RU2278973C1

RU2278973C1 - Method for bore mining of underground mineral formations

Info

Publication number: RU2278973C1
Application number: RU2004136369/03A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Алексеевич Лаврушин (RU); Геннадий Алексеевич Лаврушин; Елена Геннадьевна Лаврушина (RU); Елена Геннадьевна Лаврушина; Михаил Иванович Звонарев (RU); Михаил Иванович Звонарев
Original assignee: Дальневосточный государственный технический университет
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-27
Also published as: RU2004136369A

Abstract

FIELD: geotechnology, particularly bore mining in wide range of mining and geological conditions.

SUBSTANCE: method involves drilling bore extending for the full thickness of underground mineral formation; cutting the underground mineral formation in chamber coaxial to the bore with the use of water-jet devices. Before hydraulic formation cutting rock massif is moistened by supplying pressurized water in bore for a time period enough to expand moistened zone for necessary distance, wherein water pressure is less than pressure of hydraulic formation cutting. After formation moistening water-jet device is lowered in the bore to cut mineral in moistened zone adjoining the bore. After that formation moistening and cutting operations are repeated to create chamber having predetermined dimensions.

EFFECT: reduced power inputs for hydraulic rock cutting.

2 dwg

Description

Изобретение относится к геотехнологии и может быть использовано при скважинной гидродобыче полезных ископаемых в широком диапазоне горно-геологических условий.The invention relates to geotechnology and can be used in downhole hydraulic mining in a wide range of geological conditions.

Известен способ скважинной разработки подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной (см. а.с. СССР № 1671861, кл. Е 21 С 45/00, 1989).There is a method of borehole development of underground mineral formations, including opening them with a borehole at the entire formation capacity and working out the last chamber coaxial with the well (see AS USSR No. 1671861, class E 21 C 45/00, 1989).

Недостаток этого решения в том, что при отработке формаций мощностью свыше 10 м наблюдается неконтролируемое разрушение бортов камеры и, как следствие этого, обрушение вышележащих пород, покрывающих камеру.The disadvantage of this solution is that when mining formations with a thickness of more than 10 m, there is an uncontrolled destruction of the sides of the chamber and, as a result of this, the collapse of the overlying rocks covering the chamber.

Известен также способ скважинной разработки подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, с использованием гидромониторов (см. а.с. СССР № 1671861, кл. Е 21 С 45/00, 1989).There is also known a method for borehole development of underground mineral formations, including opening them with a borehole at the entire formation power and working out the last chamber, coaxial with the borehole, using hydraulic monitors (see AS USSR No. 1671861, class E 21 C 45/00, 1989).

Недостаток этого решения в том, что при реализации способа велик расход энергии на процесс гидроотбойки, что требует использования мощного гидромониторного оборудования.The disadvantage of this solution is that when implementing the method, the energy consumption for the process of hydraulic breaking is large, which requires the use of powerful hydraulic monitoring equipment.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в снижении энергоемкости процесса гидроотбойки.The problem to which the claimed solution is directed is expressed in reducing the energy intensity of the process of hydraulic breaking.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в снижении расхода энергии на гидроотбойку и исключении необходимости использования мощного гидромониторного оборудования.The technical result achieved by solving the problem is expressed in reducing the energy consumption for hydraulic breakdown and eliminating the need to use powerful hydraulic monitoring equipment.

Поставленная задача решается тем, что способ скважинной разработки подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, с использованием гидромониторов, отличается тем, что до начала процесса гидроотбойки материала формации осуществляют увлажнение массива, подлежащего отбойке, подачей в скважину воды при давлении, меньшем давления, необходимого при гидроотбойке данного полезного ископаемого, и по истечении времени, необходимого для распространения границы увлажненного массива на заданную величину, в скважину вводят гидромониторный агрегат, посредством которого отбивают массив полезного ископаемого в прилегающей к скважине увлажненной зоне, после чего работы по увлажнению массива и его последующей гидроотбойке повторяют до выхода на проектные размеры камеры.The problem is solved in that the method of borehole development of underground mineral formations, including opening them with a borehole at the entire power of the formation and working out the last chamber, coaxial with the well, using hydraulic monitors, differs in that before the start of the process of hydraulic breaking of the formation material, the array to be moistened breaking, supplying water to the well at a pressure less than the pressure required during the hydraulic breaking of a given mineral, and after the time required for extending the boundary of the humidified massif by a predetermined amount, a hydromonitor unit is introduced into the well, by means of which the mineral mass is beaten off in the moistened zone adjacent to the well, after which the moisturizing of the massif and its subsequent hydraulic breaking are repeated until the chamber reaches its design dimensions.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks:

Признаки «...что до начала процесса гидроотбойки материала формации осуществляют увлажнение массива, подлежащего отбойке...» приводят к предварительному разупрочнению массива - пласт полезного ископаемого (в частности, угля) пронизан системой естественных трещин (является конгломератом трещин), а это приводит к тому, что под воздействием воды происходит его расклинивание и изменение механического состояния массива, при этом прочность материала формации снижается на 50-60%.The signs "... that before the start of the process of hydraulic breaking of the material of the formation, the array to be blasted is moistened ..." lead to preliminary softening of the array - the mineral layer (in particular coal) is penetrated by a system of natural cracks (it is a conglomerate of cracks), and this leads to to the fact that under the influence of water its wedging occurs and the mechanical state of the array changes, while the strength of the formation material decreases by 50-60%.

Признаки «...подачей в скважину воды при давлении, меньшем давления, необходимого при гидроотбойке данного полезного ископаемого» задают режимные характеристики процесса увлажнения.The signs "... by supplying water to the well at a pressure less than the pressure required during the hydraulic breaking of a given mineral" set the operational characteristics of the humidification process.

Признаки «...по истечении времени, необходимого для распространения границы увлажненного массива на заданную величину, в скважину вводят гидромониторный агрегат, посредством которого отбивают массив полезного ископаемого в прилегающей к скважине увлажненной зоне» обеспечивают взаимодействие струи гидромониторного агрегата с разупрочненным материалом, что снижает энергоемкость процесса гидроотбойки.The signs "... after the time required to extend the boundary of the moistened massif by a predetermined amount, a hydromonitor unit is introduced into the well by means of which a mineral array is beaten off in the moistened zone adjacent to the well" ensure the interaction of the jet of the hydromonitor aggregate with a weakened material, which reduces the energy consumption process of hydraulic breaking.

Признаки «...работы по увлажнению массива и его последующей гидроотбойке повторяют до выхода на проектные размеры камеры» обеспечивают полную отработку материала формации в пределах проектного контура камеры в случаях пониженной проницаемости массива.The signs “... the work of moistening the array and its subsequent hydraulic breakdown is repeated until reaching the design chamber dimensions” ensure the complete development of the formation material within the design circuit of the chamber in cases of reduced permeability of the array.

На фиг.1 показан разрез по оси камеры, на фиг.2 - выполнение нижнего конца става гидромониторного агрегата (при размещении трубопровода в специальной полости, изолированной от полости става).In Fig.1 shows a section along the axis of the chamber, in Fig.2 - the implementation of the lower end of the stav of the hydraulic unit (when placing the pipeline in a special cavity isolated from the cavity of the stav).

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Формацию 1 до ее нижней границы вскрывают скважиной 2 (на участке скважины, не лежащем в пределах формации, целесообразно разместить обсадную трубу или иным образом изолировать его от контакта с водой). Далее скважину подключают к источнику воды 3 (например, водоему или емкости соответствующего размера) трубопроводом 4 и заполняют ее водой и обеспечивают напор до 10 атмосфер (при глубине скважины порядка 100 м статического давления водяного столба заполняющего ее, будет вполне достаточно для поддержания процесса пропитки угольного массива без дополнительного применения насосного оборудования 5), достаточный для увлажнения массива, прилегающего к скважине и подлежащего отбойке. Пропитка приводит к предварительному разупрочнению массива, поскольку пласт полезного ископаемого (в частности, угля) пронизан системой естественных трещин (является конгломератом трещин), а это приводит к тому, что под воздействием воды происходит его расклинивание и изменение механического состояния массива, при этом прочность материала формации снижается на 50-60%.Formation 1 is opened to its lower boundary by borehole 2 (it is advisable to place a casing or otherwise isolate it from contact with water in a section of the well that does not lie within the formation). Next, the well is connected to a water source 3 (for example, a reservoir or containers of an appropriate size) with a pipe 4 and filled with water and provides a pressure of up to 10 atmospheres (at a well depth of about 100 m the static pressure of the water column filling it will be enough to support the coal impregnation process array without additional use of pumping equipment 5), sufficient to moisten the array adjacent to the well and subject to breakage. Impregnation leads to preliminary softening of the massif, since the mineral layer (in particular, coal) is penetrated by a system of natural cracks (it is a conglomerate of cracks), and this leads to its wedging and change in the mechanical state of the massif, while the strength of the material formation is reduced by 50-60%.

Далее, в скважину вводят скважинный гидромониторный агрегат 6 известной конструкции, став которого известным образом разделен на два канала, один из которых обеспечивает подвод воды к гидромониторному агрегату 6 от источника воды 3, а второй обеспечивает отвод пульпы.Further, a downhole hydraulic monitor unit 6 of a known design is introduced into the well, becoming in a known manner divided into two channels, one of which provides water supply to the hydraulic monitor unit 6 from the water source 3, and the second provides pulp discharge.

С помощью гидромониторного агрегата производят круговой размыв полезного ископаемого на полную мощность формации в пределах предварительно увлажненного объема 7 массива. Поскольку речь идет об отбойке предварительно разуплотненного массива, рабочее давление воды в мониторе составляет порядка 50-60% от давления, необходимого для отбойки массива с исходной прочностью. Если естественная проницаемость массива не позволяет за один раз осуществить отбойку массива в пределах проектного контура 8 камеры, после гидроотбойки первоначально увлажненного объема полезного ископаемого операцию увлажнения массива повторяют, пока не достигнут проектного контура 8 камеры.Using a hydromonitor unit, a circular erosion of minerals is carried out at the full capacity of the formation within the previously moistened volume of the 7th array. Since we are talking about breaking the previously decompressed array, the working pressure of the water in the monitor is about 50-60% of the pressure needed to break the array with the original strength. If the natural permeability of the array does not allow breaking the array within the design contour 8 of the chamber at one time, after hydrotherapy of the initially moistened volume of minerals, the moistening of the array is repeated until the design contour 8 of the chamber is reached.

После полной выемки объема полезного ископаемого в камере аналогично отрабатывают новую камеру (не показана). В процессе ее выемки в выработанное пространство ранее отработанной камеры сбрасывают хвосты, получаемые при обогащении материала формации, добытого из нее (хвосты, полученные в процессе выемки первой камеры, временно складируют на поверхности и начинают сбрасывать в выработанное пространство после полного окончания первой камеры).After a complete extraction of the mineral volume in the chamber, a new chamber (not shown) is likewise worked out. In the process of its extraction into the worked out space of the previously worked out chamber, the tails obtained by enriching the formation material extracted from it are dumped (the tails obtained in the process of excavating the first chamber are temporarily stored on the surface and begin to be dumped into the worked out space after the first chamber is completely finished).

Claims

The method of borehole development of underground mineral formations, including opening them with a borehole at the entire formation power and working out the last chamber, coaxial with the borehole, using hydraulic monitors, characterized in that prior to the start of the process of hydraulic breaking of the formation material, the array to be bumped is wetted with water at a pressure less than the pressure required during the hydraulic breakdown of a given mineral, and after the time necessary for the distribution of the humidified boundary the array by a predetermined amount, a hydromonitor unit is introduced into the well, by means of which the mineral array is beaten off in the humidified zone adjacent to the well, after which the moistening of the array and its subsequent hydraulic breakdown are repeated until the chamber reaches its design dimensions.