НЕПРЕРЫВНАЯ ВЫЕМКА
CONTINUOUS GROOVE

Настоящая заявка на изобретение относится к способу подземной разработки месторождения, который обеспечивает непрерывное извлечение руды. В частности, она относится к способу выемки, включающему предразрушение горной породы, как способ подготовки горной породы для повышения ее чувствительности к обрушению и дроблению, а также заявка относится к системе обработки рудного материала, которая обладает следующими основными характеристиками: одновременное извлечение из нескольких пунктов выпуска и транспортировка при помощи стационарного оборудования к главным системам транспортировки. Все указанные процессы выполняются непрерывным образом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Полный процесс выемки включает два основных этапа: дробление горной породы и ее последующую транспортировку. Целью первого этапа является преобразование твердого материала, который является естественным состоянием залежи руды, в измельченный материал, а целью второго этапа является транспортировка измельченного материала в пункт конечного назначения.
При разработке с использованием обрушения, разрушение породы само по себе является непрерывным процессом дробления и измельчения, использующим природные силы тяжести и тектонической активности для достижения своей цели. Указанный процесс происходит вследствие дисбаланса, обусловленного извлечением добываемых фрагментов, т.е. каждый раз при выемке некоторого количества измельченного материала, нарушается положение равновесия, что приводит к дальнейшему дроблению и измельчению, а значит, к большему разрушению породы.
Однако, при использовании обычных систем разработки с использованием обрушения, обработка материала, включающая извлечение (погрузку) руды, доступной в пунктах, и ее транспортировку к пункту назначения, происходит дискретным и прерывистым образом; дискретным образом из-за того, что извлечение производится не одновременно со всех пунктов, где доступна руда, а только из части из них; и прерывистым образом из-за того, что извлечение производится при помощи колесных погрузчиков, работающих по циклу, который включает: погрузку, перемещение до отвала, выгрузку и перемещение обратно для погрузки следующего ковша. Обычно, такой ковш руды, извлеченной дискретным и прерывистым образом, сваливается в шахты, служащие бункерами, в которых она опять загружается с интервалами в железнодорожные вагоны или грузовики для транспортировки до поверхности.
Таким образом, весь процесс основан на дискретном и прерывистом процессе транспортировки, т.к. разрушение породы зависит от транспортировки. Поэтому для реализации совершенно нового непрерывного процесса требуется система непрерывной транспортировки материала.
Концепция «непрерывной выемки» включает в себя этап изменения характеристик толщи горных пород, в которой расположены залежи руды, этот этап называют «предразрушением». На указанном этапе на месте повышается степень трещинообразования толщи горных пород, для обеспечения на следующем этапе обрушения измельченного материала с размерами, подходящими для непрерывной и автоматической системы обработки материала. Еще один основной аспект использования предразрушения - это обеспечение того, что разрушение горной породы будет происходить с постоянной скоростью, совпадающей со скоростью процесса извлечения.
Известно, что при выборе способа разработки учитывают расположение и глубину залегания руды, геометрию залежи (пласт, прослойка, массив) и качество материнской минеральной порода, и указанный выбор основан на нескольких комбинациях подобных элементов, с известными различными решениями для каждого случая. С другой стороны, за последние 100 лет системы разработки, за исключением, добычи угля, изменили конструкцию добычи, так чтобы использовать современное оборудование строительной промышленности и оборудование сдвижения пород. Совершенствование подобного оборудования (фронтальные погрузчики, вагонетки и т.д.) происходит в основном благодаря тому, что в строительной промышленности продуктивность является решающим фактором успешности предприятия.
Поэтому очевидно, что предложенная концепция непрерывной выемки разрушает обе парадигмы. Первую - благодаря тому, что этот процесс не подгоняют под параметры горной породы, а качество этой породы модифицируют на месте для подгонки к эффективному процессу разрушения и извлечения горной породы; а вторую - потому, что больше не используется оборудование строительной промышленности, т.к. данный способ требует специально разработанного оборудования.
Непрерывная выемка разрабатывается как высокомеханизированный и автоматизированный процесс, позволяющий инвестировать основные ресурсы в оборудование и инфраструктуру. Идея заключается в том, что выемка производится от 18 до 22 ч в день и 360 дней в году при полной производительности и в среде, соответствующей высоким стандартам безопасности и гигиены труда.
Способ непрерывной выемки скорее является процессом выемки с непрерывным и постоянным потоком руды от залежи на обрабатывающий завод, который можно сравнить с «горнодобывающим заводом», на входном конце которого идет подача запасов породы, находящихся прямо на месте, а на выходном конце получают обработанную горную породу.
Способ относится в основном к обеспечению непрерывности потока руды от природного расположения к конечному пункту назначения, указанная непрерывность может быть описана как «поток» руды, пропускаемый при помощи системы трубопроводов или транспортных средств без прерываний. В свою очередь и вследствие непрерывности потока, нет необходимости в остановке процесса при смене рабочих смен и поэтому непрерывная выемка также означает непрерывность во времени использования горнорудной инфраструктуры.
Несмотря на то, что термин непрерывная выемка был тем или иным образом использован, это главным образом обусловлено использованием крупного оборудования на рабочей поверхности. В основном оборудование включает вращательные буры для разупрочнения и измельчения толщи горных пород, а после этого используют погрузочное оборудование для доставки руды на обрабатывающий завод.
Кроме того, известны некоторые способы, направленные на улучшение разработки толщи горных пород. Патент RU 2186980, например, описывает способ, включающий отработку рудного тела непрерывным очистным забоем без оставления целиков посредством управлением бурами на рабочих уровнях. Однако, ни способ извлечения руды с зоны выемки ни то, производится ли данное извлечение непрерывным образом, не упомянуты. Подобное решение может быть обнаружено в патентах RU 2182663 and RU 2148712, которые в общем описывают обрушение как непрерывный процесс, но если процесс непрерывного извлечения или погрузки не добавлен, данный процесс обрушения будет прерывистым и непостоянным, что точно соответствует решению предложенному в настоящем изобретении.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ настоящего изобретения включает проектирование и сооружение эксплуатационных разработок или пунктов выпуска, расположенных таким образом, что рудный материал, извлекаемый из них, направляют в транспортировочные выработки для руды. Строго говоря, при сооружении эксплуатационных разработок учитывают, что транспортировочная выработка пересекает центр двух групп выработок и последовательно каждую группу выработок, образованную для эксплуатации. Дополнительно, параллельно транспортировочным выработкам следует соорудить обслуживающие выработки для того, чтобы персонал мог достигнуть зоны выработки и обслуживающих выработок для проведения технического обслуживания, а также в случае сбоев.
В эксплуатационных выработках, в которых расположены траншеи или пункты выпуска, благодаря эффекту измельчения руды, описанному ниже, толща горных пород осыпается и вызывается непрерывное обрушение руды. Пункты выпуска следует сооружать таким образом, чтобы расположить в систематическую схему выработок [m1] с определенными расстояниями, совместимыми с согласованным гравитационным потоком. После сооружения траншей устанавливается необходимое оборудование для извлечения руды. Аналогичным образом, необходимые средства располагаются в транспортировочных выработках таким образом, чтобы материал, извлекаемый из траншей, проходил непрерывным потоком по транспортировочным выработкам. Для этого, транспортировочные выработки содержат, например, ленточные или цепные конвейеры, бесконечные и стационарные, обычно называемые «бронированными» из-за высокой устойчивости к работе в тяжелых условиях (перемещение больших, твердых и абразивных горных пород). Использование конвейеров подобного типа заменяет типичные легкие передвижные погрузчики или погрузочно-доставочные машины (LHD), используемые при традиционной выемке.
Дополнительный путь сооружения выработок включает сооружение уровня для перемещаемого материала, расположенного на нижнем уровне относительно уровня эксплуатационных выработок и, следовательно, относительно траншей. Эта планировка обеспечивает получение одновременно руды с более чем одной траншеи или пункта выпуска, и накопление в проходе материала, падающего с траншеи; этот проход формируют между уровнем траншей и уровнем перемещения. В данном альтернативном варианте, благодаря накоплению материала в вышеупомянутом проходе, обеспечено проведение технического обслуживания в транспортировочных выработках без остановки процесса разработки, т.к. накопленный материал может быть выгружен впоследствии.
При сооружении выработок в соответствии с предыдущим описанием, способ включает следующие этапы:
а) предразрушение: этот этап является основным для успешной реализации способа и включает изменение качества горной породы, находящейся на месте, увеличение степени ее трещинообразования до уровней, приводящих к преобразованию такой горной породы в толщу горной породы с признаками породы, подвергнутой вторичному предразрушению. Этап предразрушения может производиться при помощи i) гидравлического разрыва, который является технологией, известной в области нефтяных скважин, где она используется для обеспечения разрыва, облегчающего течение нефти со скважин, а в случае добычи металла, посредством гидравлического разрыва образуют разрывы, облегчающие действие естественных напряжений, как для образования обрушения, так и для улучшения гранулярности; или ii) взрывов в замкнутом объеме, которые сочетают действие нескольких вспышек для дробления толщи горных пород. Наконец, обе технологии можно сочетать.
Первичная горная порода является очень твердой толщей горных пород и предразрушение или предварительная обработка превращает ее в материал, который легко обрушается и измельчается при разработке с обрушением, что также можно назвать процессом «вторичным предразрушением» первичной руды.
Тем не менее, испытания показывают, что наилучший способ выполнения этапа предразрушения является сочетание гидравлического разрыва с управляемым взрывным динамическим разупрочнением, причем в последнем случае используют силу столкновения динамических волн, что технически возможно в настоящее время благодаря технологиям электронной детонации, доступным на рынке. Данный альтернативный вариант предразрушения позволяет проведение предварительного возбуждения буровых скважин, вызванное гидравлическим разрывом и незамедлительным выполнением процесса электронной детонации.
Еще один альтернативный вариант заключается в проведении предварительного возбуждения скважин, вызванного твердым взрывчатым веществом (взрывчатое вещество, основанное на твердом топливе) и последующим использованием технологии гидравлического разрыва для распространения трещин, этот способ обычно используют в нефтяных скважинах.
b) обрушение: данный этап представляет собой обрушение толщи горных пород подрезанием основания толщи горных пород с использованием хорошо известных способов обрушения в среде мелко раздробленной породы; и такое его применение не представляет никакого технического новшества для данной цели. С учетом вызванного трещинообразования на предыдущем этапе (а), ожидается, что большая часть фрагментов может быть обработана системой непрерывного извлечения и транспортировки.
Схема пунктов выпуска, которую следует использовать, определяться характеристиками дробления горной породы. Например, на участках с мелким дроблением, обрабатываемых способом обрушения, требуется схема с близкими пунктами на расстоянии от 8 до 11 м. Условие близости пунктов точек обусловливает необходимость меньших выработок для сохранения устойчивости участка. В мире известны и широко используются решения, описывающие извлечение при помощи роликовых транспортеров и валов или скреперов, обеспечивающих извлечение с многих пунктов и сбор извлеченного продукта в транспортировочных выработках. С другой стороны, для участков первичной горной породы с большим дроблением используется схема с расстояниями от 13 до 17 м. В традиционной системе, эти схемы требуют использования очень большого оборудования для погрузки-доставки-отгрузки (LHD), при этом невозможно параллельное извлечение с нескольких пунктов.
В случае непрерывной выемки, размеры схем выработки устанавливают в диапазоне от 13×13 кв.м до 15×15 кв.м. Обе схемы достаточно широкие и пригодны для обработки крупной рудной массы или валунов.
с) Извлечение: данный этап представляется как одновременная эксплуатация нескольких пунктов выпуска, расположенных в систематической схеме на определенных расстояниях, совместимых с согласованным гравитационным потоком. Для этого, как было уже сказано, каждый пункт выпуска снабжают стационарной извлекающей установкой, которая подает руду в собирающую систему, непрерывно транспортирующую руду к транспортировочной выработке, доставляя руду в пункт назначения. Оборудование извлечения и оборудование транспортировки обеспечено автоматической подачей команд посредством удаленного управляющего устройства, управляемого с пункта управления, как в любой современной отрасли промышленности. В конечном счете, на конце собирающей системы можно установить дробилки для производства в шахте фракции, годной для подачи на перерабатывающий завод. Вкратце, колесные погрузчики не используются, т.к. они замещены системой непрерывной погрузки. Например, могут быть рассмотрены стационарные «загрузчики» для разгрузки непрерывных конвейеров.
В качестве альтернативной основной транспортировки используют металлический ленточный конвейер («бронированный»), для которого предварительные расчеты показывают более низкие эксплуатационные расходы по сравнению с традиционной рельсовой системой транспортировки в выработках.
2
Использование системы непрерывной выемки, наподобие описанной, оказывает значительный эффект на эксплуатационные показатели обрушенного пространства, которые обычно выражаются через «скорость извлечения» и измеряются в т/м в сутки.
2
2
2
Фактически, в обычной системе извлечения погрузка-доставка-отгрузка (LHD), дискретной и прерывистой, каждая погрузочная система извлекает руду из группы пунктов выпуска (обычно 16 пунктов выпуска на систему) со скоростью 200 т/ч. Для каждого пункта выемки зона охвата составляет приблизительно 250 м, т.е. 16 пунктов дают приблизительно 4000 м, а значит, при максимальной работе 15 ч в сутки можно достичь извлечения 3000 т, эквивалентного 0,75 т/м в сутки. С другой стороны, если мы предположим, что извлечение производится регулярно, то из каждого пункта извлекается менее 200 т/сутки, что эквивалентно использованию менее чем одному часу в сутки (напомним, что система погрузка-доставка-отгрузка (LHD) может извлечь 200 т/ч).
2
2
Показатели за прошлые годы для фактической скорости извлечения соответствуют примерно 0,4 т/м в сутки, а для эффективной скорости извлечения - примерно 0,5 т/м в сутки, т.к. поток руды через пункты выемки не достаточно быстрый для насыщения производственных мощностей оборудования. Для обозначения общей скорости извлечения за сутки из определенной активной зоны используется выражение «фактическая скорость извлечения (AER)», в случае когда пункты были или не были доступны для извлечения; а термин «эффективная скорость извлечения (EER)» относится к оцениваемой скорости извлечения с учетом зон только тех пунктов, с которых проводилось извлечение в течение суток. Разница объясняется тем, что часть активной зоны может временно быть вне эксплуатации из-за непосредственного технического обслуживания или ремонта пунктов выпуска, транспортировочного или конечного оборудования.
Непрерывная выемка решает задачу улучшения этих показателей за счет более длительного использования пунктов выемки до в среднем 16 ч/сутки (две рабочие смены и одна смена обслуживания) с производительностью 40 т/ч на стационарное извлекающее устройство.
2
2
2
2
Таким образом, в качестве простого примера, если 8 пунктов с зоной охвата 225 м(1800 м) эксплуатируют 16 часов в сутки, то достигают производительность 5400 т/сутки с эффективной скоростью извлечения 3 т/м в сутки (EER) и фактической скоростью извлечения (AER) около 1,5 т/м в сутки. Это приводит к лучшему использованию зоны обрушения и к сосредоточенной эксплуатации, что приводит к рационализации использования ресурсов.
2
2
Для дробленого материала в таких условиях достижимая скорость извлечения на этапе распространения обрушения может достигать 300 мм/сутки, что эквивалентно приблизительно 0,8 т/м в сутки, и теоретически не существует ограничений на этапе гравитационного извлечения после распространения, за исключением мощности извлечения, которая в предложенной системе может достигать скорости более 3 т/м в сутки.