[go: up one dir, main page]

RU2452858C2 - Underground development method of technogenic deep-lying gravel deposits of permafrost zone - Google Patents

Underground development method of technogenic deep-lying gravel deposits of permafrost zone Download PDF

Info

Publication number
RU2452858C2
RU2452858C2 RU2010127427/03A RU2010127427A RU2452858C2 RU 2452858 C2 RU2452858 C2 RU 2452858C2 RU 2010127427/03 A RU2010127427/03 A RU 2010127427/03A RU 2010127427 A RU2010127427 A RU 2010127427A RU 2452858 C2 RU2452858 C2 RU 2452858C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
ice
filling
technogenic
deep
Prior art date
Application number
RU2010127427/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010127427A (en
Inventor
Валерий Васильевич Киселев (RU)
Валерий Васильевич Киселев
Юрий Аркадьевич Хохолов (RU)
Юрий Аркадьевич Хохолов
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН
Priority to RU2010127427/03A priority Critical patent/RU2452858C2/en
Publication of RU2010127427A publication Critical patent/RU2010127427A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2452858C2 publication Critical patent/RU2452858C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Piles And Underground Anchors (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: development is performed during winter period. First, vertical through wells with diameter of 0.5-0.6 m are drilled from surface above developed mine field, through which ice-water mixture is supplied; ratio of solid phase to liquid phase is 1:3 by volume. Filling mass is erected layer by layer; at that, each layer is frozen with forced blowing using cold atmospheric air from blowdown fan. Thickness of a single layer |Nlayer| is determined from the following ratio: Nlayer=1.5|tamb.|-20, cm, where: 1.5 and 20 - constant coefficients; |tamb| - absolute monthly average ambient air temperature of months during winter period, °C.
EFFECT: invention allows reducing the time required for stowing operations and improving the stowing quality.
2 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу - разработке техногенных россыпей криолитозоны подземным способом, в частности целиков и прибортовых запасов, оставленных в россыпных шахтах (РШ) при первичной отработке месторождения.The invention relates to mining - the development of man-made placer cryolithozones by underground mining, in particular pillars and mining reserves left in alluvial mines (RS) during the initial mining of the deposit.

Известен способ разработки техногенных глубокопогребенных россыпных месторождений Севера, основанный на предварительном единовременном затоплении ранее отработанной РШ водой в весенний период с образованием после ее замерзания ледяного закладочного массива, под защитой которого производится отработка ранее оставленных целиков и прибортовых запасов [1] (Прототип).There is a method of developing technogenic deep-buried alluvial deposits of the North, based on the preliminary simultaneous flooding of previously worked off water in spring with the formation of an ice filling mass after freezing, under the protection of which the previously left pillars and equipment reserves are mined [1] (Prototype).

Несмотря на дешевизну и несложность реализации, основными недостатками данного способа являются:Despite the cheapness and ease of implementation, the main disadvantages of this method are:

- крайне замедленный темп замерзания большого объема воды, имеющей положительную (4-6°C) температуру в выработанном пространстве отработанной РШ, затягивающийся на несколько лет (от 3 до 8);- extremely slow freezing rate of a large volume of water having a positive (4-6 ° C) temperature in the worked-out space of the spent RC, dragging on for several years (from 3 to 8);

- невозможность скорейшей повторной отработки техногенных песков;- the impossibility of speedy re-mining of industrial sand;

- залитая в отработанную РШ вода, являясь активным растеплителем, способствует оттайке мерзлых пород бортов и кровли горных выработок, целиков, снижая их прочностные свойства;- the water poured into spent RS, being an active thawer, contributes to the thawing of frozen rocks on the sides and the roof of mine workings, pillars, reducing their strength properties;

- не исключены завалы горных выработок и провалы земной поверхности при возможных деформациях растепленных целиков и пород кровли горных выработок;- blockages of mine workings and failures of the earth's surface during possible deformations of thawed pillars and rocks of the roof of mine workings are not excluded;

- замерзание залитой в выработанное пространство ранее отработанной РШ воды происходит только за счет кондуктивного теплообмена с окружающими мерзлыми горными породами, имеющими температуру -5÷-8°C, а возможность использования конвективного теплообмена с холодным атмосферным воздухом исключена;- the freezing of previously exhausted RF water that has been poured into the mined space takes place only due to conductive heat exchange with surrounding frozen rocks having a temperature of -5 ÷ -8 ° C, and the possibility of using convective heat exchange with cold atmospheric air is excluded;

- сдвижение оттаявших пород кровли выработок и деформация целиков уменьшает их высоту, что затрудняет ведение горных работ;- the shift of thawed rocks of the roof of the mine workings and the deformation of the pillars reduces their height, which makes it difficult to conduct mining operations;

- обрушивающиеся породы в пределах выработанного пространства РШ способствуют разубоживанию техногенных песков.- collapsing rocks within the developed space of the CW contribute to the dilution of man-made sand.

Предлагается подземный способ разработки техногенных глубокопогребенных россыпных месторождений криолитозоны, включающий предварительное возведение в зимнее время в открытом выработанной пространстве ранее отработанной РШ ледяного закладочного массива, образуемого путем дозированной подачи водо-ледяной смеси через сквозные скважины, пробуриваемые с поверхности, отличающийся тем, что закладочный массив возводят послойно, при этом каждый слой промораживается принудительным обдувом холодным атмосферным воздухом, нагнетаемым вентилятором, причем отношение твердой и жидкой фаз в закладочной смеси составляет 1:3 по объему, а толщину единичного слоя |Nсл.|, определяют из соотношения:An underground method is proposed for the development of technogenic deep-buried alluvial deposits of cryolithozone, including the preliminary erection in winter time in the open mined area of the previously worked off ice of the ice filling array formed by the dosed supply of an ice-water mixture through through bores drilled from the surface, characterized in that the filling array is erected layer by layer, with each layer being frozen by forced blowing with cold atmospheric air pumped by a vent insulator, wherein the ratio of the solid and liquid phases in the filling mixture is 1: 3 by volume, and the unit layer thickness | N seq. |, determined from the ratio:

Nсл.=1,5|tН.В.|-20, см,N word = 1.5 | t N.V. | -20, cm,

где 1,5 и 20 - постоянные коэффициенты;where 1,5 and 20 are constant coefficients;

|tН.В.| - абсолютное значение среднемесячной температуры наружного воздуха зимних месяцев.| t N.V. | - the absolute value of the average monthly outdoor temperature of the winter months.

Реализация способа будет способствовать решению ряда технических и экологических задач:The implementation of the method will contribute to solving a number of technical and environmental problems:

- значительное снижение продолжительности (до 6-7 месяцев) ведения закладочных работ в отработанной РШ за счет высокой скорости промораживания укладываемых слоев водо-ледяной смеси, имеющей низкую (околонулевую) температуру;- a significant reduction in the duration (up to 6-7 months) of filling operations in the spent fuel mix due to the high rate of freezing of stacked layers of the water-ice mixture having a low (near-zero) temperature;

- снижение разубоживания техногенных песков;- reduction of dilution of man-made sand;

- качественное и равномерное промораживание послойно заполненного водо-ледяной смесью пространства РШ без образования таликовых зон;- high-quality and uniform freezing of the FS space layer-by-layer filled with an ice-water mixture without the formation of talik zones;

- высокие компрессионные свойства полученного ледяного закладочного массива, исключающие образование провалов земной поверхности.- high compression properties of the obtained ice filling mass, excluding the formation of dips on the earth's surface.

Кроме этого, быстрое замораживание слоя водо-ледяной закладочной смеси, имеющей околонулевую начальную температуру за счет интенсивного обдува холодным атмосферным воздухом, препятствует растеплению целиков, сохраняя их компрессионные свойства, обеспечивая тем самым безопасность ведения горных работ.In addition, the rapid freezing of a layer of a water-ice filling mixture having a near-zero initial temperature due to intensive blowing with cold atmospheric air prevents thawing of pillars, preserving their compression properties, thereby ensuring the safety of mining operations.

Требуемый технический результат при реализации изобретения предполагается получить с учетом климатических, геокриологических особенностей региона, а также при максимальном использовании естественных (природных) ресурсов криолитозоны:The required technical result in the implementation of the invention is expected to be obtained taking into account the climatic, geocryological features of the region, as well as with the maximum use of natural (natural) resources of the permafrost zone:

- длительный зимний период с экстремально низкими температурами;- A long winter period with extremely low temperatures;

- наличие многолетнемерзлых дисперсных горных пород, обладающих высокой теплоемкостью и прочностью в мерзлом состоянии;- the presence of permafrost dispersed rocks with high heat capacity and strength in the frozen state;

- наличие естественного холода как атмосферного (высокопотенциального), так и аккумулированного горными породами.- the presence of natural cold, both atmospheric (high potential) and accumulated by rocks.

Введенные в формулу изобретения такие существенные признаки, как использование льдоводяной смеси и способа послойной закладки выработанного пространства, обеспечивают возможность ведения всех работ в зимний период, исключая тем самым образование таликов, обеспечивая хорошие компрессионные свойства, а также высокую скорость возведения ледяного закладочного массива.The essential features introduced into the claims, such as the use of an ice-water mixture and a layered method for laying out the worked out space, make it possible to carry out all work in the winter, thereby eliminating the formation of taliks, providing good compression properties, as well as a high speed of erection of the ice filling mass.

Следующий существенный признак заключается в том, что в качестве твердого наполнителя закладочной смеси используется лед, широко распространенный, легко получаемый в зимний период и дешевый материал, обладающий высокой теплоемкостью, быстро снижающий температуру смеси до нулевой отметки и обеспечивающий тем самым высокую скорость охлаждения и последующего промораживания закладочного слоя за счет холода, аккумулированного горными породами.The next significant feature is that ice is used as a solid filler in the filling mixture, which is widespread, easily obtained in winter, and cheap material with high heat capacity, quickly reducing the temperature of the mixture to zero and thereby ensuring high cooling and subsequent freezing speed the backfill layer due to the cold accumulated by the rocks.

Другой существенный признак заключается в том, что каждый возведенный слой закладочного массива дополнительно промораживается атмосферным воздухом (холодом) без использования энергетических установок, значительно ускоряя процесс его замерзания при экономии материальных затрат.Another significant feature is that each erected layer of the backfill array is additionally frozen with atmospheric air (cold) without the use of power plants, significantly accelerating the process of freezing while saving material costs.

Заявляемый способ поясняется двумя чертежами (Фиг.1 и Фиг.2). На Фиг.1 представлен план отработанной РШ, технологический комплекс с расстановкой всего оборудования, отражающий все стадии ведения работ по отработке техногенных запасов при практической реализации способа, а на Фиг.2 - поперечный разрез.The inventive method is illustrated by two drawings (Figure 1 and Figure 2). Figure 1 presents the plan of the spent RS, a technological complex with the arrangement of all equipment, reflecting all the stages of work on the development of technogenic reserves in the practical implementation of the method, and Figure 2 is a transverse section.

Условные обозначения, принятые на чертежах:Symbols adopted in the drawings:

1 - поверхность земли;1 - the surface of the earth;

2 - выработанное пространство отработанной РШ;2 - the worked-out space of the spent RS;

3 - верхняя граница техногенного пласта песков;3 - the upper boundary of the technogenic layer of sand;

4 - сквозные вертикальные скважины, предназначенные для подачи закладочной смеси (воды с колотым льдом);4 - through vertical wells intended for supplying filling mixture (water with crushed ice);

5 - вентиляционные скважины;5 - ventilation wells;

6 - водохранилище;6 - reservoir;

7 - водяной насос;7 - water pump;

8 - водяной трубопровод;8 - water pipeline;

9 - колотый лед;9 - crushed ice;

10 - возведенный закладочный (водо-ледяной) слой;10 - erected filling (water-ice) layer;

11 - нагнетательный вентилятор;11 - discharge fan;

12 - вентиляционный рукав;12 - ventilation sleeve;

13 - ленточные целики;13 - tape pillars;

14 - прибортовые запасы техногенных песков.14 - instrument stocks of industrial sand.

Реализацию заявляемого способа на практике осуществляют следующим образом. Вначале, в зимний период с земной поверхности 1 в пределах выработанного пространства ранее отработанной РШ 2, пробуриваются до верхней границы техногенного пласта песков 3 серии сквозных вертикальных скважин 4 (диаметром 500-600 мм), предназначенных для подачи водо-ледяной закладочной смеси. Кроме этого, на границах отработанного шахтного поля пробуриваются две вентиляционные скважины 5 того же диаметра. В закладочные скважины при достижении устойчивой отрицательной среднесуточной температуры атмосферного воздуха (tсp. сут.≈-10°С) из водохранилища 6 насосом 7 по трубопроводу 8 подается вода вперемешку с колотым льдом 9 с образованием водо-ледяной смеси (соотношение твердой и жидкой фаз смеси 1:3 по объему), которой заполняется все выработанное пространство отработанной РШ слоем мощностью 0,3÷0,5 м с образованием закладочного массива 10. Затем закладочные скважины временно закрывают и осуществляют продувку выработанного пространства РШ холодным атмосферным воздухом, нагнетаемым вентилятором 11 по вентиляционному рукаву 12 до полного замерзания возведенного слоя водо-ледяной закладки (t≈-10°С).The implementation of the proposed method in practice is as follows. Initially, during the winter period, from the earth's surface 1, within the worked-out area of the previously worked-out RS 2, they are drilled to the upper boundary of the technogenic sand layer 3 of a series of through vertical wells 4 (with a diameter of 500-600 mm) intended for supplying an ice-water filling mixture. In addition, two ventilation wells 5 of the same diameter are drilled at the boundaries of the spent mine field. In stowing the well when reaching a stable negative average daily atmospheric temperature (t cp. D. ≈-10 ° C) from the reservoir 6 pump 7 through line 8 is supplied with water mixed with crushed ice 9 to form a water-ice mixture (ratio of solid and liquid phases mixture 1: 3 by volume), which fills the entire worked-out space of the spent oil and gas layer with a thickness of 0.3 ÷ 0.5 m to form a filling array 10. Then, the filling wells are temporarily closed and the exhausted space is purged with cold th atmospheric air blowing fan 11 to the vent hose 12 to complete freezing erected layer of water-ice Bookmarks (t≈-10 ° C).

После этого с выполнением вышеописанных операций выкладывается второй слой водо-ледяной закладочной смеси с его последующей проморозкой и так далее до полной закладки всего выработанного пространства РШ.After that, with the above operations, the second layer of the water-ice filling mixture is laid out with its subsequent freezing and so on until the complete laying of the entire worked out space of the RS.

На летнее время заложенная льдом РШ консервируется, а в следующий зимний период по традиционной технологии восстанавливаются (или проходятся заново) вскрывающие и вентиляционные выработки, а затем подготовительные и нарезные выработки (по льду). После этого приступают к отработке ленточных целиков 13 и прибортовых запасов техногенных песков 14. Образовавшееся выработанное пространство может быть также заложено ледяной закладкой по вышеописанной технологии. Не исключено использование в качестве закладочного материала хвостов обогащения песков, а также затопление отработанной шахты вешними водами в весенний период.In summertime, the ice rush laid by ice is preserved, and in the next winter period, opening and ventilation openings, and then preparatory and rifted openings (on ice) are restored (or re-run) using traditional technology. After that, they begin to work out the tape pillars 13 and the instrument stocks of technogenic sands 14. The formed worked-out space can also be laid with an ice bookmark using the technology described above. It is not ruled out that sand enrichment tailings can be used as filling material, as well as flooding of the spent mine by spring water in the spring.

Основные преимущества предлагаемого способа:The main advantages of the proposed method:

- безопасность ведения работ;- safety of work;

- дешевизна закладочного материала;- the cheapness of the filling material;

- невысокая трудоемкость возведения закладочных массивов;- low complexity of the construction of filling arrays;

- высокая механизация и низкие затраты на проходку скважин;- high mechanization and low cost of drilling;

- низкие материальные затраты на приобретение оборудования и выполнение всех видов работ;- low material costs for the purchase of equipment and the implementation of all types of work;

- небольшое количество технологических операций;- a small number of technological operations;

- низкие затраты на проморозку закладочных массивов за счет использования высокопотенциального естественного (атмосферного) холода;- low costs of freezing filling arrays through the use of high-potential natural (atmospheric) cold;

- высокая скорость замораживания послойно возводимых закладочных массивов;- high speed freezing layer by layer erected stowing arrays;

- высокие компрессионные свойства возведенных закладочных массивов, обеспечивающих безопасность ведения работ и целостность земной поверхности;- high compression properties of the erected filling arrays, ensuring the safety of work and the integrity of the earth's surface;

- стабилизация температурного режима и обеспечение сплошности техногенно нарушенного горного массива.- stabilization of the temperature regime and ensuring the continuity of the technologically disturbed mountain range.

Источники информацииInformation sources

1. Бадмаев Р.С., Горлов Ю.А., Душкин А.И., Технология подземной разработки россыпей с минимальными потерями в недрах, Колыма, 1980, №2, с.4-7.1. Badmaev RS, Gorlov Yu.A., Dushkin AI, The technology of underground mining of placers with minimal losses in the bowels, Kolyma, 1980, No. 2, p. 4-7.

Claims (1)

Подземный способ разработки техногенных глубокопогребенных россыпных месторождений криолитозоны, включающий предварительное возведение в зимнее время в открытом выработанном пространстве ранее отработанной россыпной шахты ледяного закладочного массива, образуемого путем дозированной подачи водоледяной смеси через сквозные скважины, пробуриваемые с поверхности, отличающийся тем, что закладочный массив возводят послойно, при этом каждый слой промораживают принудительным обдувом холодным атмосферным воздухом, нагнетаемым вентилятором, причем отношение твердой и жидкой фаз в закладочной смеси составляет 1:3 по объему, а толщину единичного слоя |Nсл| определяют из соотношения:
Nсл=1,5|tH.B.|-20, см,
где 1,5 и 20 - постоянные коэффициенты;
|tН.B.| - абсолютное значение среднемесячной температуры наружного воздуха зимних месяцев, °C.
An underground method for developing technogenic deep-buried alluvial deposits of cryolithozone, including the preliminary erection in winter time of the previously worked out alluvial mine of an ice filling array formed in the open mined space by dosed supply of an ice-ice mixture through through holes drilled from the surface, characterized in that the filling array is erected in layers, wherein each layer is frozen by forced blowing with cold atmospheric air pumped by a valve torus, and the ratio of solid and liquid phases in the filling mixture is 1: 3 by volume, and the thickness of a single layer | N sl | determined from the ratio:
N SL = 1.5 | t HB | -20, cm,
where 1,5 and 20 are constant coefficients;
| t H. B. | - the absolute value of the monthly average outdoor temperature of the winter months, ° C.
RU2010127427/03A 2010-07-02 2010-07-02 Underground development method of technogenic deep-lying gravel deposits of permafrost zone RU2452858C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010127427/03A RU2452858C2 (en) 2010-07-02 2010-07-02 Underground development method of technogenic deep-lying gravel deposits of permafrost zone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010127427/03A RU2452858C2 (en) 2010-07-02 2010-07-02 Underground development method of technogenic deep-lying gravel deposits of permafrost zone

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010127427A RU2010127427A (en) 2012-01-10
RU2452858C2 true RU2452858C2 (en) 2012-06-10

Family

ID=45783483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010127427/03A RU2452858C2 (en) 2010-07-02 2010-07-02 Underground development method of technogenic deep-lying gravel deposits of permafrost zone

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2452858C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1980000361A1 (en) * 1978-08-03 1980-03-06 Graenges Ab A method of selective underground mining and stabilization of rock cavities
SU1102998A1 (en) * 1983-01-12 1984-07-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов Arrangement for constructing ice strip supports
RU2009329C1 (en) * 1990-10-01 1994-03-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов "ВНИИ-1" Method for formation of filling mass under permafrost conditions
RU2150586C1 (en) * 1998-07-14 2000-06-10 Институт горного дела Севера СО РАН Method of formatting ice-rock stow in mine working

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1980000361A1 (en) * 1978-08-03 1980-03-06 Graenges Ab A method of selective underground mining and stabilization of rock cavities
SU1102998A1 (en) * 1983-01-12 1984-07-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов Arrangement for constructing ice strip supports
RU2009329C1 (en) * 1990-10-01 1994-03-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов "ВНИИ-1" Method for formation of filling mass under permafrost conditions
RU2150586C1 (en) * 1998-07-14 2000-06-10 Институт горного дела Севера СО РАН Method of formatting ice-rock stow in mine working

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БАДМАЕВ Р.С. и др. Технология подземной разработки россыпей с минимальными потерями в недрах. - Колыма, 1980, №2, с.4-7. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010127427A (en) 2012-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103291325B (en) The preventing control method of Coal-mining Above Confined-water floor strata gushing water
CN109751029B (en) Deep shale gas fracturing method
CN108894782B (en) Low-temperature frost heaving cracking induced ore body caving mining method
CN106950077A (en) A kind of prismatical joint rock mass sampling method
Wang et al. Study on the Formation Law of the Freezing Temperature Field of Freezing Shaft Sinking under the Action of Large‐Flow‐Rate Groundwater
CN102926753B (en) Deep hole caving backfilling stoping method for artificially freezing stope roof
Varol et al. Grouting applications in the Istanbul metro, Turkey
CN110847954A (en) Method for re-mining empty coal seam by accumulated water in tool post type residual mining area with top plate being frozen in sections
Wang et al. Research and application of the local differential freezing technology in deep alluvium
RU2452858C2 (en) Underground development method of technogenic deep-lying gravel deposits of permafrost zone
RU2723317C1 (en) Method of erection of artificial safety ice-broken pillars at development of deposits in cryolite zone
CN113586022A (en) Method and device for increasing production and improving natural gas hydrate reservoir by freezing and fracturing
CN108086958A (en) Gas hydrates frost well cementation hydrogen-oxygen displacement harmonic extraction method
Auld et al. Application of artificial ground freezing
RU2386033C1 (en) Protection method of mine openings against water inrush from side of water course in conditions of permafrost
Sakharov Modern approaches to the design of bases and foundations at permafrost zone sites with account for the effects of global warming
SU1737118A1 (en) Mining method for steep deposits
CN108194083B (en) A joint realization method of honeycomb mining and strategic oil storage
Goldburg Selection Methodology as Between Competing Micellar-Polymer Designs
RU2601704C1 (en) Method of raising artificial pedestal-shaped pillars in alluvial wells of permafrost zone
CN119333141B (en) A method for strip mining and comprehensive space utilization of open-pit mine end-wall coal
Péwé Permafrost—and its affects on human activities in arctic and subarctic regions
RU2314421C1 (en) Method for worked-out pit and caving area reclamation in permafrost zones
Vakulenko Feasibility of ground freezing as potential stabilizing measure for tunnelling through soil filled depression at Bergåsen road tunnel
Talalay Drilling Challenges and Drilling Methods in the Polar Regions

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170703