of autolithic breccias in the xenotuff breccia ring with the inclusion of tectonic breccias, the issuing well passes outside the tube and a technological well is diametrically located. The division of the pipe into parts is carried out by a system of underground mine workings with the formation of floors and the destruction of the mineral in stages is carried out in stages. Destruction in the first stage is carried out by abrasive erosion of xenotufobrecci. The destruction in the second stage is carried out by the collapse of the column of autolithic breccias by cutting it on the horizon of the receiving chambers and issuing autolithic breccias through the underground mine workings. A safety pillar is left in the crater part of the tube. Maintaining a column of autolithic breccias within the height of the floor during the period of destruction of xenotuff breccias is performed by rigidly pinching it at intervals of the well casing, which are inclined so that the columns of adjacent wells can contact the walls of the column at extreme angles. Tectonic breccias are left in the worked out space.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым технологическим результатом. Благодаря данной совокупности существенных признаков удалось создать способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых из сложноструктурных месторождений с высокой эффективностью за счет увеличения высоты этажа при одновременном снижении затрат на подготовку трубки к очистной выемке, а также снижения потерь и разубоживания полезного ископаемого. Следовательно, предложенный способ имеет изобретательский уровень, т.к. явным образом не следует из существующего уровня используемых технологий. 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. Thanks to this combination of essential features, it was possible to create a method for downhole hydraulic mining of minerals from complex structural deposits with high efficiency by increasing the height of the floor while reducing the cost of preparing the pipe for the treatment excavation, as well as reducing losses and diluting the mineral. Therefore, the proposed method has an inventive step, because clearly does not follow from the current level of technology used.

На фиг.1 показано вскрытие трубки; на фиг.2 крепление столба автолитовых брекчий обсадными колоннами в пределах верхней части трубки; на фиг.3 процесс отработки ксенотуфобрекчий на первой стадии; на фиг.4 разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 заключительный этап выемки столба автолитовых брекчий. Figure 1 shows the opening of the tube; figure 2 fastening the column of autolithic breccias casing strings within the upper part of the tube; figure 3 the process of working out xenotu breccia in the first stage; figure 4 section aa in figure 3; 5, the final stage of excavation of a column of autolithic breccias.

Изобретение поясняется на примере разработки трубки, сложенной кольцом ксенотуфобрекчиями 1 и столбом автолитовых брекчий 2. Кроме того, к массиву ксенотуфобрекчий приурочены обломки тектонических брекчий 3, размеры которых могут достигать 50 м. Трубки перекрыты налегающими породами 4, которые сильно обводнены. Вмещающие породы 5 представлены плотными песчаниками. Ксенотуфобрекчии сложены глинами с определенным включением кимберлитового материала. Коэффициент крепости автолитовых брекчий по шкале проф. М.М. Протодъяконова составляет 5-6. Тектонические брекчии не содержат кимберлитового материала, а коэффициент крепости составляет 6-7 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. The invention is illustrated by the example of the development of a tube folded by a xenotuff breccia ring 1 and a column of autolithic breccias 2. In addition, fragments of tectonic breccias 3, the dimensions of which can reach 50 m, are confined to the xenotuff breccia massif. The tubes are covered by overlying rocks 4, which are heavily flooded. The host rocks 5 are represented by dense sandstones. Xenotufo breccia is composed of clays with a specific inclusion of kimberlite material. Strength coefficient of autolithic breccias on the scale of prof. M.M. Protodyakonov is 5-6. Tectonic breccias do not contain kimberlite material, and the coefficient of strength is 6-7 on the scale of prof. M.M. Protodyakonova.

Деление трубки на части с формированием этажей (Э) производят системой подземных горных выработок шахтными стволами, квершлагами, штреками с ортами 6, при этом высоту этажа увеличивают по сравнению с традиционными схемами. В данном случае высота этажа регламентируется устойчивым состоянием столба автолитовых брекчий 2 на время отработки ксенотуфобрекчий 1. Из ортов 6 на каждом горизонте в столбе автолитовых брекчий 2 выполняют приемную камеру 7 с окнами 8 и временными целиками 9 между приемными окнами. Днищу приемной камеры придают воронкообразную форму с нанесением на ее поверхность слоя бетона 10 для создания условий надежного гидротранспортирования пульпы без потерь алмазов. Кроме того, из ортов 6 производят сбойку с выдачной скважиной 11 и технологической скважиной 12. Скважину 11 проходят на полную глубину отработки трубки, а ее забой располагают в подошве орта 6, являющегося выработкой вскрытия нижнего этажа. Технологическую скважину 12 проходят вне зоны сдвижения вмещающих пород 5, а ее забой располагают в подошве орта 6, примыкающего к кровле нижнего этажа. Скважину 11 проходят с обсадкой, а скважину 12 обсаживают в пределах мощности налегающих пород 4. Скважины 11 и 12 располагают диаметрально по отношению сечения трубки в плане. The tube is divided into parts with the formation of floors (E) produced by a system of underground mine workings with shaft shafts, crosshairs, drifts with orths 6, while the height of the floor is increased in comparison with traditional schemes. In this case, the height of the floor is regulated by the stable state of the column of autolithic breccias 2 for the time of working out xenotuff breccias 1. Of the orths 6 on each horizon, in the column of autolithic breccias 2, a receiving chamber 7 with windows 8 and temporary pillars 9 between the receiving windows is executed. The bottom of the receiving chamber is given a funnel shape with a concrete layer 10 applied to its surface to create conditions for reliable hydrotransport of pulp without loss of diamonds. In addition, from the unit vectors 6, a breakdown is made with the dispensing well 11 and the production well 12. Well 11 pass to the full depth of the tube, and its bottom is located at the bottom of the unit wall 6, which is the opening of the lower floor. Technological well 12 pass outside the zone of displacement of the host rocks 5, and its bottom is located at the bottom of the unit 6, adjacent to the roof of the lower floor. Well 11 pass with a casing, and well 12 is cased within the thickness of the overlying rocks 4. Wells 11 and 12 are positioned diametrically in relation to the tube section in plan.

Отработку месторождения осуществляют этажами, начиная с кратерной части. Для этого при отработке верхнего этажа формируют предохранительный целик (ПЦ) 13, состоящий из ксенотуфобрекчий 1 и автолитовых брекчий 2. Отработку ксенотуфобрекчий 1 ведут на первой стадии, высвобождая при этом столб автолитовых брекчий 2, высота которого соответствует высоте этажа и может быть значительной. Такая последовательность очистной выемки приведет к потере устойчивости столба за счет несоизмерения его сечения с высотой. С этой целью поддержание столба производят жестким защемлением его обсадными колоннами поинтервально (И). При этом высоту интервала уменьшают к основанию этажа, так как эта часть столба при постоянной его прочности по высоте, является наиболее жесткой. Для защемления столба и конструктивного выполнения интервала с дневной поверхности бурят серию наклонных скважин 14 из условия выхода забоя скважины на границу контакта ксенотуфобрекчий 1 с вмещающими породами 5 в точку 15, расположенную в верхнем сечении 16 интервала с дальнейшим соприкосновением стенки скважины 14 со стенками столба и выходом забоя скважины в точку 17, расположенную на нижнем сечении 18 интервала. При этом нижнее сечение интервала также расположено на границе контакта с ксенотуфобрекчий 1 с вмещающими породами 5. Для наглядности на фиг.2 показано расположение скважин для формирования интервала. Например, скважины 19 располагают в верхнем сечении 16 по границе интервала с вмещающими породами. Количество скважин 19 принимают равным четырем и располагают их через 90^о по отношению к центру круга, являющегося сечением 16 трубки. Угол наклона и азимутальное направление скважин создают из условия соприкосновения стенок скважин со стенками столба в точках 20 с последующим расположением забоев по границе нижнего сечения 18. Кроме того, бурят скважины 21, также располагая их в верхнем сечении в диаметрально противоположных направлениях с возможностью соприкосновения их стенок со стенками столба в точках, находящихся в плоскости расположения точек 20 с дальнейшим выводом их забоев на границу нижнего основания 18 интервала. Таким образом, смежные скважины 19 и 21 расположены под накрест лежащими углами. Количество скважин может быть увеличено в зависимости от требуемой жесткости столба на определенной высоте, причем общее количество их в интервале должно быть четным. Скважины 19 и 21 обсаживают, а затрубные пространства цементируют. Отрезки обсадных колонн, расположенные в ксенотуфобрекчиях предохранительного целика 13, являются несущими и тем самым упрочняют целик, а в нижележащих интервалах выполняют функцию грохота для накапливания тектонических брекчий 3. Отработку трубки производят в две стадии. На первой стадии с поверхности бурят эксплуатационные скважины 22 с размещением забоев в приемной камере 7. Скважины 22 в переделах мощности налегающих пород 4 и высоты ПЦ обсаживают 23 с цементацией затрубного пространства. Скважину 11 оборудуют трубопроводом 24 с диспергатором на конце, а также задвижкой 25, а также скважину 11 с помощью трубопровода 26 подсоединяют к фильтру 27, установленному в основании приемной камеры 7. На первоначальном этапе в обсадные колонны скважин 22 подают воду, которая производит размыв их стенок с образованием выемочных камер 28. По трубопроводу 24 подают сжатый воздух, который эрлифтирует пульпу по скважине 11 на обогатительную фабрику. На фабрике подрешетный продукт, не содержащий алмазов, накапливается в емкости, на которой насосом закачивается в обсадные колонны 23, при этом подачу воды в колонны прекращают. Подрешетный продукт, содержащий твердые частицы, интенсифицирует процесс абразивного размыва стенок выемочных камер 28. Образуемая при этом размыве пульпа через окна 8 поступает в приемную камеру 7, из которой через фильтр 27 и трубопровод 26, в свою очередь, поступает в скважину 11 и эрлифтирует на поверхность. Затем происходит отделение подрешетного продукта и закачка его в выемочные камеры 28. Таким образом создают замкнутый цикл циркуляции рабочего агента при выполнении процессов выемки ксенотуфобрекчий. Высвобождаемые в процессе размыва ксенотуфобрекчий 1 тектонические брекчии 3 накапливаются на отрезках обсадных колонн 19 и 21, что предупреждает перекрытие окон 8, а следовательно, не возникает необходимости в их дроблении. Кроме того, в выемочных камерах 28 создают магазин 29 из отбитых от массива ксенотуфобрекчий 1, в котором происходит процесс произвольной дезинтеграции. Магазин создают дебалансом производительностей насоса для подачи подрешетного продукта в камеры 28 и эрлифта, установленного в скважине 11.Field development is carried out by floors, starting from the crater part. To do this, when working out the upper floor, a safety pillar (PC) 13 is formed, which consists of xenotuff breccias 1 and autolithic breccias 2. Workout of xenotuff breccias 1 is carried out at the first stage, while releasing a column of autolithic breccias 2, the height of which corresponds to the floor height and can be significant. Such a sequence of the cleaning recess will lead to the loss of stability of the column due to the incommensurability of its cross section with height. To this end, the maintenance of the column is carried out by rigidly jamming it with casing intervals (I). At the same time, the height of the interval is reduced to the base of the floor, since this part of the column, with its constant strength in height, is the most rigid. To pinch the column and constructively perform the interval from the day surface, a series of deviated wells 14 are drilled from the condition that the bottom of the well exits at the contact boundary of xenotuff breccias 1 with host rocks 5 at point 15 located in the upper section 16 of the interval with the borehole wall 14 in contact with the column walls and the exit the bottom of the well at a point 17 located on the lower section 18 of the interval. At the same time, the lower section of the interval is also located on the border of contact with xenotuff breccia 1 with the host rocks 5. For clarity, figure 2 shows the location of the wells for the formation of the interval. For example, wells 19 are located in the upper section 16 along the boundary of the interval with the host rocks. The number of wells 19 is taken to be four and placed through 90 ^about with respect to the center of the circle, which is a cross section 16 of the tube. The angle of inclination and the azimuthal direction of the wells are created from the condition of the contact of the walls of the wells with the walls of the column at points 20 with the subsequent location of the faces along the border of the lower section 18. In addition, drill holes 21, also placing them in the upper section in diametrically opposite directions with the possibility of contact between their walls with the walls of the pillar at points located in the plane of the location of points 20 with the further withdrawal of their faces to the border of the lower base 18 of the interval. Thus, adjacent wells 19 and 21 are located at a cross lying angles. The number of wells can be increased depending on the required rigidity of the column at a certain height, and their total number in the interval should be even. Wells 19 and 21 are cased, and annular spaces are cemented. The casing strings located in the xenotuff breccias of the safety pillar 13 are load-bearing and thereby strengthen the whole, and in the underlying intervals they serve as a screen to accumulate tectonic breccias 3. The tube is worked out in two stages. At the first stage, production wells 22 are drilled from the surface with faces placed in the receiving chamber 7. Wells 22 in the redistribution of overlying rocks 4 and the height of the casing are planted 23 with cementing the annulus. The well 11 is equipped with a pipe 24 with a dispersant at the end, as well as a valve 25, and a well 11 is connected via a pipe 26 to a filter 27 installed in the base of the receiving chamber 7. At the initial stage, water is supplied to the casing of the wells 22, which erodes them walls with the formation of excavation chambers 28. Compressed air is supplied via line 24, which airlifts the pulp through the borehole 11 to the concentration plant. At the factory, the diamond-free sublattice is accumulated in a tank where it is pumped into the casing 23 by a pump, and the water supply to the columns is stopped. The sublattice product containing solid particles intensifies the process of abrasive erosion of the walls of the extraction chambers 28. The pulp formed during this erosion through the windows 8 enters the receiving chamber 7, from which through the filter 27 and pipeline 26, in turn, enters the borehole 11 and airlifts surface. Then, the under-sieve product is separated and pumped into the extraction chambers 28. In this way, a closed cycle of circulation of the working agent is created when xenotuff breccia is removed. The xenotu breccia 1 tectonic breccias 3 released during erosion accumulate on the sections of casing 19 and 21, which prevents the overlap of windows 8, and therefore, there is no need for their crushing. In addition, a store 29 is created in the extraction chambers 28 from the xenotuff breccias 1, which are beaten off from the array, in which the process of arbitrary disintegration takes place. The store is created by an unbalance of pump capacities for feeding the under-sieve product into the chambers 28 and the airlift installed in the well 11.

На второй стадии после полной обработки ксенотуфобрекчий 1 производят демонтаж фильтра 27 и патрубка 26. Из орта 6 производят с помощью БВР подсечку основания столба абтолитовых брекчий 2 и его плавную посадку, при этом исключается зависание столба в выработанном пространстве 30, так как обсадные колонны скважин 19 и 21 расположены по его периметру и не оказывают сопротивления при его скольжении вниз относительно последних. Кроме того, тектонические брекчии 3, расположенные на отрезках обсадных колонн 19 и 21, при опускании столба скатываются на его верхнее основание, а брекчии, расположенные между отрезками колонн 19 и 21 скатываются в сторону вмещающих пород 5 и зависают. На заключительном этапе выемки столба автолитовых брекчий 2, тектонические брекчии 3 оставляют в выработанном пространстве 30 в качестве закладочного материала, тем самым снижают разубоживание. Погрузку и доставку автолитовых брекчий к шахтному стволу производят традиционными способами. После обработки верхнего этажа выработанное пространство 30 закладывают. In the second stage, after complete processing of xenotuff breccia 1, the filter 27 and pipe 26 are dismantled. From the unit 6, the base of the column of abolitic breccias 2 is cut and smoothly set, while the column freezes in the worked out space 30, since the casing strings of the wells 19 and 21 are located around its perimeter and do not show resistance when it glides down relative to the latter. In addition, tectonic breccias 3 located on segments of the casing strings 19 and 21, when lowering the column, roll down to its upper base, and breccias located between the segments of the strings 19 and 21 roll down to the side of the enclosing rocks 5 and freeze. At the final stage of excavation of a column of autolithic breccias 2, tectonic breccias 3 are left in the worked out space 30 as filling material, thereby reducing dilution. The loading and delivery of autolithic breccias to the mine shaft is carried out by traditional methods. After processing the upper floor, the worked-out space 30 is laid.

Затем производят отработку нижележащего этажа без формирования в его кровле ПД. Наклонные скважины 19 и 21 бурят из подземных горных выработок для формирования интервалов защемления столба автолитовых брекчий. Задвижку 25 открывают и трубопровод 24 с диспергатором устанавливают на горизонте выпуска. Задвижку 31 на технологической скважине 12 перекрывают и подрешетный продукт подают по трубопроводу 32 в эксплуатационные скважины нижележащего этажа. Устья эксплуатационных скважин при отработке нижележащего этажа без формирования ПЦ закрепляют на консолях в орте 6. Остальные процессы очистной выемки аналогичны процессам, рассмотренным выше. Then, the underlying floor is worked out without the formation of PD in its roof. Inclined wells 19 and 21 are drilled from underground mine workings to form jamming intervals for an autolithic breccia column. The valve 25 is opened and the pipe 24 with the dispersant is installed on the discharge horizon. The valve 31 at the production well 12 is closed and the under-sieve product is fed through the pipeline 32 to the production wells of the underlying floor. The mouths of production wells during the development of the underlying floor without the formation of the PC are fixed on the consoles in the unit 6. The remaining processes of the treatment dredging are similar to the processes discussed above.

Использование изобретения позволит вовлечь в эксплуатацию алмазоносные трубки с высокой эффективностью при минимальных эколого-экономических последствиях на окружающую среду. The use of the invention will allow to bring into operation diamondiferous tubes with high efficiency with minimal environmental and economic consequences on the environment.

Claims

1. METHOD OF BOREHOLE HYDRO-MINING OF USEFUL MINING, including opening the ore body with issuing and production wells, as well as a system of underground mine workings, dividing the ore body into parts, forming at the base of each part of the receiving chamber, supplying a working agent through one well, mineral destruction and transportation pulps from other wells, characterized in that during hydraulic mining of minerals from diamondiferous tubes with a complex structure in the form of a column of autolithic breccias in the xenot ring phobrechia with the inclusion of tectonic breccias, the dispensing well passes outside the tube and a technological well is diametrically located, the tube is divided into parts by a system of underground workings with the formation of floors and the minerals are stage-by-stage destroyed in two stages, while the destruction at the first stage is carried out by abrasive erosion of xenotuff breccia, and in the second stage, the collapse of the column of autolithic breccias by cutting it on the horizon of the receiving chambers and issuing autolithic breccias through the subway mine workings, and a safety pillar is left in the crater part of the tube, the column of autolithic breccias is kept within the floor height during the destruction of xenotuff breccias by tightly jamming it with interval casing strings of the wells, which are inclined with the possibility of contacting the columns of adjacent boreholes with pillar walls lying crosswise .

2. The method according to claim 1, characterized in that the tectonic breccias are left in the worked out space.