ПОДЗЕМНЫЙ СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ГЛУБОКОПОГРЕБЕННЫХ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРИОЛИТОЗОНЫ
UNDERGROUND DEVELOPMENT METHOD OF TECHNOGENIC DEEP-LYING GRAVEL DEPOSITS OF PERMAFROST ZONE

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.
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).
Несмотря на дешевизну и несложность реализации, основными недостатками данного способа являются:
- 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);
- невозможность скорейшей повторной отработки техногенных песков;
- залитая в отработанную РШ вода, являясь активным растеплителем, способствует оттайке мерзлых пород бортов и кровли горных выработок, целиков, снижая их прочностные свойства;
- не исключены завалы горных выработок и провалы земной поверхности при возможных деформациях растепленных целиков и пород кровли горных выработок;
- 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;
- сдвижение оттаявших пород кровли выработок и деформация целиков уменьшает их высоту, что затрудняет ведение горных работ;
- обрушивающиеся породы в пределах выработанного пространства РШ способствуют разубоживанию техногенных песков.
сл.
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 |N|, определяют из соотношения:
сл.
Н.В.
N=1,5|t|-20, см,
где 1,5 и 20 - постоянные коэффициенты;
Н.В.
|t| - абсолютное значение среднемесячной температуры наружного воздуха зимних месяцев.
Реализация способа будет способствовать решению ряда технических и экологических задач:
- 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;
- снижение разубоживания техногенных песков;
- качественное и равномерное промораживание послойно заполненного водо-ледяной смесью пространства РШ без образования таликовых зон;
- высокие компрессионные свойства полученного ледяного закладочного массива, исключающие образование провалов земной поверхности.
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.
Требуемый технический результат при реализации изобретения предполагается получить с учетом климатических, геокриологических особенностей региона, а также при максимальном использовании естественных (природных) ресурсов криолитозоны:
- длительный зимний период с экстремально низкими температурами;
- наличие многолетнемерзлых дисперсных горных пород, обладающих высокой теплоемкостью и прочностью в мерзлом состоянии;
- наличие естественного холода как атмосферного (высокопотенциального), так и аккумулированного горными породами.
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.
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.
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.
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.
Условные обозначения, принятые на чертежах:
1 - поверхность земли;
2 - выработанное пространство отработанной РШ;
3 - верхняя граница техногенного пласта песков;
4 - сквозные вертикальные скважины, предназначенные для подачи закладочной смеси (воды с колотым льдом);
5 - вентиляционные скважины;
6 - водохранилище;
7 - водяной насос;
8 - водяной трубопровод;
9 - колотый лед;
10 - возведенный закладочный (водо-ледяной) слой;
11 - нагнетательный вентилятор;
12 - вентиляционный рукав;
13 - ленточные целики;
14 - прибортовые запасы техногенных песков.
сp
сут.
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 (t.≈-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).
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.
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.
Основные преимущества предлагаемого способа:
- безопасность ведения работ;
- дешевизна закладочного материала;
- невысокая трудоемкость возведения закладочных массивов;
- высокая механизация и низкие затраты на проходку скважин;
- низкие материальные затраты на приобретение оборудования и выполнение всех видов работ;
- небольшое количество технологических операций;
- низкие затраты на проморозку закладочных массивов за счет использования высокопотенциального естественного (атмосферного) холода;
- высокая скорость замораживания послойно возводимых закладочных массивов;
- высокие компрессионные свойства возведенных закладочных массивов, обеспечивающих безопасность ведения работ и целостность земной поверхности;
- стабилизация температурного режима и обеспечение сплошности техногенно нарушенного горного массива.
Источники информации
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.