способ разработки месторождения янтаря и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ разработки месторождения янтаря, включающий вскрытие пласта, отработку его блоками с оконтуриванием блока снизу щелью, формирование целиков, рыхление пород обрушения блока, размыв пород струей жидкости, транспортирование гидросмеси на поверхность, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и уменьшения выхода некондиции и потерь полезного компонента за счет обеспечения возможности одновременного рыхления пород по всей массе отделяемого блока при снижении потерь в целиках, удаляют покрывающие пласт породы, проходят разрезную траншею в полезном ископаемом до почвы пласта с уклоном, устраивают в ней зумпф, дополнительно оконтуривают щелями блок в вертикальных плоскостях, обрушение пород блока производят выдавливанием их в разрезную траншею путем подачи внутрь формируемых щелей низконапорных струй жидкости, устанавливают в выработанном пространстве блока гидромонитор, подрезают целик гидромонитором у основания и разрыхляют его обрушением, после чего смывают породу в разрезную траншею, а гидросмесь на поверхность транспортируют из зумпфа.

2. Устройство для разработки месторождения янтаря, содержащее корпус, став, связанный с водоводом, и гидромониторные насадки, отличающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат и уменьшения выхода некондиции и потерь полезного компонента за счет обеспечения возможности одновременного рыхления пород по всей массе отделяемого блока при снижении потерь в целиках, оно снабжено режущими элементами, вибромеханизмом и грузоподъемным средством, корпус выполнен из жестко связанных двух боковых, задней и верхней стенок, на верхней стенке укреплен вибромеханизм, в нижних торцах боковых и задней стенок по периметру укреплены режущие элементы и водовод, гидронасадки расположены равномерно по всей длине водовода и ориентированы соплами внутрь корпуса, а корпус прикреплен к грузоподъемному средству посредством троса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам и устройствам для разработки месторождений полезных ископаемых преимущественно янтаросодержащих.

Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, в том числе янтаря, включающий вскрышу месторождения ковшовыми экскаваторами и бульдозерами, рыхление пород, вмещающих полезные ископаемые, ковшовым экскаватором типа драглайн путем срезания слоя пород ковшом при его перемещении канатами к экскаватору, складирование экскаватором разрыхленных пород в навал в виде конуса на площадке уступа, смывание конуса разрыхленных пород струей воды гидромонитора в зумпф, откачку землесовами гидросмеси с кусками янтаря и транспортировку их по трубопроводам на обогатительную фабрику. Реализуется этот способ при помощи экскаватора со стрелой, к которой подвешен на подъемном и тяговом канатах ковш с режущими элементами, являющийся рабочим органом, а также при помощи гидромонитора с насадкой для разрушения и смыва струей воды пород, складированных экскаватором в навал в виде конуса. Режущие элементы ковша внедряются в породы силой натяжения тягового каната [1] .

Недостаток этого способа разработки месторождения и устройства для его осуществления в том, что экскаватор при срезании ковшом пластов с полезными ископаемыми разрушает и истирает большое количество янтаря, превращая его в мелкие кусочки и пыль. Мощность срезаемого ковшом слоя колеблется в пределах до 0,2 м, поэтому почти все куски янтаря подвергаются воздействию на них ковша непосредственно или воспринимая его силу тяжести. А так как твердость янтаря мала (2-3 по шкале Мооса), то куски его, находившиеся в контакте с ковшом, превращаются в пыль (об этом свидетельствует желто-бурый цвет каждого оставляемого ковшом следа), а куски, воспринявшие силу тяжести ковша, имеют большое количество трещин, и их ювелирно-поделочная ценность снижается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ скважинной гидравлической добычи полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного горизонта скважинами, их обсадку, установку гидродобычного и выдачного оборудования, сбойку между скважинами формированием горизонтальной подрезной щели в подстилающих породах, отделение блоков продуктивных пород подрезкой их по горизонтальной плоскости обнажения в кровле с оставлением целиков, обрушение янтароносной толщи под действием ее силы тяжести в подрезную щель, гидравлический размыв и подъем на поверхность обрушившейся части продуктивного горизонта.

Известный способ реализуется с помощью устройства, включающего став для подачи технологической жидкости, связанный с ним гидродобычной рабочий орган, содержащий корпус и гидромониторные насадки, и выдачное устройство, например гидроэлеватор или погружной насос [2] .

Недостатком известного способа-прототипа и устройства-прототипа является то, что при подрезке породной толщи только по почве и кровле (по горизонтальным плоскостям обнажения) не всегда обеспечивается ее обрушение, так как она удерживается силой сцепления пород с основным массивом по вертикальным плоскостям. В том случае, когда покрывающие породы представлены несвязанными песчанистыми включениями, подрезание по кровле практически невозможно до полного вымывания покрывающей толщи, что обуславливает большие энергетические затраты на осуществление способа. Недостатком способа является также и то, что при обрушении янтаросодержащего блока не обеспечивается равномерного разрыхления пород по всей массе блока, так как его падение демпфируется подушкой технологической жидкости, находящейся в подрезной щели. В этом случае на неразрушенные отдельности приходится воздействовать высоконапорными гидромониторными струями, что вызывает разрушение кусков янтаря и повышенный выход некондиций.

Недостатком известного способа являются неизбежные потери полезного компонента в целиках между отдельными блоками. Потери руды в целиках при скважинной разработке месторождений составляют 50% (см. например, Нурок Г. А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. М. : Недра, 1985, с. 369). Некоторое снижение потерь возможно за счет повышения плотности бурения. Однако это связано с дополнительными затратами на сооружение скважин.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и уменьшение выхода некондиции и потерь полезного компонента за счет обеспечения возможности одновременного рыхления пород по всей массе отделяемого блока при снижении потерь в целиках.

Цель достигается тем, что в способе разработки месторождения янтаря, включающем вскрытие пласта, отработку его блоками с оконтуриванием блока снизу щелью, формирование целиков, рыхление пород обрушением блока, размыв пород струей жидкости, транспортирование гидросмеси на поверхность, удаляют покрывающие пласт породы, проходят разрезную траншею в полезном ископаемом до почвы пласта с уклоном, устраивают в ней зумпф, дополнительно оконтуривают щелями блок в вертикальных плоскостях, обрушение пород блока производят выдавливанием их в разрезную траншею путем подачи внутрь формируемых щелей низконапорных струй жидкости, устанавливают в выработанном пространстве блока гидромонитор, подрезают целик гидромонитором у основания и разрыхляют его обрушением, после чего смывают породу в разрезную траншею, а гидросмесь на поверхность транспортируют из зумпфа.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее корпус, став, связанный с водоводом, и гидромониторные насадки, снабжено режущими элементами, вибромеханизмом и грузоподъемным средством, корпус выполнен из жестко связанных двух боковых, задней и верхней стенок, на верхней стенке укреплен вибромеханизм, в нижних торцах боковых и задней стенок по периметру укреплены режущие элементы и водовод, гидронасадки расположены равномерно по всей длине водовода и ориентированы соплами внутрь корпуса, а корпус прикреплен к грузоподъемному средству посредством троса.

Заявленная группа изобретений объединена общим изобретательским замыслом, поскольку один из заявленных объектов группы - устройство для разработки месторождения янтаря - предназначено для осуществления другого заявленного объекта группы - способ разработки месторождения янтаря. Причем оба объекта заявленной группы изобретений объединены единой целью изобретений.

Проведенный заявителем поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранные из перечня аналогов прототипы как для способа, так и для устройства позволили выявить отличительные признаки в заявленном способе и в заявленном устройстве группы изобретений. Следовательно, заявленная группа технических решений, как в части способа, так и в части устройства, удовлетворяет критерию изобретения "Новизна". Проведенный заявителем дополнительный поиск известных технических решений с целью обнаружения в них признаков, сходных с признаками отличительных частей формулы на способ и формулы на устройство в заявленной группе, и сравнения свойств заявляемой группы технических решений и известных технических решений, обусловленных наличием в последних отличительных признаков формул на способ и на устройство, показал, что не все признаки отличительных частей формул заявленной группы объектов изобретений найдены в известных технических решениях. Сопоставительный анализ свойств, обусловленных наличием некоторых отличительных признаков в известных решениях, показал, что у заявленной группы технических решений проявляются свойства, не совпадающие со свойствами, проявляемыми указанными признаками в известных технических решениях, чем обуславливается достижение заявленного положительного эффекта.

Следовательно, каждый из объектов заявленной группы технических решений удовлетворяет критерию изобретения "Существенные отличия".

На фиг. 1 изображена схема оконтуривания, разрыхления и смывания пород блока и целика, фронтальная проекция; на фиг. 2,3 - то же, вид в плане; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - вид В на фиг. 4; на фиг; 7 - схема разработки месторождения предлагаемым способом и устройством для его осуществления, аксонометрическая проекция.

Предлагаемый способ разработки месторождения янтаря обеспечивается техническими решениями, состоящими из следующих основных элементов: устройства для разработки месторождения янтаря, включающего гидродобычной рабочий орган 1 и соединенный с ним став 2 для подачи технологической жидкости, выполненный из гибкого водонапорного шланга, гидромонитора 3 и грузоподъемного средства 4, на тросе которого при помощи строп 5 подвешен гидродобычной рабочий орган 1.

Гидродобычной рабочий орган 1 содержит корпус 6, представляющий собой П-образную коробчатую конструкцию, выполненную из жестко соединенных между собой двух боковых, одной верхней и одной задней стенок с открытыми передней и нижней поверхностями. На свободных торцах задней и боковых стенок корпуса 6 установлены режущие элементы 7, выступающие на 5-10 мм за их наружные поверхности. Режущие элементы 7 жестко соединены между собой режущими элементами 8, установленными поперек корпуса 6. . На верхней стенке корпуса 6 жестко установлены вибромеханизмы 9, а вдоль стенок корпуса и режущих элементов смонтированы водоводы 10, связанные со ставом 2 для подачи технологической жидкости. По всей длине водоводов 10 равномерно расположены гидронасадки 11, сопла которых ориентированы внутрь корпуса 6 и гидравлически связаны с водоводами 10. На верхней стенке корпуса 6 установлены токоразъем 12 для подвода электроэнергии к вибромеханизмам 9 и проушины 13 для подвески гидродобычного рабочего органа 1 на стропах 5.

Предлагаемое устройство для разработки месторождений янтаря работает следующим образом.

Гидродобычной рабочий орган 1, соединенный со ставом 2 для подачи технологической жидкости, вывешивают грузоподъемным средством 4 при помощи строп 5 и устанавливают в назначенном месте пласта пород, дают слабину строп 5, подают электроэнергию к вибромеханизмам 9 через токоразъем 12 и одновременно по ставу 2 подают технологическую жидкость, например воду, через водоводы 10 и смонтированные вдоль них гидромониторные насадки 11 во внутрь корпуса 6. При этом под действием возмущающего усилия вибромеханизмов 9 режущие элементы 7 и 8 гидродобычного рабочего органа 1 разрезают пласты пород и погружаются в них, увлекая за собой корпус 6 и соединенные с ним став 2, вибромеханизмы 9, водоводы 10, гидронасадки 11 и токоразъем 12. Вслед за погружающимся гидродобычным органом 1 подают гибкий став 2 и электрокабель токоразъема 12, так как по мере погружения выбирается слабина. При погружении гидродобычного рабочего органа 1 породы оказываются внутри его корпуса 6 и между породами и стенками корпуса образуются щели. Одновременно с погружением во внутрь корпуса 6 подают низконапорнные струи жидкости, которая поступает из гидронасадок 11 в щели между породами и задней и боковыми стенками корпуса и, стремясь расширить щелевые зазоры, смещают друг относительно друга слои пород, поступившие в корпус 6, нарушает сцепление между ними, разрыхляет их и смачивает. Оторвавшиеся мелкие частицы пород вовлекаются и выносятся потоком жидкости, а более крупные - выталкиваются из внутренней полости корпуса 6 в отработанное пространство через его открытую переднюю поверхность, так как задняя и боковые стенки соединены между собой герметично и поток жидкости выходит только через открытую переднюю поверхность корпуса. Выталкиваемые из корпуса 6 крупные куски пород при падении (обрушении) на основание отработанного пространства дополнительно разрыхляются до состояния, достаточного для их гидротранспортирования.

Предлагаемый способ разработки месторождения янтаря с применением описанного устройства осуществляют следующим образом.

На участке месторождения экскаваторами, бульдозерами или с применением гидромеханизации удаляют слой 14 непродуктивных пород и вскрывают продуктивный янтаросодержащий горизонт 15. Таким же методом для создания первоначального фронта работ на всю мощность янтаросодержащих пород подстилающего горизонта 16 проходят разрезную траншею (выработанное пространство) с уклоном в каком-либо одном направлении. В самом низком месте выработанного монтируют зумпф 17 для сбора пульпы янтаросодержащих пород и землесосное оборудование 18 для перекачки этой пульпы по трубопроводам на фабрику для переработки. Затем в выработанном пространстве или на продуктивном горизонте устанавливают гидромонитотр 3, самоходное грузоподъемное средство 4, к последнему с помощью строп 5 подвешивают гидродобычной рабочий орган 1 с соединенным с ним ставом 2 для подачи технологической жидкости. Далее грузоподъемным средством 4 устройство для разработки месторождения устанавливают вначале фронта работ так, чтобы открытая передняя плоскость корпуса 6 гидродобычного рабочего органа 1 примерно совпала с вертикальной поверхностью продуктивного пласта, созданной при проходке подготовительной разрезной траншеи. Включают устройство для разработки месторождения янтаря в работу и по описанной выше схеме работы устройства отрабатывают первый блок в продуктивном горизонте. Выдавленные из пласта и разрыхленные обрушением породы блока уносятся потоком жидкости в зумпф 17 и из него землесосным оборудованием 18 перекачиваются по трубопроводам на обогатительную фабрику.

Затем грузоподъемным средством 4 устройство приподнимают из выработанного пространства и устанавливают на поверхность продуктивного горизонта для отработки второго блока, обеспечивая также как и при отработке первого блока примерное совпадение открытой передней плоскости корпуса 6 с вертикальной стенкой отрабатываемого продуктивного горизонта. Отработку второго и всех последующих блоков осуществляют с оставлением целиков. Поэтому устройство устанавливают каждый раз так, чтобы боковая стенка гидродобычного рабочего органа 1 находилась на расстоянии от обнаженной стенки блока, отработанного в предыдущей заходке. Величина расстояния определяется устойчивостью пород продуктивного горизонта, горно-технологическими условиями и требованиями его отработки и может составлять от 0,5 до нескольких метров. Это расстояние определяют толщину оставляемого целика и обеспечивает равномерность погружения рабочего органа 1 в породы, так как в удалении от обнаженной поверхности пород их плотности одинаковы. После установки устройства с соблюдением отмеченных условий по описанной выше схеме отрабатывают второй и все последующие блоки.

Образующиеся целики 19 пород янтаросодержащего горизонта разрыхляют также обрушением, подрезая его у основания струей воды гидромонитора 3 и смывая в зумпф 17 для перекачки на обогатительную фабрику.

Использование заявленного способа разработки месторождения янтаря и устройства для его осуществления позволяет обеспечить следующие технико-экономические преимущества.

Отделение блоков пород по всем вертикальным плоскостям обнажения обеспечивает быстрое смачивание, легкое разрыхление и выдавливание пород блока из пласта низконапорными струями жидкости, что повышает сохранность кондиционных кусков янтаря. Обрушение пород блока обеспечивает их равномерное разрыхление. В то же время обрушение в потоке жидкости на горизонт подстилающих пород смягчает удары падающих кусков янтаря и исключает из раскалывание. Разрушение подвергаются лишь куски янтаря, попавшие под режущие элементы устройства. Однако это малая часть по сравнению с отрабатываемым объемом пород. Действительно, не подвергаются механическому воздействию режущих элементов и динамическому воздействию жидкости куски янтаря, находящиеся внутри большой массы пород отрабатываемого блока.

Щадящие условия сохранности кусков янтаря также при разработке оставляемых целиков. Только незначительная часть пород основания целиков подвергается воздействию струи жидкости, и то низконапорной, так как обрушение относительно узкого массива пород целика с тремя обнаженными поверхностями обеспечивается быстро даже при воздействии на него низконапорной струи. В заявленном способе разработки янтаря целики пород продуктивного горизонта оставляют специально с целью последующей их отработки с применением описанной щадящей технологии, обеспечивающей сохранение кондиционных размеров янтаря. В известном варианте способа разработки месторождения, принятом в качестве прототипа, полностью отработать целики практически невозможно и потери полезных компонентов составляют 50-70% .

Следовательно, предлагаемый способ разработки месторождения янтаря и устройство для его осуществления исключают потери янтаря и повышают сохранность его кондиционных размеров.

Кроме того, заявленный способ разработки и устройство для его осуществления снижают затраты энергии и повышают производительность работ. Янтаросодержащие породы обычно представлены безвалунистыми суглинками и песчаными глинами. Скорости вибрационного погружения элементов в такие породы даже без их смачивания очень высокие (вибрационный метод бурения в таких породах наиболее производительный по сравнению со всеми известными методами, применяемыми широко на практике). А так как разрушаемые породы постоянно смачиваются жидкостью и выносятся из корпуса 6, то сопротивления внедрению гидродобычного рабочего органа в породы по внутренним поверхностям стенок его корпуса практически отсутствуют. Силы трения пород по наружной поверхности рабочего органа имеются только на контакте с режущими элементами 7, так как они на 5-10 мм выступают за пределы наружных поверхностей стенок корпуса. А так как сопротивления малы, то на отработку блока в янтаросодержащих породах, мощности которых в большинстве случае не превышают 10 м, потребуется всего несколько минут.

Преимущества заявленного способа разработки и устройства для его осуществления по производительности позволяют рекомендовать их для разработки не только янтаросодержащих, но и любых других месторождений, на которых полезные компоненты распределены в мягких породах (IV категория по буримости включительно). (56) 1. Нурок Г. А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. М. : Недра, 1985, с. 239.

2. Авторское свидетельство СССР N 708055, кл. Е 21 С 45/00, 1980.