способ разработки кимберлитовой трубки под эластичными щитами

Формула изобретения

Способ разработки кимберлитовой трубки под эластичными щитами, включающий деление рудного тела на этажи, а этажи на блоки, проходку вентиляционно-ходовых выработок и рудоспусков, монтаж эластичных щитов в блоках, выемку руды в блоках горизонтальными слоями с образованием траншеи и оставлением опорных целиков по бортам траншеи для поддержания эластичных щитов, транспортировку руды под эластичными щитами, последующую выемку руды из опорных целиков с одновременной посадкой эластичных щитов и ее доставку, отличающийся тем, что вентиляционно-ходовые выработки и рудоспуски проходят по торцам блоков во вмещающих пустых породах, выемку руды в блоке при образовании траншеи ведут комбайном, а из опорных целиков с одновременной посадкой эластичных щитов - механизированным комплексом, при этом между почвой траншеи и эластичным щитом образуют вентиляционный канал, который соединяют с вентиляционно-ходовыми выработками, а руду транспортируют конвейером, установленным в траншее.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке кимберлитовых трубок.

Известен способ отработки одинарным щитом из составного накатника со скреперной доставкой отбитой руды и передвижением щита "волной" по простиранию (см. Чинакал Н.А., Момот Б.П. Щитовая система разработки рудных месторождений. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1974, с.73-77, рис. 18). Способ предложен для отработки рудных месторождений мощностью 10-30 м. Месторождение делят на этажи, а этажи на блоки. Подготовка блока заключается в проходке на весь блок 1-2 восстающих выработок в два отделения рядом со щитом. Восстающие выработки по простиранию соединяют слоевым штреком, из которого заходками вкрест простирания проходят монтажный слой. По мере выемки заходок монтируют по частям щит из составного накатника. Выемку начинают с проходки слоевого штрека (высота слоя 3 м) под щитом и перпендикулярно ему проходят разрезную заходку под щитом без дополнительного крепления. Из разрезной заходки очистную выемку ведут забоем-лавой, длина которой равна ширине щита. Очистную выемку руды осуществляют буровзрывным способом с последующей транспортировкой ее двумя скреперными установками по лаве и слоевому штреку к восстающей выработке. По мере подвигания забоя в направлении простирания (вслед за взорванным участком рудного массива) щит постепенно под действием обрушенной толщи породы опускается на почву слоя - происходит передвижка щита "волной".

Недостатком способа является ограниченная производительность и разрушение кристаллов алмазов при технологии выемки руды буровзрывным способом, а также трудность управления щитом при его посадке.

Также известен способ отработки крутопадающих рудных тел мощностью 3,5-6,0 м одинарными бессекционными щитами, поддерживаемыми целиками, со скреперной доставкой руды к фланговым восстающим (Чинакал Н.А., Момот Б.П. Щитовая система разработки рудных месторождений. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1974, С.18, 59-60). Месторождение по падению отрабатывают одним блоком, подготовку которого ведут следующим образом. По флангам в рудном теле проходят две восстающие выработки: одну для доставки отбитой руды, другую - для прохода персонала и вентиляции. В верхней части блока проходят слоевой штрек, который затем расширяют в монтажную камеру, где в дальнейшем осуществляют монтаж одинарного бессекционного щита. Длина блока по простиранию 20-30 м. Отбойку руды проводят мелкошпуровым способом (бурят шпуры, в которые закладывают взрывчатое вещество) с доставкой руды до рудоспусков скреперами. Сначала вынимают руду в траншее в направлении от одной восстающей выработки к другой, затем проводят взрывную отбойку опорных целиков с одновременной посадкой одинарного бессекционного щита на 1,0-1,5 м.

Недостатком способа является ограниченная производительность, разрушение кристаллов алмазов и трудность управления щитом при технологии выемки руды буровзрывным способом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ отработки рудного блока несколькими щитами с самотечной доставкой руды по восстающим (Чинакал Н.А., Момот Б.П. Щитовая система разработки рудных месторождений. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1974, С.70-71, Приложение 3). Способ предназначен для отработки крутопадающих месторождений мощностью 12-30 м. Рудное тело по падению делят на блоки, каждый мощностью до 6 м. Каждый блок отрабатывают под эластичным щитом. Блок имеет самостоятельную систему вентиляционно-ходовых выработок и рудоспусков, которые проходят через 6 м по простиранию, при этом крайние восстающие выработки предназначены для прохода людей. Число одновременно работающих эластичных щитов зависит от мощности месторождения и может быть от 2 до 5. Опускание эластичных щитов осуществляют в зависимости от конструктивных связей между ними в слоях: спаренные эластичные щиты опускают совместно, послойные - раздельно. Очистную выемку руды ведут в два этапа аналогично способу отработки крутопадающих рудных тел одинарными бессекционными щитами, поддерживаемыми целиками, со скреперной доставкой руды к фланговым восстающим.

Недостатком способа является ограниченная производительность, разрушение кристаллов алмазов и трудность управления эластичным щитом при технологии выемки руды буровзрывным способом.

Технической задачей предлагаемого решения является снижение разрушения кристаллов алмазов и повышение безопасности ведения работ за счет перехода на безвзрывную, механизированную отбойку руды с последующей ее транспортировкой конвейером.

Поставленная задача решается следующим образом.

Предлагается способ разработки кимберлитовой трубки под эластичными щитами, включающий деление рудного тела на этажи, а этажи на блоки, проходку вентиляционно-ходовых выработок и рудоспусков, монтаж эластичных щитов в блоках, выемку руды в блоках горизонтальными слоями с образованием траншеи и оставлением опорных целиков по бортам траншеи для поддержания эластичных щитов, транспортировку руды под эластичными щитами, последующую выемку руды из опорных целиков с одновременной посадкой эластичных щитов и ее доставку. Вентиляционно-ходовые выработки и рудоспуски проходят по торцам блоков во вмещающих пустых породах, выемку руды в блоке при образовании траншеи ведут комбайном, а из опорных целиков с одновременной посадкой эластичных щитов - механизированным комплексом. Между почвой траншеи и эластичным щитом образуют вентиляционный канал, который соединяют с вентиляционно-ходовыми выработками, а руду транспортируют конвейером, установленным в траншее.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются следующие.

Вентиляционно-ходовые выработки и рудоспуски проходят по торцам блоков во вмещающих пустых породах. Такое их размещение позволит избежать нарушения целостности кимберлитового месторождения при ведении подготовительных операций и осуществить выемку руды с минимальными потерями и разубоживанием.

Выемку руды в блоке при образовании траншеи ведут комбайном. Использование механической, безвзрывной выемки руды позволяет сохранить высокоценные кристаллы алмазов, что весьма важно при добыче ювелирных камней, так как стоимость природного алмаза в несколько раз выше стоимости разрушенного кристалла алмаза. Установлено, что при комбайновой добыче разрушение кристаллов алмазов снижается на 20-25% по сравнению с буровзрывной технологией добычи кимберлитовой руды.

Выемку руды из опорных целиков с одновременной посадкой эластичных щитов ведут механизированным комплексом, то есть безвзрывным способом, что обеспечивает сохранность кристаллов алмазов. При выполнении этой технологической операции поддержание эластичных щитов производят гидравлической системой секций механизированной крепи механизированного комплекса, которая позволяет плавно осуществить посадку на шаг эластичных щитов одновременно со снятием стружки руды из опорных целиков и избежать раздавливания кристаллов алмазов при его посадке, а также повысить безопасность проведения добычных работ.

Между почвой траншеи и эластичным щитом образуют вентиляционный канал, который соединяют с вентиляционно-ходовыми выработками. Это позволит обеспечить в забое нормальную вентиляцию при выемке руды из опорных целиков добычным органом механизированного комплекса.

Руду транспортируют конвейером, установленным в траншее, что позволяет обеспечить в блоке транспортировку руды на всех технологических операциях.

Пример выполнения способа разработки кимберлитовой трубки под эластичными щитами дан в описании и на прилагаемых чертежах фиг.1-9, где на

фиг.1 показана принципиальная схема способа разработки кимберлитовой трубки под эластичными щитами - вертикальный разрез;

фиг.2 - то же, сечение I-I на фиг.1;

фиг.3 - принципиальная схема очистных работ в траншее - сечение II-II на фиг.2;

фиг.4 - то же, сечение III-III на фиг.3 (эластичный щит выполнен из железобетонных балок, соединенных гибкими связями);

фиг.5 - то же, сечение IV-IV на фиг.1 (эластичный щит выполнен из наката бревен в два ряда, скрепленных тросом);

фиг.6 - вид А на фиг.1 в увеличенном масштабе - механизированный комплекс для выемки руды из опорных целиков и посадки эластичного щита;

фиг.7 - сечение V-V на фиг.6 - вентиляционный канал между почвой траншеи и эластичным щитом, образованный после выемки руды из опорных целиков и посадки эластичного щита;

фиг.8 - принципиальная схема выемки руды из опорных целиков под эластичным щитом добычным органом механизированного комплекса;

фиг.9 - принципиальная схема посадки эластичного щита механизированным комплексом.

Способ разработки кимберлитовой трубки под эластичными щитами (фиг.1, 2) включает деление рудного тела 1 на этажи 50-100 м. В этаже на нижнем горизонте выполняют транспортный горизонт 2, на верхнем горизонте - вентиляционный горизонт 3. В этаже рудное тело 1 делят на блоки 4 (фиг.2, 4, 5 - границы блоков 4 обозначены пунктирными линиями), которые проходят на всю мощность рудного тела 1. По торцам блоков 4 на всю высоту этажа во вмещающих пустых породах проходят рудоспуски 5 и вентиляционно-ходовые выработки (в данном примере рудоспуск и вентиляционно-ходовые выработки совмещены в два отделения и на фиг.1 обозначены позицией 5 - рудоспуск). Возможна независимая проходка указанных выработок.

На вентиляционном горизонте 3 проходят вентиляционный штрек 6, на транспортном горизонте 2 - транспортный штрек 7. Указанными штреками 6, 7 соединяют на соответствующем горизонте между собой рудоспуски 5 и вентиляционно-ходовые выработки (фиг.1). Вентиляционный 6 и транспортный 7 штреки проходят только на транспортном 2 и вентиляционном 3 горизонтах.

На вентиляционном горизонте 3 над каждым блоком 4 проходят монтажную камеру (проходка монтажной камеры на фиг. не показана) и монтируют эластичные щиты 8. Эластичные щиты 8 могут быть выполнены из железобетонных балок 9 (фиг.4), соединенных между собой гибкими связями, которые на фиг. не показаны. Их параметры: длина 6-10 м, ширина 1-3 м, высоту и конфигурацию определяют расчетным путем, исходя из горнотехнических условий. Возможно выполнение эластичных щитов 8 из наката бревен 10, например, в два ряда, скрепленных тросом (фиг.5). Такие конструкции успешно эксплуатируются на угольных шахтах.

Очистной забой под каждым эластичным щитом 8 соединяют с обеих сторон блока 4 посредством конвейерных сбоек 11 и ходков 12 (фиг.2) с рудоспусками 5 и вентиляционно-ходовыми выработками. Это обеспечивает возможность прямоточной вентиляции за счет общешахтной депрессии.

Разработку ведут горизонтальными слоями. Для доступа горной техники на горизонтальные слои выполняют спиральный съезд или уклоны (спиральный съезд и уклоны на фиг. не показаны). Выемку руды под эластичным щитом 8 ведут с образованием траншеи 13 комбайном 14 (фиг.4). Руду транспортируют конвейером 15 (фиг.3) до рудоспуска 5 через конвейерную сбойку 11. При выемке руды из траншеи 13 (фиг.4, 5) в ее бортах оставляют опорные целики 16 для поддержания эластичного щита 8.

Для снижения трудоемкости выемки руды из опорных целиков 16, безопасности ведения работ, а также для обеспечения сохранности кристаллов алмазов посадку эластичного щита 8 ведут с использованием механизированного комплекса 17 (фиг.6, 8, 9). Механизированный комплекс 17 включает добычной орган 18, механизированную крепь, состоящую из поддерживающей 19 и посадочной 20 секций, гидроцилиндров 21, гидродомкратов 22 передвижки указанных секций 19, 20, а также перегружатель 23 руды от добычного органа 18 к конвейеру 15.

Под эластичным щитом 8 в опорном целике 16 (фиг.8) добычным органом 18 снимают стружку 24 (возможны и другие технологии выемки руды из опорных целиков 16). При этом нижнюю часть 25 (фиг.7) опорного целика 16 на высоту 0,5-1,0 м не вынимают, а используют в качестве стенок вентиляционного канала 26 между почвой 27 траншеи 13 и эластичным щитом 8.

Разработку блоков 4 ведут на одном уровне. Движение комбайна 14 по блокам 4 осуществляют последовательно с разворотом в торцевых частях блока 4, как показано стрелкой (фиг.2). С отставанием на один блок 4 ведут посадку эластичных щитов 8 посредством механизированного комплекса 17. Возможно использование в этаже двух-трех и более комбайнов 14 и механизированных комплексов 17 для посадки эластичных щитов 8.

Переход горной техники с одного горизонтального слоя на другой могут осуществлять с использованием уклонов или спиральных съездов (на фиг. не показаны).

Осуществляют способ разработки кимберлитовой трубки под эластичными щитами 8 следующим образом. Рудное тело 1 делят на этажи, проходят известными технологиями транспортный 2 и вентиляционный 3 горизонты. Затем в этаже рудное тело 1 делят на блоки 4, которые подготавливают следующим образом. Проходят рудоспуски 5, согласно данному выше описанию проходят вентиляционный 6 и транспортный 7 штреки. Очистной забой под каждым эластичным щитом 8 соединяют с обеих сторон блока 4 посредством конвейерных сбоек 11 и ходков 12 с рудоспусками 5 и вентиляционно-ходовыми выработками. Над каждым блоком 4 проходят монтажную камеру, где монтируют эластичные щиты 8, выполненные из железобетонных балок 9, соединенных гибкими связями, или из наката бревен 10, скрепленных тросом (например, в 2 слоя).

Разработку ведут горизонтальными слоями. Под эластичным щитом 8 комбайном 14 (фиг.4) проводят выемку руды с образованием траншеи 13, по бортам которой оставляют опорные целики 16 (фиг.5) для опирания на них эластичных щитов 8. Добытую руду транспортируют конвейером 15 в рудоспуски 5 (фиг.3). После выемки руды из траншеи 13 и ухода из нее комбайна 14 ведут выемку руды из опорных целиков 16 с одновременной посадкой эластичного щита 8 посредством механизированного комплекса 17 (фиг.6-9). Механизированный комплекс 17 перемещают по траншее 13 посредством гидродомкратов 22 передвижки (фиг.9). Поддерживающую 19 и посадочную 20 секции распирают между почвой 27 и эластичным щитом 8 при помощи гидроцилиндров 21, при этом посредством гидродомкратов 22 передвижки между ними устанавливают максимальное расстояние, определяемое конструктивной величиной раздвижности указанных гидродомкратов 22 (фиг.9).

Добычным органом 18 (фиг.8) снимают стружку 24 с опорного целика 16. При этом нижнюю часть 25 опорного целика 16 оставляют цельной, она и почва 27 траншеи 13 образуют вентиляционный канал 26. Добытую руду при выемке опорных целиков 16 через перегружатель 23 транспортируют конвейером 15 в рудоспуск 5.

После выемки стружки 24 с опорных целиков 16 с обеих сторон траншеи 13 в гидроцилиндрах 21 посадочной секции 20 понижают давление рабочей жидкости и гидродомкратами 22 передвижки подтягивают посадочную секцию 20 к поддерживающей секции 19. В результате этого эластичный щит 8 под действием давления обрушенных пород плавно отслеживает движение посадочной секции 20 и опускается на шаг посадки. Затем в гидроцилиндры 21 посадочной секции 20 подают под давлением рабочую жидкость и указанную секцию 20 снова распирают между почвой 27 и эластичным щитом 8. Далее в гидроцилиндрах 21 поддерживающей секции 19 снимают распор, понижая давление рабочей жидкости, и посредством гидродомкратов 22 передвижки отодвигают ее от посадочной секции 20 по траншее 13 на шаг передвижки. После этого в гидроцилиндры 21 поддерживающей секции 19 подают давление рабочей жидкости и указанную секцию 19 распирают между почвой 27 и эластичным щитом 8. Механизированный комплекс 17 вновь готов к очередному этапу выемки руды из опорных целиков 16 с одновременной посадкой эластичного щита 8.

Техническое решение позволяет обеспечить технологию ведения добычных работ высокоценной руды кимберлитовой трубки с потерями и разубоживанием не более 2-5%, а также обеспечить сохранность кристаллов алмазов от разрушения и безопасность ведения работ.