способ скважинной разработки мощных подземных формаций

Формула изобретения

1. Способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, формирование в камере перемычек оставлением целиков полезного ископаемого, разделяющих ее по высоте на отсеки, закладку выработанного пространства отсеков после их полной отработки, а после окончания закладки разрушение целика и извлечение его материала, отличающийся тем, что отработку формации ведут в восходящем порядке, упрочняют закладочный массив, прилегающий к внешней поверхности отсека, предпочтительно размещением на этом участке твердеющих материалов и извлекают этот участок вместе с материалом перемычки, кроме того, отработку формации ведут с размещением камер в шахматном порядке, так чтобы внешние поверхности отработанных камер образовывали замкнутую поверхность.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем формации, расположенный между отработанными камерами, отрабатывают без использования твердеющих материалов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что работы по закладке выработанного пространства каждого отсека ведут, последовательно чередуя отсыпку несвязанного закладочного материала с формированием зон с использованием твердеющего материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геотехнологии и может быть использовано при скважинной гидродобыче угольных и россыпных месторождений в широком диапазоне горно-геологических условий.

Известен способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной (см. а.с. СССР 1671861, кл. Е 21 С 45/00, 1989).

Недостаток этого решения в том, что при отработке формаций мощностью свыше 10 м наблюдается неконтролируемое разрушение бортов камеры и, как следствие этого, обрушение вышележащих пород, покрывающих камеру.

Известен также способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной с формированием в камере перемычек, оставлением целиков полезного ископаемого, разделяющих ее по высоте на отсеки, закладку выработанного пространства отсеков после их полной отработки, а после окончания закладки разрушение целика и извлечение его материала (см. а.с. СССР 1694903, кл. Е 21 С 45/00, 1991).

Недостаток этого решения в том, что использование этого способа не гарантирует устойчивости стенок камеры, а это опасно разрушением покрывающего массива пород из-за превышения поперечным сечением камеры размеров, при которых покрывающие породы потеряют устойчивость. Кроме того, имеет место многоэлементность и поэтапность технологии ведения работ, связанная с тем, что целики формируются из искусственного материала т.е. необходимы операции по вводу в полость этого материала и обеспечение процесса (и соответственных затрат времени) его твердения. Кроме того, существенно страдает полнота отработки формации, поскольку последующая отработка рядом расположенной камеры невозможна при нарушении сплошности стенок отсеков, что вынуждает оставлять между камерами значительные нетронутые участки.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в обеспечении устойчивости бортов камеры на период ее полной отработки и обеспечение высокой полноты выемки материала формации.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении организации ведения работ и исключении неконтролируемого разрушения стенок камеры и последующего обрушения покрывающих пород, кроме того, решаются вопросы складирования хвостов обогащения полезного ископаемого и до минимума сводится количество полезного ископаемого, оставляемого в недрах.

Поставленная задача решается тем, что способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, с формированием в камере перемычек, оставлением целиков полезного ископаемого, разделяющих ее по высоте на отсеки, закладку выработанного пространства отсеков после их полной отработки, а после окончания закладки разрушение целика и извлечение его материала, отличается тем, что отработку формации ведут в восходящем порядке, упрочняют закладочный массив прилегающий к внешней поверхности отсека, предпочтительно размещением на этом участке твердеющих материалов, и извлекают этот участок вместе с материалом перемычки, кроме того, отработку формации ведут с размещением камер в шахматном порядке, так чтобы внешние поверхности отработанных камер образовывали замкнутую поверхность. При этом объем формации, расположенный между отработанными камерами, отрабатывают без использования твердеющих материалов. Кроме того, работы по закладке выработанного пространства каждого отсека ведут последовательно чередуя отсыпку несвязанного закладочного материала с формированием зон с использованием твердеющего материала.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак, регламентирующий порядок отработки камер, определяет условия, оптимальные для совмещения работ по формированию закладочного массива с остальными работами выемочного цикла.

Признаки "упрочняют закладочный массив, прилегающий к внешней поверхности отсека..." также способствуют повышению устойчивости стенок камеры на заключительном этапе отработки (при отработке камеры в пространстве, ограниченном поверхностями, ограниченными стенками ранее отработанных камер) поскольку ограничивает подвижность материала закладочного массива, сформированного из хвостов обогащения.

Признак "предпочтительно, размещением на этом участке твердеющих материалов" конкретизирует приемы выполнения операции упрочнения.

Признаки "...и извлекают этот участок вместе с материалом перемычки" обеспечивают полноту выемки материала формации.

Признаки ". . .отработку формации ведут с размещением камер в шахматном порядке, так чтобы внешние поверхности отработанных камер образовывали замкнутую поверхность" позволяют изолировать объем формации, как бы формируют кессон вокруг него, что позволяет эффективно отработать этот объем с использованием обычных приемов гидравлической отработки и одновременно исключают разубоживание материала формации хвостами обогащения, закладываемыми в отработанные камеры.

Признаки второго пункта формулы упрощают выемку изолированного межкамерного объема формации.

Признаки третьего пункта формулы изобретения позволяют существенно сократить объем использования твердеющего материала.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез по оси камеры, на фиг.2 показана выемка межкамерного объема формации, на фиг.3 показан горизонтальный разрез через отрабатываемый участок, на фиг.4 - сечение по А-А на фиг.1.

Способ осуществляется следующим образом. Первоначально формацию 1 до ее нижней границы вскрывают скважиной 2, в которой размещают скважинный гидромониторный агрегат 3, став которого разделен на два канала 4 и 5 (4 - обеспечивает подвод воды к форсункам гидромониторного агрегата 3, а 5 - отсос пульпы через приемные отверстия 6. Целесообразно, чтобы конец става, предназначенный для отсоса пульпы, мог телескопически выдвигаться, что обеспечивает возможность забора пульпы у нижней границы рабочего пространства при перемещении вверх фронта размыва формации в отсеке 7 (при перемещении фронта размыва в нисходящем порядке это условие не обязательно). С помощью этого агрегата производят круговой размыв полезного ископаемого, пока не достигнут верхней проектной отметки отсека 7.

Затем став скважинного гидромониторного агрегата 3 перемещают вверх по скважине 2 и начинают выемку отсека 8, отделив его от нижележащего отсека 7 перемычкой 9. Перед началом этих работ в скважину 2 вводят гибкий трубопровод 10 таким образом, чтобы его конец находился ниже приемных отверстий става 6 (лучше всего, чтобы он находился у кровли отсека 7). Целесообразно, чтобы конец трубопровода был снабжен пакером (на чертежах не показан), например надувным, обеспечивающим изоляцию нижнего отсека 7 от вышележащего отсека 8. В процессе выемки отсека 8 в отсек 7 по трубопроводу 10 сбрасывают хвосты 11, получаемые при обогащении материала формации на обеспечивающем судне (хвосты, полученные в процессе выемки отсека 7, временно складируют и начинают сбрасывать в него после полного окончания выемки этого отсека). Отсыпку хвостов 11 ведут до тех пор, пока в выработанном пространстве отсека 7 не сформируется конус закладочного материала 12, основание которого соответствует площади поперечного сечения отсека, а высота определяется углом естественного откоса материала хвостов. Далее, в зависимости от технических возможностей либо осуществляют заполнение объема камеры с добавлением связующих в закладочный материал, либо осуществляют набрызг твердеющего материала (предпочтительно на полимерной основе, способного твердеть в обводненных условиях) на стенки и кровлю отсека 7, а оставшийся объем заполняют хвостами обогащения. Второй вариант предпочтительнее, поскольку при его использовании высота отсека не лимитируется углом естественного откоса закладываемого материала. Таким образом, по окончании этих работ в отсеке 7 оказывается сформирован упрочненный закладочный массив 13, обращенный к материалу формации (находящемуся в перемычке 9 и прилегающему к вертикальным стенкам отсека 7).

После окончания закладки выработанного пространства отсека 7 и достижения верхней проектной границы отсека 8 перемычку 9 разрушают, перемещая став сверху вниз, и извлекают материал, ее составляющий.

Сигналом к прекращению работ по размыву перемычки 9 является появление частиц, составляющих упрочненный закладочный массив 13 в пульпе, отсасываемой из отрабатываемого отсека.

Далее работы продолжаются в таком же порядке - выемка материала вышележащих отсеков и сброс хвостов в нижележащие. Отличие только в том, что нижней поверхностью отсека 8 на этапе его закладки хвостами 11 оказывается верхняя поверхность упрочненного закладочного массива 13, образованного в нижележащем отсеке 7, кроме того, место размещения пакера трубопровода 10 перемещают на уровень вышележащей (находящейся над разрушенной) перермычки. При отработке отсеков в нисходящем порядке работы начинают от верхней проектной границы вышележащего отсека 8, опуская фронт размыва вниз. Работы по размыву нижней перемычки осуществляются аналогично описанным.

Одновременно очистные работы ведут в тех камерах 14, которые заведомо (при достижении их максимальных поперечных проектных размеров) не соприкоснутся друг с другом. По окончании работ в этих камерах работы начинают в камерах 15, затем 16 и так, пока внешние поверхности камер не соприкоснутся друг с другом, образовав объем 17, вертикальные стенки которого образованы соприкасающимися поверхностями камер 14-16. Работы по выемке объема формации 17 ведут в порядке, аналогичном уже описанному.