Спосіб свердловинного видобутку корисних копалин

Изобретение относится к· области горного дела и может быть использовано для добычи руд рыхлого сложения через буровые скважины. Известен способ добычи полезных ископаемых через скважины, заключающийся в размыве руды струей на месте ее залегания с одновременной откачкой гидросмеси на поверхность [Арене. В.Ж. и др. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. - М.: Недра, 1980]. Недостатком известного способа является отсутствие средств управления кровлей, что приводит к обрушению последней и забутовке выдачного механизма породами кровли. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, согласно которому осуществляют бурение эксплуатационных и вспомогательных скважин, гидроразмыв полезного ископаемого с образованием выемочных камер, выдачу р уды на поверхность с одновременной закладкой выработанного пространства [Авт.св. СССР № 1654578, кл. Ε 21 С 45/00. 1991]. Однако вследствие необходимости размыва руды высоконапорной струей и осуществления подачи закладочного материала под давлением, равным горному давлению, приводят к значительному перерасходу энергии. Следовательно, использование известного технического решения не обеспечивает экономичного способа скважинной добычи полезных ископаемых. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования технологии скважинной добычи полезных ископаемых путем изменения технологии образования выемочных камер, выдачи руды и закладки выработанного пространства, чтоо беспечивает снижение энергетических затрат и повышение экономичности способа в целом. Поставленная задача решается тем, что в известном способе скважинной добычи полезных ископаемых, включающем бурение эксплуатационных и вспомогательных скважин, образование выемочных камер, выдачу руды и закладку выработанного пространства, согласно изобретению образование выемочных камер осуществляют путем самообрушения руды, выдачу последней сначала ведут без закладки до ее обрушения и выхода ослабленной зоны на уровень кровли залежи, а затем продолжают с одновременной подачей в ослабленную зону закладочного материала. Образование выемочных камер путем самообрушения осуществляют естественным способом за счет гравитационных сил, в связи с чем исключается необходимость в специальном оборудовании, например гидромониторе, для создания высоконапорной струи, что способствует снижению энергозатрат и повышению экономичности процесса. Осуществление выдачи руды сначала без закладки до ее обрушения и выхода ослабленной зоны на уровень кровли обеспечивает снижение затрат на подачу закладочного материала, т.к. в прототипе закладочный материал подают под давлением, равным горному давлению. Способ иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана динамика добычи руды по новому техническому решению и основные стадии процесса: а) вертикальный разрез отрабатываемого блока в момент окончания формирования выемочной камеры; б) строение блока после обрушения руды; в) разрез отрабатываемого блока в процессе выдачи руды и подачи в ослабленную зону-закладочного материала; г) окончание процесса добычи руды и закладки выработанного пространства. Условными обозначениями на фиг.1 показаны: 1 - рудная залежь; 2 - разрыхленная руда; 3 - вода; 4 покрывающие породы; 5 - закладочный материал; 6 - последовательные положения границы раздела - между закладочным материалом и разрыхленной рудой. На фиг.2 представлена схема скважинной добычи полезных ископаемых с механическим способом выдачи руды. Схема включает: 1 - обсадная колонна; 2 - выдачная колонна; 3 - сальник; 4 - желоб; 5 - шнек; 6 - вращатель; 7 - закладочный материал; 8 -разрыхленная руда; 9 - насос. Для подтверждения промышленной применимости изобретения и возможности достижения указанного технического результата приводим последовательность выполнения операций технологического процесса и пример конкретного выполнения способа. Способ осуществляют следующим образом. С поверхности до подошвы рудной залежи 1 пробуривают скважину и опускают в нее оборудование для выдачи руды на поверхность механическим или другим способом. Выдают руду до те х пор, пока в нижней части залежи не образуется полость заранее заданного размера, соответствующего приращению объема добычного блока при его разрыхлении (стадия а). Затем останавливают выдачу р уды. При этом происходит обваливание кровли выемочной камеры, а разрушение и разрыхление руды происходит до тех пор, пока выемочная камера не заполнится разрыхленным материалом. После этого продолжают выдачу руды с одновременной подачей в верхнюю часть ослабленной зоны закладочного материала. При этом происходит вытеснение разрыхленной руды закладочным материалом (стадия в). Процесс заканчивается, когда граница раздела между закладочным материалом и разрыхленной рудой достигает забоя скважины (стадия г). Скважинную добычу полезных ископаемых с механическим способом выдачи руды осуществляют следующим образом. В скважину до кровли рудной залежи опускают обсадную колонну 1 и до почвы - выдачную колонну 2. На устье колонны соединены сальником 3, обеспечивающем вертикальное перемещение выдачной колонны 2. Выдачу руды в желоб 4 осуществляют посредством шнека 5, который приводят во вращение вращателем 6. По обсадной колонке 1 подают закладочный материал 7, который вытесняет разрыхленную руду 8. Для подачи закладочного материала используют насос 9. Пример конкретного выполнения. На основании лабораторных исследований установлено, что при выдаче руды в нижней части рудной залежи образуется выработанное пространство овальной формы с объемом, равным, V1 = 0,35 Μ3, где Μ мощность рудной залежи. При обрушении руда разрыхляется и занимает объем V2 = =K*V1, где К коэффициент разрыхления. Для руды в данном примере К определен экспериментально и равен 1,3. Приращение объема равно V3 = V2 - V1 = (K-1)-V1 . Для данного примера мощность рудной залежи составляет М=30 м. V1= 0,35 -303 - 9450 м 3; V3 = (1.3-1)*9450 - 2835 м 3; В соответствии с расчетом выдали из скважины 2835 м руды и остановили выдачу, В скважину опустили ультразвуковой прибор для контроля за процессом обрушения руды и выхода ослабленной зоны на уровень кровли залежи. После этого продолжили выдачу руды с одновременной подачей в ослабленную зону закладочного материала. После того, как было добыто 9450 м 3 руды, на выходе из скважины был получен закладочный материал, что послужило сигналом к прекращению добычи. Практическое применение заявляемого способа будет осуществлено при отработке руд коры выветривания Новополтавского месторождения апатита. Разработано технико-экономическое обоснование строительства опытно-промышленного рудника.