СПОСОБ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
METHOD FOR DEVELOPMENT OF ORE DEPOSITS

Изобретение относится к горной промышленности и, в частности, предназначено для подземной разработки рудных месторождений.
Известен способ разработки рудных месторождений в твердых горных породах, включающий разрушение, измельчение рудосодержащей породы, раскрытие минерала с образованием отделившихся зерен и кристаллов путем воздействия на поверхность рудного тела породоразрушающим элементом, имеющим физико-механические свойства, идентичные физико-механическим свойствам рудного тела. При этом в процессе перемещения породоразрушающего элемента вдоль поверхности рудного тела на нее одновременно воздействуют вибрационным движением перпендикулярно этой поверхности [1].
Недостатком известного способа является ограниченная возможность его использования, обусловленная тем, что не представляется возможным использовать породу для формирования твердеющей закладочной смеси. Необходимо предварительно выполнить разделение породы и минералов, что требует организации процесса обогащения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки рудных месторождений, включающий проходку комплекса вскрывающих, подготовительных и нарезных подземных горных выработок, отбойку и доставку руды, управление горным давлением, при этом отработку очистных блоков осуществляют с помощью этажно-камерной системы разработки, или подэтажных штреков, или иными камерными системами с последующей закладкой выработанного пространства отработанных камер хвостами, образующимися при подземном обогащении, транспортирование, подъем до горизонта рудоприемного бункера и полное обогащение добытой руды с помощью подземной обогатительной фабрики, для чего осуществляют проходку стволов, транспортных, вентиляционных и вспомогательных выработок, сооружение технологических камер с установкой в них обогатительного оборудования, включающего установки для дробления, измельчения, классификации руды с грохочением после каждого процесса рудоподготовки, магнитной сепарации, или гравитации, или флотации, или для иных методов обогащения в зависимости от типа обогащаемой руды, обезвоживания, обезвреживания и сушки концентрата и выдачи готового концентрата на земную поверхность, отличающийся тем, что место расположения обогатительной фабрики устанавливают за пределами рудного массива в породах лежачего бока вне сферы влияния сейсмических воздействий от взрывных работ при добыче руды после детальной геомеханической разведки, включающей работы по установлению длительной прочности, устойчивости, способности пород допускать большие площади горизонтального и вертикального обнажения, и по условиям минимальных затрат по направлениям простирания месторождения, вкрест простирания и по глубине от поверхности осуществляют промежуточное складирование текущих хвостов в накопительных камерах, сооружаемых в непосредственной близости от технологической камеры, в которой осуществляют процессы гравитации, флотации, магнитной сепарации или иные процессы получения концентратов с одновременным образованием хвостов с целью уменьшения объемов накопительных камер, отработку очистных блоков осуществляют слоями с закладкой выработанного пространства каждого слоя, а при выходе хвостов свыше 60% оставшуюся часть размещают на поверхности [2].
Недостатком данного способа является ограниченная область использования, обусловленная необходимостью сооружения технологических камер соответствующих по объему габаритам комплекса по рудоподготовке. Данное обстоятельство требует проведения значительного дополнительного объема работ, что увеличивает капитальные затраты, что ведет к ограничению возможности его использования.
Кроме того, данный способ отличает наличие большого объема транспортных операций. Стационарное размещение оборудование обуславливает увеличение расходов на транспортировку добытой руды до установки: дробления, измельчения, классификации руды по мере отработки очистных блоков.
В соответствии с известным способом породы, отбитые при проходке горных выработок, технологических камер и очистных блоков, размещают на поверхности. Данное обстоятельство повышает затраты на проведение разработки рудных месторождений и тем самым ограничивает возможности его использования.
Целью изобретения является расширение возможности использования способа разработки рудных месторождений, снижении объема работ, капитальных затрат и объема транспортных операций.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе разработки рудных месторождений, включающем проходку комплекса вскрывающих, подготовительных и нарезных подземных горных выработок, отбойку и доставку руды, управление горным давлением, при этом отработку очистных блоков осуществляют с помощью камерных систем с последующей закладкой выработанного пространства, транспортирование, подъем до горизонта рудоприемного бункера, для чего осуществляют проходку стволов, транспортных, вентиляционных и вспомогательных выработок, технологических камер за пределами рудного массива в породах лежачего бока с установкой в них установок для дробления, смешивания твердеющей закладочной смеси, в качестве технологических камер используются транспортные (горные) выработки отработанных блоков, установоки выполнены в виде отдельных мобильных модулей, связанных между собой системами подачи компонентов закладочной смеси, включающих отбитую породу, дробление которой выполняется последовательно в двух модулях, при этом первый крупного дробления размещается в подготовительных или нарезаемых горных выработках, а второй - мелкого дробления непосредственно над закладываемым пространством и совмещен с модулем смешивания закладочной смеси, а разгрузка из модуля мелкого дробления осуществляется через приемный лоток и скважину в закладываемое пространство.
Кроме того, дробление горных пород в модуле мелкого дробления обеспечивается до содержания класса - 0,074 не менее 32%.
Известно выполнение установок в виде отдельных мобильных модулей, связанных между собой системами подачи компонентов, при этом первый крупного дробления - размещается в нарезаемых горных выработках, а второй - мелкого дробления непосредственно над закладываемым пространством.
Использование отбитой породы в качестве компонента закладочной смеси известно, при этом используется дробленая порода крупностью 0,5-30, мм, являющаяся заполнителем.
В изобретении дробленая порода используется для образования мелкодисперсной фракции с повышенной активностью поверхности. Это достигается за счет получения ювенильной поверхности дроблением в среде вяжущего наполнителя - цемента. В этом случае дробление породы в модуле мелкого дробления совмещенное со смешиванием закладочной смеси обеспечивает получение нового технического эффекта более прочного закладочного массива при неизменном количестве вяжущего компонента.
Совместное измельчение заполнителя и вяжущего известно, однако в изобретении дробление породы в модуле мелкого дробления, совмещенное со смешиванием, ведется для получения класса - 0,074. При этом достигается максимальное, экономически целесообразное вскрытие поверхностей породы, обеспечивающее контакт с вяжущим компонентом и подвижность твердеющей закладочной смеси. В результате достигается свободное движение смеси по трубопроводам, равномерное, без пустот заполнение закладываемых камер, таким образом, создается новый технический эффект - пластичность твердеющей закладочной смеси.
Дробление пород в модуле мелкого дробления во втором уровне до содержания класса - 0,074 не менее 32% в известных технических решениях не обнаружено. При этом данный отличительный признак обеспечивает высокую подвижность твердеющей закладочной смеси.
На основании выше изложенного можно сделать вывод, что данное изобретение не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Применение заявляемого технического решения позволит расширить возможности использования способа разработки рудных месторождений с твердеющей закладкой выработанного пространства, за счет снижения затрат на его реализацию, обеспечения более качественного заполнения обработанных блоков с формированием твердеющего закладочного массива.
Изобретение поясняется чертежом, где изображена общая, принципиальная технологическая схема подземной разработки рудных месторождений.
Способ разработки рудных месторождений осуществляют следующим образом.
Разработку рудного месторождения ведут с производством проходки подготовительных и нарезных горных выработок. Осуществляют проходку стволов: 1 - главного вентиляционных, вспомогательных (на чертеже условно не показаны), транспортных выработок, последовательно: 2, 3 и 4. Разрабатывают очистную камеру 5. Добываемую руду по транспортной выработке 4 доставляют к рудоприемному бункеру и далее по главному стволу 1 на поверхность или к комплексу обогатительной фабрики (на чертеже условно не показаны). Отбитую породу, извлекаемую при проходке: транспортных выработок 4, подготовительных выработок, очистного блока 5, доставляют к модулю крупного дробления 6, где обеспечивают дробление до размера 35-200 мм. Модуль крупного дробления 6 размещают в непосредственной близости к зоне ведения соответствующих проходческих работ.
Дробленую породу по транспортной системе 7, например скиповому подъемнику или самоходной техникой, подают в модуль мелкого дробления 8, размещенный над закладываемой камерой 9. Из промежуточного модуля - накопителя вяжущего (цемента) 10, последний доставляют в модуль мелкого дробления 8. Для этого используют конвейер 11. Из модуля предварительного складирования дополнительных компонентов 12, (активаторы, доменный шлак, пластификаторы) обеспечивается их подача в модуль мелкого дробления 8 с использованием конвейера 13.
В модуле мелкого дробления 8 обеспечивается дробление породы до содержания класса - 0.074 не менее 32%. При этом одновременно загружается: порода, дробленая в модуле крупного дробления крупной фракции, цемент, компоненты комплексного вяжущего, пластификаторы закладочной смеси. Это обеспечивает совмещение процессов дробления и смешивания. В зависимости от исходного состояния компонентов в процесс дробления подают воду. В качестве модуля мелкого дробления 8 может использоваться конусные инерционные дробилки типа КИД-300, КИД-450, КИД-600, КИД-1200.
Из модуля мелкого дробления 8 готовая закладочная смесь поступает в приемные лотки 14 и далее непосредственно в скважины 15, пробуренные до верхней кровли закладываемой камеры 9. Закладываемая камера отделена от транспортной выработки 3 изолирующей перегородкой 16.
Проходка подготовительных и нарезных горных выработок сопровождается выемкой значительного объема пород. Непосредственно в зоне выемки пород - нарезаемых горных выработках: транспортных, очистных камерах устанавливается модуль крупного дробления 6, в качестве которого может использоваться щековая дробилка типа: ШДС-900, ШДС-1200 обеспечивающие дробление отбитой породы до размеров 35…200 мм.
Дробилка крупного дробления 6 является самостоятельным мобильным модулем, изменение положения которого не требует корректировки технологической схемы. Вследствие малых размеров дробилки нет необходимости, для ее размещения и эксплуатации, в создании дополнительных технологических камер. Достаточно тех, что обеспечиваются транспортными выработками 3, 4 и нишами для разминовки транспортных средств (чертеже условно не показаны). Дробление породы до размеров 35…200 мм позволяет использовать для дальнейшей погрузки и перемещения компактные системы транспортировки малой мощности, не требующие для своего размещения и эксплуатации значительных пространств. Можно использовать, например, ленточные конвейеры с шириной ленты 600 мм.
Размещение модуля крупного дробления 6 в нарезных горных выработках обеспечивает снижение объема транспортных операций с крупно габаритными кусками породы. Близость к месту образования горных пород при проходке горных выработок 4, 5 позволяет повысить эффективность использования установок перемещения крупногабаритных кусков отбиваемой породы.
Дробленая порода поступает в систему транспортировки 7, обеспечивающей ее подъем на вышележащий уровень - транспортные выработки 2. Система транспортировки 7 может представлять собой совокупность скипового подъемника, приемного бункера и ленточного конвейера обеспечивающего доставку до модуля мелкого дробления 8. Выполнение в виде отдельных модулей установок крупного 6 и мелкого дробления 8 позволяет разместить их на удалении друг от друга, обеспечивает независимую их работу, позволяет размещать их в транспортных выработка отработанных 17 и отрабатываемых блоков 5. Исключается необходимость создания специальных технологических камер, что расширяет возможность использования способа в случаях, когда его организация экономически невыгодна.
В качестве модуля мелкого дробления 8 может использоваться конусная инерционная дробилка: КИД - 300, КИД - 450, КИД - 600, КИД - 1200. Размеры дробилок обеспечивают их расположение над приемными лотками 14 скважин 15, через которые твердеющая смесь подается в закладываемую камеру 9. Конусные инерционные дробилки являются автономными агрегатами допускающими их легкое перемещение от одного места подачи твердеющей закладочной смеси - скважин 15 к другому. Это обеспечивает полное и равномерное заполнение закладываемой камеры 9. Кроме того, возможно использование нескольких модулей мелкого дробления 8 одновременно или в комплексе со стационарным закладочным комплексом. Это обеспечивает рост и интенсивность закладочных работ.
В модуле мелкого дробления 8 готовится твердеющая, закладочная смесь включающая: отбитую дробленую породу, вяжущие компоненты, пластификаторы. Все компоненты твердеющей закладочной смеси загружаются в модуль мелкого дробления 8 в требуемых пропорциях. Работа модуля мелкого дробления 8 обеспечивает одновременно дробление горных пород и смешивание их с вяжущими компонентами. При этом обеспечивается качественное изменение состояния поверхности разрушаемых горных пород. В процессе дробления породы обнажаются чистые (ювенильные) поверхности, имеющие большую активность. Присутствующие при этом вяжущие компоненты (например, цемент) непосредственно взаимодействуя с чистыми поверхностями, адсорбируются на них. Дробление, совмещенное со смешиванием, ограничивает взаимодействие образующихся чистых поверхностей породы, с воздухом позволяя им взаимодействовать только с вяжущими компонентами. При этом образуется фрагмент будущей твердеющей закладочной смеси, состоящий из фрагмента горной породы полностью покрытый только вяжущим - цементом. Как следствие обеспечивается более высокая прочность закладочной смеси.
Использование в качестве компонента твердеющей закладочной смеси отбиваемой породы исключает необходимость ее подъем на поверхность, обеспечивает снижение затрат, связанных с реализацией способа разработки, и тем самым расширяет возможность его применения.
Готовая смесь из модуля мелкого дробления подается непосредственно в приемный лоток 14, через который твердеющая закладочная смесь направляется по скважинам 15 в закладываемую камеру 9, обеспечивая ее равномерное заполнение.
Содержание в твердеющей закладочной смеси пород класса - 0,074 не менее 32% обеспечивает ей высокую степень подвижности. Как следствие, обеспечивается беспрепятственное движение твердеющей закладочной смеси по скважинам 15, распределение в закладываемой камере 9. При этом снижается вероятность образования застойных зон, повышается полнота заполнения камер 9. Повышается надежность и эффективность функционирования комплекса по закладке, и как следствие, разработки рудного месторождения в целом.
Повышение в твердеющей закладочной смеси пород класса - 0,074 мм ведет к повышению ее подвижности. Эта тенденция сохраняется до содержания класса - 0,074 мм в размере 32% от общего объема породы. При дальнейшем увеличении содержания в твердеющей закладочной смеси степень подвижности практически не изменяется. В связи с этим увеличивать содержание этого класса более 32% нецелесообразно, так как это ведет к увеличению продолжительности цикла дробления пород в модуле мелкого дробления 8 и соответственно затрат.
При проведении лабораторных испытаний макета предлагаемого изобретения в условиях Учалинского подземного рудника ОАО «Учалинский ГОК», в части п.2, было установлено следующее.
3
При проведении 12 серий опытов было изготовлено 36 опытных партий закладочных смесей и из них сформировано 432 образца закладочных массивов. В различных сериях опытов были получены закладочные смеси с содержанием класса - 0,074 мм от 16 до 59%, плотностью от 1,79 до 2,32 т/дм, растекаемостью от 170 до 230 мм, водоотдачей от 0,5 до 6,5%.
При этом доказано, что наилучшие показатели транспортабельности, растекаемости закладочной смеси и прочности формируемого закладочного массива:
- растекаемость - 185-200 мм;
- угол растекания 3-5 град;
- подвижность по погружению конуса СтройЦНИИла - 135 мм;
- прочность на 14 сутки твердения 1,6 МПа и выше,
обеспечиваются при дроблении горных пород в модуле мелкого дробления до содержания класса - 0,074 не менее 32%.