Способ разработки пластовых месторождений полезных ископаемых, в том числе россыпей, и устройство для его осуществления
METHOD FOR THE DEVELOPMENT OF RESERVOIR DEPOSITS OF MINERALS, INCLUDING PLACERS, AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке пластовых месторождений полезных ископаемых, прежде всего представленных весьма тонкими, тонкими и средней мощности пластами, залегающими на небольшой глубине, а также имеющих выход на поверхность. К таким месторождениям относятся, например, торфяные залежи, сапропели, а также, в ряде случаев, аналогично залегают ПГС (песчано-гравийной смеси), каменный уголь, горючие сланцы, уран.
Кроме того, агрегат может использоваться при разработке ряда россыпных месторождений алмазов и благородных металлов. Особенно целесообразно его использование при наличии чехла плотных перекрывающих продуктивный пласт пород.
Известен способ разработки пластовых месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие месторождения, размещение в выработках технологического оборудования, последующую выемку бурошнековыми установками и транспортирование горной массы, в том числе по участковым и магистральным линиям непрерывного безрельсового транспорта (см Г.Н. Попов «Технология и техника подземной разработки рудных месторождений осадочного происхождения», М., «Недра», 1975, с. 230-235).
Недостатком данного способа является большой объем вскрывающих и подготовительных выработок и невысокая эффективность выемочных работ.
Известна бурошнековая установка, включающая бурошнековую машину со шпинделем редуктора, буровой став, состоящий из секций шнеков и коронки, и оборудование управления (см. Г.Н. Попов «Технология и техника подземной разработки рудных месторождений осадочного происхождения», М., «Недра», 1975, с. 164-168).
Недостатком этой установки является ограниченная сфера применения.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности отработки пластовых месторождений полезных ископаемых.
Технический результат, достигаемый в результате использования изобретения, повышение производительности добычи полезных ископаемых за счет снижения объема вскрывающих и подготовительных выработок, повышение выхода горной массы на единицу затрат, а также расширение технологических возможностей.
Указанный технологический результат достигается тем, что в способе разработки пластовых месторождений, в том числе россыпей, включающем вскрытие месторождения, размещение в выработках технологического оборудования, последующую выемку бурошнековыми установками и транспортирование горной массы, в том числе по участковым и магистральным линиям непрерывного безрельсового транспорта, вскрытие осуществляют капитальными траншеями, пройденными по падению пласта, делящими месторождение на столбы, при этом капитальные траншеи проходят с заглублением их подошвы относительно лежачего бока пласта, а бурошнековые установки размещают в капитальных траншеях.
Разрушение горной породы, помимо механического, осуществляют водой, которую подают на забой через ставы шнеков и коронки бурошнековых установок.
В случае разрушения горной породы водой, в капитальных траншеях, по их длине, монтируют участковые пульпопроводные трубопроводы, проходят пульпопроводные канавы, а в нижних точках капитальных траншей - пульпоприемники, которые сбивают с канавами, и размещают в них всасы участковых пульпопроводных трубопроводов. Для управления кровли закладкой, выемку производят заходками первой и второй очереди, расположенными через одну, при этом после отработки очередной заходки осуществляют закладку ее выемочного пространства.
Закладку целесообразно осуществлять твердеющим материалом.
Способ осуществляется бурошнековой установкой, включающей бурошнековую машину со шпинделем редуктора, оборудование управления, буровой став, состоящий из секций шнеков и коронки, водяную муфту, установленную на шпинделе редуктора, и гидромониторные сопла, установленные на шнеках и коронке, при этом в шпинделе редуктора, шнеках и коронке выполнены водоводные каналы, сообщенные между собой, гидромониторными соплами, и магистралью подачи рабочего агента - жидкости. В качестве жидкости, прежде всего, используется вода, в том числе с добавками, улучшающими дезинтеграцию разрабатываемого массива пород, например, ПАВ (поверхностно активные вещества).
Гидромониторные сопла могут быть установлены или только на коронке, или на коронке и шнеках.
Для улучшения доставки получаемой при размыве пульпы, гидромониторные сопла установлены с наклоном в сторону шпинделя.
Для исключения подработки почвы и, как следствие, выхода бурового става из пласта, бурошнековая установка снабжена заслонкой сегментообразной формы, подвижно закрепленной у выхода из канала шпинделя редуктора, и продольными ребрами, делящими водоводные каналы в шнеках на отдельные секции.
Для того, чтобы заслонка все время перекрывала нижнюю часть водоводных каналов, она снабжена утяжелителем.
Также, с целью исключения подработки почвы, шнеки могут быть снабжены продольными заслонками,
установленными с возможностью свободного перемещения по внутренним стенкам водоводных каналов вокруг оси шнеков.
В указанную совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения указанного технического результата.
Изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображена часть разрабатываемого месторождения в плане;
- на фиг. 2 - схема отработки столба с использованием гидроотбойки, вид сбоку;
- на фиг. 3 - схема отработки заходками первой и второй очереди;
- на фиг. 4 - схема отработки столба с использованием гидроотбойки, вид сверху;
- на фиг. 5 - выемка полезного ископаемого в столбе;
- на фиг. 6 - шнек, соединенный с коронкой;
- на фиг. 7 - часть шпинделя редуктора (хвостовик) с водяной муфтой;
- на фиг. 8 - разрез по А - А фиг. 7;
- на фиг. 9, 10 и 11 - варианты установки водяной муфты;
- на фиг.12 - шнек с продольными ребрами, делящими водоводные каналы на отдельные секции;
- на фиг. 13 - часть шпинделя редуктора с сегментообразной заслонкой;
- на фиг. 14 - часть шпинделя редуктора с сегментообразной заслонкой в разрезе, вид сбоку;
- на фиг. 15, 16, 17 и 18 - варианты выполнения продольной заслонки в водоводном канале шнека.
Осуществление способа поясняется на примере разработки россыпи полезного ископаемого.
Слабонаклонный рудный пласт 1, перекрытый пустыми породами 2, отрабатывают бурошнековыми установками 3. Для этого по падению пласта 1 проходят капитальные траншеи 4 с наклоном равным наклону пласта 1, которые делят рудное тело на столбы 5. Если рудный пласт 1 имеет выход на поверхность, целесообразно проходку капитальных траншей 4 начинать в местах выхода. Поскольку нижняя кромка витков шнеков находится выше нижних элементов бурошнековой установки 3, траншеи проходят с заглублением в плотик 6, обеспечивающим проработку лежачего бока россыпи содержащего полезный компонент.
В капитальных траншеях 4 размещают бурошнековые установки 3, необходимое транспортное оборудование и т.д. После чего приступают к отработке очередного столба 5 очистными выработками (скважинами). Одновременно может отрабатываться как один, так и несколько столбов 5, с различными схемами продвигания фронта работ - с общим фронтом в нескольких столбах, с отставанием и т.д.
При использовании воды в качестве породоразрушающего агента, поступающей на забой из гидромониторных сопел 7, в капитальных траншеях 4, по их длине проходят пульпопроводные каналы 8. В нижней точке капитальных траншей 4 проходят пульпоприемники 9, которые сбивают с пульпопроводными каналами 8. Кроме пульпоприемников 9, по длине пульпопроводных каналов 8, могут создаваться промежуточные пульпопориемники.
По длине капитальных траншей 4 монтируют участковые пульпопроводные трубопроводы 10, всасы которых 11 помещают в пульпоприемники 9. Участковые пульпопроводные трубопроводы 10 соединяют с магистральным пульпопроводным трубопроводом 12.
При добыче высокоценного сырья, на устье скважины (А) монтируют пульпосборники, из которых пульпа поступает в пульпопроводные трубопроводы 10 и 12 или на специальные конвейеры, предназначенные для транспортировки пульпы.
Отработку можно производить как в наступающем, так и в отступающем порядке.
В случае управления кровли обрушением, капитальные транше 4, а также пульпосборники 9, по мере продвигания фронта работ, при отработке в отступающем порядке, будут засыпаться пустыми породами кровли. Поэтому, в этом случае, периодически нужно проходить новые пульпоприемники 9, выше по отрабатываемой капитальной траншее 4.
После установки оборудования, начинают выемку полезного ископаемого бурошнековыми установками 3. Пульпа, доставляемая из скважин частично самотеком, а в основном за счет вращения шнеков бурового става, попадает в пульпопроводные каналы 8. По ним самотеком доставляются в пульпориемники 9, из которых через всасы 11 выкачиваются насосами (на чертеже не показаны, так как размещение их может быть различным), и по участковым 10 и магистральному 12 пульпопроводным трубопроводам транспортируются на обогащение или на склад.
В случае управления кровлей закладкой, выемку производят заходками первой (1) и второй (II), очереди 13 и 14. Сначала отрабатываются заходками первой (1) очереди 13, выработанное пространство заполняется закладочным материалом 15.
Целесообразно использовать твердеющий материал, в результате застывания которого, образуется монолитный искусственный целик 16. Закладку можно осуществлять по закладочному трубопроводу 17 из капитальной траншеи 4, а также через скважины 18, пробуренные с поверхности земли. После отработки заходок первой (1) очереди 13 и образования искусственных целиков 16, под их защитой отрабатывают заходки второй (II), очереди 14, выработанное пространство которых можно, также, заложить или обрушить кровлю 2.
Управление кровлей обрушением может осуществляться с оставлением временных целиков.
Способ осуществляется бурошнековой установкой 3, включающей бурошнековую машину 19, буровой став 20, состоящий из шнеков 21 и коронки 22. Последняя, оборудуется гидромониторными соплами 7. Кроме того, для облегчения забуривания, она может оборудоваться механическим породоразрушающим инструментом 23. Ствол шнеков 21 и витки 24 могут быть снабжены дополнительными соплами 25 и 26 соответственно. Последние целесообразно выполнять с наклоном в сторону от коронки 22. В шнеках 21, коронке 22, хвостовике 27 шпинделя 28 редуктора бурошнековой машины 19, выполнены водоводные каналы 29, 30 и 31 соответственно. На шпинделе 28 редуктора бурошнековой машины 19 установлена водяная муфта 32 со штуцером 33 для соединения со шлангом водяной магистрали. В стенке шпинделя 28 между ним и водяной муфтой 32 выполнен паз 34. Указанная муфта может осуществлять вращательное движение вокруг оси шпинделя 28. Для регулирования потока воды в буровом ставе 20, на выходе из канала 31 хвостовика 27, подвижно, с возможностью вращения вокруг оси последнего на оси 35, установлена заслонка 36, сегментообразной формы. Заслонка 36 может быть снабжена утяжелителем 37, а ось 35 может крепиться на стержнях 38. В водоводных каналах 29 шнеков 21, установлены ребра 39, делящие указанный канал на отдельные секции. Регулирование потока воды в буровом ставе 20 может быть осуществлено продольными заслонками 40, установленными в шнеках 21 с возможностью свободного перемещения по внутренним стенкам водоводных каналов 29 вокруг оси шнеков 21.
Буровой став 20 собирается из отдельных шнеков 21 и коронки 22. Для соединения шнеки 21 имеют хвостовики 41, аналогичные хвостовику 27 шпинделя 28 редуктора, и ответные им гнезда 42 с противоположной стороны от хвостовиков 41. Аналогичное гнездо имеет коронка 22.
Некоторые варианты крепления водяной муфты 32 со штуцером 33 на шпинделе 28 показаны на фиг. 9, 10 и 11.
На фиг. 9 указанное крепление осуществляется гайкой 43. Во избежание протечек жидкости, муфта 32 снабжена уплотнителями 44. Для соединения паза 34 с водоводным каналом 31, в шпинделе 28 выполнены проточки 45.
Коронка 22 может быть снабжена дополнительными соплами 46, размещенными в ее боковых стенках.
Бурошнековая установка 3 работает следующим образом.
Бурошнековую установку 3 передвигают к начальной точке и фиксируют (раскрепляют) в необходимом положении. Затем на шпиндель 28 редуктора надевают коронку 22, вставляя хвостовик 27 в гнездо коронки 22. Производят забуривание, для чего включают подачу воды в муфту 32. Одновременно включают двигатель бурошнековой установки 3, осуществляющий вращение шпинделя 28, и подают его и соединенную с ним коронку 22, на забой. Вода из муфты 32 попадает в паз 34, а из него, по проточке 45, в водоводный канал 31, из него в канал 30. Из канала 30 вода попадает в гидромониторные сопла 7, изливаясь под напором из которых, производит разрушение породы и создает устьевую часть очистной выработки 41.
В некоторых случаях целесообразно забуривание производить без подачи воды на забой, используя лишь механический породоразрушающий инструмент 23, а в некоторых случаях оба вида инструмента и гидравлический и механический.
После забуривания отключают подачу воды и вращение шпинделя 28 редуктора, коронку 22 отсоединяют от него и перемещают его в направлении, противоположном подаче. Соединяют со шпинделем 28 редуктора шнек 21, вставляя в гнездо 42 последнего хвостовик 27 шпинделя 28 редуктора. Хвостовик 41 шнека вставляют в гнездо коронки 22. Включают подачу воды и вращение шпинделя 28 редуктора и осуществляют подачу бурового става 20 на забой. Разрушенная коронкой 22, и струями воды порода смешивается с водой, в результате чего образуется пульпа 47, которая, частично самотеком, а в основном за счет вращения шнеков 21, перемещается к устью и затем либо в приемное устройство, либо в канал 8. Далее цикл соединения шнеков 21 повторяется.
Для облегчения доставки пульпы 47 от забоя скважины к устью, в стволе шнеков 21 и их витках 24 выполнены сопла 25 и 26 соответственно, которые целесообразно направлять от коронки 22 в сторону шпинделя 28 редуктора. Струи воды, выходя из сопел 25 и 26 дополнительно способствуют перемещению пульпы и, прежде всего, твердых и тяжелых ее составляющих, к устью скважины.
Для того, чтобы не размывался лежачий бок скважины и она не изменяла свое направление в вертикальной плоскости, предусмотрены варианты выполнения узла, предотвращающего подачу воды из нижних сопел 25 и 26 шнеков 21. Аналогично, при сверхтонких пластах, чтобы не размывать кровлю, а направлять размыв в боковые стороны, возможно выполнения узла, предотвращающего подачу воды из верхних сопел 25 и 26 шнеков 21.
По первому варианту бурошнековая установка снабжена заслонкой 36 сегментообразной формы, подвижно закрепленной у выхода из канала 31 шпинделя 28 редуктора, и продольными ребрами 39, делящими водоводные каналы 29 в шнеках 21 на отдельные секции.
При вращении става 20, за счет того, что заслонка 36 эксцентрично закреплена на оси 35, под действием собственного веса она постоянно находится в нижней части хвостовика 27. Поскольку размеры заслонки 36 превышают расстояние между ребрами 39, она полностью перекрывает образованные нижними ребрами 39, секции каналов 29, и вода в них не поступает.
Для более надежного перекрытия нижних секций каналов 29, заслонка 36, сегментообразной формы снабжена утяжелителем 37.
По второму варианту, шнеки 21 снабжены продольными заслонками 40, расположенными в водоводных каналах 29, с возможностью свободного перемещения по их внутренним стенкам, вокруг оси шнеков 21.
Возможное выполнение продольных заслонок 40, показано на фиг. 15, 16, 17 и 18.
Для лучшего перемещения по стенкам каналов 29, или заслонки 40, или стенки каналов 29 покрывают антифрикционным материалом 48. Кроме того, заслонки 40 могут подвижно крепиться на оси 49, установленной внутри шнеков 21, например, посредством шарниров 50 и соединительных элементов 51. Для более надежного перекрытия нижних сопел 25 и 26, заслонки 40 могут быть также снабжены утяжелителями 52.
При вращении шнеков 21, продольные заслонки 40, под действием собственного веса, остаются в их нижней части, перекрывая каналы 25 и 26.
Использование данного изобретения позволит значительно сократить объем вскрышных и подготовительных выработок, поскольку вынимаемый объем полезного ископаемого, с одной позиции бурошнековой установки 3, значительно превышает объем вынимаемый по прототипу. Кроме того, за счет использования жидкости в качестве породоразрушающего и транспортирующего агента, происходит попутное обогащение полезного компонента. Более легкие и мелкие переходят во взвесь, а более тяжелые и твердые отмываются от примесей и концентрируются в виде песков и гравия различной крупности.