СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЦЕЛИКОВ ОТРАБОТАННЫХ РОССЫПНЫХ ШАХТ КРИОЛИТОЗОНЫ
DEVELOPMENT METHOD OF PILLARS OF DRILLED GRAVEL BOREHOLES OF PERMAFROST ZONE

Изобретение относится к горному делу - разработке техногенных россыпей криолитозоны подземным способом, в частности целиков, оставленных в россыпных шахтах (РШ) при первичной отработке месторождения.
Известен способ повторной отработки техногенных запасов, содержащихся в целиках, оставленных в процессе первичной подземной отработки россыпных месторождений Севера [1] (Прототип).
Основными недостатками данного способа являются:
- необходимость проходки большого объема вскрывающих и подготовительных выработок;
- высокий уровень опасности ведения подземных горных работ, т.к. их приходится вести в пределах техногенно нарушенного участка горного массива;
- высокие затраты на поддержание (крепление) горных выработок и очистного пространства;
- отсутствие замкнутого цикла обращения твердого вещества, извлеченного из литосферы в процессе подземной отработки россыпного месторождения и последующей переработки (промывки) золотосодержащих песков;
- нарушается и не восстанавливается целостность (сплошность) горного массива после снятия техногенной нагрузки (завершения добычных работ);
- отвалы, остающиеся на земной поверхности при проходке вскрывающих выработок, а также после промывки подземных песков в летний период изменяют рельеф и уродуют ландшафт;
- буровзрывные технологии, применяемые при ведении горных работ, создают значительные динамические нагрузки на техногенно нарушенный горный массив, провоцируют сдвижения;
- не исключены провалы земной поверхности при возможных сдвижениях обрушениях выработанного пространства в процессе ведения работ;
- сезонность ведения работ (в зимнее время ведутся подземные горные работы, в летнее время - промывка добытых песков);
- необходимость завоза большого количества взрывчатых материалов;
- необходимость выполнения большого количества технологических операций;
- низкий уровень повторного использования твердых отходов переработки золотосодержащих песков;
- не используется выработанное пространство, образуемое в процессе ведения подземных горных работ.
Предлагается новый способ отработки существующих целиков отработанных РШ криолитозоны гидроразмывом, реализация которого будет способствовать решению ряда технических и экологических задач: исключение ведения подземных горных работ при выемке целиков; возможность избирательной (кластерной) отработки техногенного месторождения; размещение обезвоженных хвостов промывки песков в выработанном пространстве РШ и полное его использование; исключение образования провалов земной поверхности; восстановление целостности породного массива и стабилизация его температурного режима; минимальное загрязнение окружающей среды; исключение необходимости ведения рекреационных работ.
Требуемый технический результат при реализации изобретения предполагается получить при учете особенностей строения, литологического состава песков россыпных месторождений криолитозоны, технологических особенностей возведения подземных резервуаров в мерзлых дисперсных породах гидроразмывом:
- продуктивный пласт золотосодержащих песков сложен четвертичными, дисперсными, рыхлыми, легкоразмываемыми породами;
- наличие хорошо отработанной технологии сооружения подземных полостей в мерзлых дисперсных породах способом гидроразмыва в условиях криолитозоны;
- качественная дезинтеграция дисперсных пород (песков) напорными струями, обеспечивающая высокое извлечение полезного компонента при последующем обогащении на промывочном приборе;
- возможность использования высокопроизводительных и хорошо отработанных в условиях Севера горных технологий и серийно выпускаемого оборудования.
Кроме этого, требуемый технический результат быстрого промораживания закладочных массивов при реализации изобретения предполагается получить также при учете и максимальном использовании климатических, естественных (природных) ресурсов криолитозоны:
- продолжительная зима с экстремально низкими температурами;
- наличие многолетнемерзлых горных пород, обладающих высокой прочностью в мерзлом состоянии;
- наличие низкопотенциального холода как атмосферного, так и аккумулированного горными породами.
Предлагаемый способ отличается тем, что повторная отработка техногенных песков, содержащихся в ленточных целиках ранее отработанной РШ, ведется в два этапа в течение двух лет, в следующем порядке: после нахождения точного места расположения ленточных целиков, вдоль центральной линии размещения, с поверхности на определенном расстоянии друг от друга пробуриваются вертикальные скважины требуемой глубины (до верхней границы продуктивного пласта); затем в летний период пески целиков размывают напорными струями воды с образованием рассредоточенных полостей высотой, равной мощности продуктивного пласта, между которыми оставляются промежутки (целики тумбообразной формы, поддерживающие выработанное пространство); затем производят подъем пульпы на поверхность и подачу ее на промывочный прибор, где производят извлечение полезного компонента; после этого хвосты промывки сгущаются и укладываются в подземные полости до их полного заполнения, включая стволы скважин, с образованием породного закладочного массива, а технологическая вода осветляется и вновь используется для гидроразмыва и промывки песков. В зимний период закладочный массив промораживается естественным холодом с образованием прочных ледопородных конструкций, поддерживающих выработанное пространство. В следующий год (второй этап) по той же схеме производятся полная отработка целиков, обогащение песков, закладка выработанного пространства и проморозка закладочных массивов.
Введенный в формулу изобретения такой существенный признак, как использование способа гидроразмыва для отработки ленточных целиков РШ, позволяет обойтись без проходки вскрывающих и подготовительных выработок, вести добычные работы без применения буровзрывных работ, производить избирательную (кластерную) отработку техногенных песков с минимальной подработкой пустых пород, что дает значительный экономический эффект.
Другой существенный признак заключается в том, что твердым материалом промывки песков (хвостами) заполняются вымываемые подземные полости с образованием равномерно рассредоточенных по отработанному полю РШ закладочных породных массивов высоких компрессионных характеристик; исключая тем самым образование отвалов на земной поверхности и обеспечивая высокую плотность укладки, целостность (сплошность) горного массива, полное использование выработанного пространства, обеспечение замкнутого цикла обращения твердых материалов литосферы.
Следующий существенный признак заключается в том, что возведенные закладочные массивы промораживают естественным (атмосферным) холодом в зимнее время без применения энергетических установок, с образованием прочных искусственных ледопородных сооружений, поддерживающих выработанное пространство, под защитой которых производят окончательную доработку ленточных целиков, предотвращая тем самым провалы земной поверхности, способствуя восстановлению температурного поля и сплошности техногенно нарушенного горного массива.
Немаловажное значение имеет также тот факт, что отсутствует сезонность работ - все основные работы ведутся в летнее время; а в зимнее время производят только проморозку закладочных массивов по технологии, не требующей присутствия людей; в процессе размыва полости пески, слагающие целики, хорошо дезинтегрируются, что обеспечивает высокую степень извлечения ценного компонента в процессе обогащения.
Заявляемый способ поясняется чертежами (фиг.1 и 2). На фиг.1 представлен план отработанной РШ, технологический комплекс с расстановкой всего оборудования, отражающий все стадии ведения работ по разработке ленточных целиков при практической реализации заявляемого способа, а на фиг.2 - поперечный разрез.
Условные обозначения, принятые на чертежах:
1 - ленточные целики;
2 - выработанное пространство отработанной РШ;
3 - вертикальные скважины;
4 - дневная поверхность РШ;
5 - слой торфов;
6 - верхняя граница продуктового пласта песков;
7 - гидроразмывочный агрегат;
8 - водяной насос;
9 - водовод;
10 - вымываемая подземная полость в целике (в стадии размыва);
11 - нижняя граница продуктивного пласта песков (плотик россыпи);
12 - оставляемый тумбообразный мерзлый межполостной породный промежуток (целик);
13 - гидроэлеваторно-эрлифтная установка для подъема песков;
14 - пульповод для подачи размытых песков на промприбор;
15 - промывочный прибор;
16 - пульповод для транспортировки хвостов обогащения с промприбора для закладки подземных полостей;
17 - подземная полость (в законченном виде);
18 - закладочный породный массив;
19 - замораживающие безэнергетические воздушные термосифоны;
20 - искусственные ленточные целики.
Реализацию заявляемого способа на практике по отработке ленточных целиков 1, находящихся в пределах отработанного шахтного поля 2, с использованием технологии гидроразмыва производят в два этапа, начинают (1-й этап) с бурения рассредоточенных вертикальных скважин 3 с дневной поверхности 4 вдоль центральной линии целика по всей длине на полную мощность торфов 5 ниже уровня верхней границы продуктивного пласта песков 6. В скважины в летний период устанавливают гидроразмывочные агрегаты 7, воду в которые (по достижении температуры 5÷7°С) подают насосом 8 по водоводу 9 и производят размыв песков на всю ширину и высоту целика с образованием подземной полости 10 вплоть до плотика россыпи 11. Между размываемыми полостями оставляют промежутки (тумбовые мерзлые целики 12) для поддержания выработанного пространства, которые отрабатывают в следующем году (2-й этап). Образуемую в процессе гидроразмыва песков пульпу поднимают гидроэлеваторно-эрлифтовой установкой 13 на поверхность и по пульповоду 14 подают на промывочный прибор 15, где производят обогащение песков. Хвосты промывки после сгущения по пульповоду 16 подают в образованную полость 17 до полного ее заполнения, включая ствол скважины, с образованием закладочного массива 18. Работы заканчивают с наступлением холодного периода и понижением температуры ниже 5°С.
В зимний период закладочные массивы в полостях промораживают естественным холодом с помощью безэнергетических установок - воздушных термосифонов 19 с образованием искусственных рассредоточенных тумбообразных ледопородных целиков, поддерживающих выработанное пространство, под защитой которых в летний сезон следующего года (2-й этап) по той же самой схеме дорабатывают ленточные целики в полном объеме, а также выполняют все вышеперечисленные работы. Таким образом отрабатывают все имеющиеся в пределах отработанного шахтного поля естественные целики, а на месте их возводят сплошные, искусственные мерзлые ленточные целики (20) из хвостов промывки, которые в промороженном виде имеют высокую прочность, не уступающую естественным, обеспечивая тем самым целостность земной поверхности над шахтным полем.
Основные преимущества предлагаемого способа:
- безопасность ведения работ;
- исключение ведения подземных горных работ - проходки выработок и очистных работ с использованием буровзрывных технологий;
- незначительные нарушения природной среды;
- минимальные техногенные воздействия и нарушения горного массива;
- минимальный расход материалов;
- исключение сезонности ведения работ;
- высокая механизация и возможность автоматизации всех технологических процессов: размыва песков, выдачи их на поверхность, транспортировки, обогащения; транспортировки и укладки хвостов в подземные полости, проморозки закладочных массивов;
- простота возведения, проморозки и высокая несущая способность возведенных мерзлых закладочных массивов;
- отсутствие отвалов на земной поверхности;
- высокая механизация и низкие затраты на проходку скважины;
- полное использование выработанного подземного пространства;
- возможность избирательной (кластерной) разработки песков целиков с минимальной выемкой пустых пород;
- качественная дезинтеграция песков в процессе гидроразмыва и, как следствие этого, высокая степень извлечения полезного компонента при обогащении на промприборе;
- обеспечение замкнутого цикла обращения твердых материалов, находящихся в техногенных песках целиков;
- низкие материальные затраты на приобретение оборудования и выполнение всех видов работ;
- отсутствие необходимости выполнения рекреационных работ;
- низкая себестоимость добываемого полезного компонента;
- небольшое количество и простота выполнения технологических операций;
- низкие затраты на проморозку искусственных целиков за счет использования естественного холода и безэнергетических установок;
- обеспечение замкнутого цикла обращения воды.
Источник информации
1. Катвицкий В.В. и др. Подземная повторная отработка самоходными машинами мерзлых техногенных россыпей // Колыма, 1987. - №7. - С.10-13.