PL165822B1

PL165822B1 - Method and device for the borehole exploitation of minerals useful in medium and high compactness rocks

Info

Publication number: PL165822B1
Application number: PL29076891A
Authority: PL
Inventors: Wieslaw Jura
Original assignee: Wieslaw Jura
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 1995-02-28
Also published as: PL290768A1

Abstract

1. Sposób otworowej eksploatacji minera- łów użytecznych w skałach średniej i dużej zwięzłości, polegający na wykonywaniu z powierzchni ziemi do złoża tych minerałów wielkośrednicowego otworu wydobywczego, wybieraniu kawerny w złożu tego otworu i wynoszeniu z jego dna urobku na zasadzie airliftu wspomaganego ciśnieniem sprężonego powietrza, znamienny tym, że najpierw w pierwszej fazie torpeduje się materiałem wybuchowym część otworu wydobywczego (1) przecinającą złoże (3) minerałów i przewierca warstwę tak urobionego materiału skalnego (5) dla wynoszenia urobku, a następnie w drugiej fazie wierci się z otworu wydobywczego (1) kierunkowe otwory ukośne (25), które w strefie złoża (3)ładuje się materiałem wybuchowym (26) dla jego dalszego urabiania, natomiast w strefie nakładu (2) zabezpiecza kotwiami (27) dla podtrzymywania stropu w wybieranej kawernie.1. A method of exploiting minerals from medium and high-compact rocks through boreholes, which consists in drilling a large-diameter extraction hole from the ground surface into the mineral deposit, selecting a cavern in the deposit of this hole and removing the mined material from the bottom of the hole using airlift assisted by compressed air pressure, characterized in that first, in the first phase, the part of the extraction hole (1) intersecting the mineral deposit (3) is torpedoed with an explosive material and drilling through the layer of rock material (5) mined in this way to remove the mined material, and then, in the second phase, directional oblique holes (25) are drilled from the extraction hole (1), which are loaded with explosive material (26) in the deposit zone (3) for its further mining, while in the overburden zone (2) they are secured with anchors (27) to support the roof in the extracted cavern.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otworowej eksploatacji minerałów użytecznych w skałach średniej i dużej zwięzłości, polegający na wykonywaniu z powierzchni ziemi do złoża tych materiałów wielkośrednicowego otworu wydobywczego, wybieraniu kawerny w złożu wokół tego otworu i wynoszeniu z jego dna urobku na zasadzie airliftu wspomaganego ciśnieniem sprężonego powietrza oraz urządzenie do otworowej eksploatacji minerałów użytecznych w skałach średniej i dużej zwięzłości, wyposażone w kolumnę rurową wielkośrednicowego otworu wydobywczego z rurami zasilającymi w wodę i sprężone powietrze, zaopatrzoną w dolnej części tego otworu w zespół baterii monitorów wodnych, ssawy i kosza airliftu dla wynoszenia urobku.The subject of the invention is a method of borehole mining of minerals useful in medium and high compactness rocks, consisting in making a large-diameter mining hole from the ground surface to the deposit of these materials, selecting a cavern in the deposit around this hole and removing the excavated material from its bottom by means of an airlift supported by compressed air pressure, and a device for the borehole exploitation of minerals useful in medium and high compactness rocks, equipped with a tubular column of a large-diameter extraction hole with pipes supplying water and compressed air, provided in the lower part of the hole with a set of water monitors, a suction nozzle and an airlift basket for lifting the excavated material.

Znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 148 797, sposób eksploatacji minerałów użytecznych przez wiercenie z powierzchni ziemi do złoża tych minerałów wielkośrednicowego otworu wydobywczego, z którego urabia się złoże strumieniem cieczy, rozdrabnia hydraulicznie urobek i wynosi wraz z wodą na powierzchnię. Urobek wynosi się z wodą na zasadzie podnośnika powietrznego zwanego airliftem, wspomaganego naporowym ciśnieniem sprężonego powietrza wywierającym nacisk na powierzchnię wody w kawernie wybieranej w złożu wokół otworu wydobywczego.It is known, for example, from Polish patent description No. 148 797, for the exploitation of useful minerals by drilling from the surface of the earth into the deposit of these minerals a large-diameter mining hole, from which the bed is mined with a stream of liquid, hydraulically crushed and brought to the surface with water. The dredged material is lifted with the water on the principle of an airlift, known as an airlift, assisted by the upward pressure of compressed air exerting pressure on the water surface in a cavity selected in the bed around the production well.

Urządzenie do stosowania tego sposobu ma kolumnę współśrodkowych rur, na której osadzona jest c.entrycznie urabiająca głowica zaopatrzona w hydromonitory z dyszami urabiającymi iThe device for applying this method has a column of concentric pipes on which is mounted a centrically cutting head provided with hydromonitors with cutting nozzles and

165 822 3 fluidyzacyjno-dozującymi, zawieszona na rurach zasilających w wodę i sprężone powietrze oraz ssawa i kosz airliftu.165 822 3 for fluidization and dosing, suspended on the pipes supplying water and compressed air, as well as the suction nozzle and airlift basket.

Taki sposób oraz urządzenie, jak również pozostałe znane sposoby eksploatacji minerałów użytecznych metodą otworową poprzez ługowanie i termiczne wytapianie lub hydrauliczne rozpuszczanie złoża, mają ograniczony zakres stosowania do skał, które poddają się oddziaływaniu wspomnianych czynników. Znane rozwiązania nie pozwalają na eksploatację skał twardych, dla urabiania których konieczne jest stosowanie innych zabiegów technologicznych.Such a method and apparatus, as well as other known methods of exploitation of minerals useful by the borehole method by leaching and thermal smelting or hydraulic dissolution of the bed, have a limited scope of application to rocks that are susceptible to the above-mentioned factors. The known solutions do not allow the exploitation of hard rocks, for the mining of which it is necessary to use other technological procedures.

Powyższą wadę usuwa sposób otworowej eksploatacji minerałów użytecznych w skałach średniej i dużej zwięzłości według wynalazku, polegający na wykonywaniu z powierzchni ziemi do złoża tych minerałów wielkośrednicowego otworu wydobywczego, wybieraniu kawerny w złożu wokół tego otworu i wynoszeniu z jego dna urobku na zasadzie airliftu wspomaganego ciśnieniem sprężonego powietrza. Zgodnie z wynalazkiem najpierw w pierwszej fazie torpeduje się materiałem wybuchowym część otworu wydobywczego przecinającą złoże minerałów i przewierca warstwę tak urobionego materiału skalnego dla wynoszenia urobku, a następnie w drugiej fazie wierci się z otworu wydobywczego kierunkowe otwory ukośne, które w strefie złoża ładuje się materiałem wybuchowym dla jego dalszego urabiania, natomiast w strefie nakładu zabezpiecza kotwiami dla podtrzymywania stropu w wybieranej kawernie. Ponadto zgodnie z wynalazkiem wykonuje się korzystnie w kolejnych fazach z powierzchni ziemi do złoża minerałów w sąsiedztwie otworu wydobywczego dodatkowe otwory wiertnicze i wierci z nich kierunkowe otwory ukośne, które częściowo ładuje się materiałem wybuchowym i częściowo kotwi, jak otwory ukośne wykonane z otworu wydobywczego w drugiej fazie eksploatacji.The above disadvantage is removed by the method of borehole mining of minerals useful in medium and high compactness rocks according to the invention, consisting in making a large-diameter extraction hole from the surface of the earth to the deposit of these minerals, selecting a cavern in the deposit around this hole and removing the excavated material from its bottom by means of a compressed pressure-assisted airlift. air. According to the invention, first, in the first phase, the part of the mining hole that cuts through the mineral deposit is torpedoed with the explosive, and the rock material layer is drilled in such a way to remove the output, and then, in the second phase, oblique directional holes are drilled from the mining hole, which in the deposit zone are loaded with explosive material. for its further mining, while in the input zone it is secured with bolts to support the roof in the selected cavern. Moreover, according to the invention, additional boreholes are preferably made in successive phases from the ground surface to the mineral deposit in the vicinity of the production well, and from them directional oblique holes are drilled partially with explosives and partially bolted, such as oblique holes made from the production hole in the second production hole. exploitation phase.

Do stosowania tego sposobu skonstruowano także urządzenie do otworowej eksploatacji minerałów użytecznych w skałach średniej i dużej zwięzłości, według wynalazku, wyposażone w kolumnę rurową wielkośrednicowego otworu wydobywczego z rurami zasilającymi w wodę i sprężone powietrze, zaopatrzoną w dolnej części w zespół baterii monitorów wodnych, ssawy i kosza airliftu dla wynoszenia urobku. Zgodnie z wynalazkiem urządzenie ma mechanizm kruszący nad zespołem do wynoszenia urobku, składający się z kafaru i rusztu promieniowego oraz ma pod tym zespołem znaną wiertnicę wewnątrzodwiertową. Bijak kafaru jest zawieszony na podnoszącym cięgnie wokół rury do wynoszenia urobku, kolumny rurowej wielkośrednicowego otworu wydobywczego i zaopatrzony w rurę osłonową, stanowiącą jednocześnie gniazdo złożonych ramion przegubowych rusztu promieniowego, które w stanie rozłożonym opierają się na krawędzi rury obudowy dolnej części otworu wydobywczego.For the use of this method, a device for borehole mining of minerals useful in medium and high compactness rocks was constructed, according to the invention, equipped with a large-diameter pipe column with pipes supplying water and compressed air, provided in the lower part with a set of water monitor batteries, suction and airlift basket for removing the material. According to the invention, the device has a crushing mechanism above the device for lifting the spoil, consisting of a pile driver and a radial grate, and has a known intra-well drilling rig beneath it. The driver of the pile driver is suspended on the lifting strand around the pipe for carrying the excavated material, the tubular column of the large-diameter mining hole, and is provided with a casing pipe, which at the same time constitutes the seat of the complex articulated arms of the radial grate, which in the unfolded state rest on the edge of the housing pipe of the lower part of the mining hole.

Sposób oraz urządzenie według wynalazku umożliwiają urabianie i wydobywanie na powierzchnię metodą otworową również tych minerałów użytecznych, które występują w skałach średniej i dużej zwięzłości, nie dających się rozpuścić, wytopić lub urobić strumieniem wody.The method and the device according to the invention make it possible to mine and extract to the surface by the hole method also those useful minerals that are present in rocks of medium and high compactness, which cannot be dissolved, smelted or dredged with a stream of water.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszą fazę eksploatacji, fig. 2 - jej drugą i dalsze fazy, fig. 3 - dolny fragment urządzenia wydobywczego, a fig. 4 - jego wzdłuż linii A-A zaznaczonej na fig. 3.The subject of the invention is illustrated in an exemplary embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows the first phase of exploitation, fig. 2 - its second and further phases, fig. 3 - the lower part of the mining device, and fig. 4 - along the line AA marked in Fig. 3.

Sposób otworowej eksploatacji minerałów użytecznych w skałach średniej i dużej zwięzłości, polega na wykonywaniu z powierzchni ziemi wielkośrednicowego otworu wydobywczego 1 przez nakład 2, złoże 3 i warstwy spągowe 4.The method of borehole exploitation of minerals useful in medium and high compactness rocks consists in making a large-diameter production bore 1 from the earth's surface through the outlay 2, bed 3 and bottom layers 4.

W pierwszej fazie eksploatacji torpeduje się materiałem wybuchowym część otworu wydobywczego 1 przecinającą złoże 3 minerałów i przewierca warstwę tak urobionego materiału skalnego 5 wiertnicą wewnątrzodwiertową 6 „down hole drill“, związaną z urządzeniem do otworowej eksploatacji, pod jego zespołem do wynoszenia urobku. Warstwę urobionego materiału skalnego 5 przewierca się do warstw spągowych 4, gdzie dolną część otworu wydobywczego 1 zabezpiecza się rurą 7 obudowy. W rurze 7 umieszcza się wspomniany zespół do wynoszenia urobku, składający się z baterii monitorów wodnych 8, 9 oraz ssawy 10 i kosza airliftu 11. Zespół do wynoszenia urobku stanowi dolną część kolumny rurowej 12 urządzenia do otworowej eksploatacji, z rurami zasilającymi w wodę i sprężone powietrze oraz rurą 13 do wynoszenia urobku. Nad zespołem do wynoszenia urobku urządzenie ma ponadto mechanizm kruszący, składający się z kafaru 14 i rusztu promieniowego 15. Bijak 16 kafaru 14 jest zawieszony na podnoszącym cięgnie 17 wokół rury 13 do wynoszenia urobku i zaopatrzony w rurę osłonową 18. Rura osłonowa 18 stanowi jednocześnieIn the first phase of operation, a part of the mining hole 1 crossing the mineral deposit 3 is torpedoed with an explosive, and the rock layer 5 is drilled with an in-hole drilling 6 "down hole drill" connected with the device for downhole mining, under its assembly for lifting the spoil. The mining rock layer 5 is drilled into the floor layers 4, where the lower part of the mining hole 1 is secured by the casing pipe 7. In the pipe 7 there is placed the aforementioned assembly for carrying out the dredged material, consisting of a battery of water monitors 8, 9 and a suction nozzle 10 and an airlift basket 11. The unit for hauling out the dredged material constitutes the lower part of the tubular column 12 of the device for downhole mining, with water supply and compressed pipes. air and a pipe 13 for carrying out the excavated material. Above the unit for lifting the spoil, the device also has a crushing mechanism, consisting of a pile driver 14 and a radial grate 15. The driver 16 of the pile driver 14 is suspended on a lifting string 17 around the pipe 13 for lifting the spoil and provided with a casing pipe 18.

165 822 gniazdo złożonych ramion przegubowych 19 rusztu promieniowego 15, które w stanie rozłożonym opierają się na krawędzi rury 7 obudowy dolnej części otworu wydobywczego 1. Otwór wydobywczy 1 zamknięty jest na powierzchni ziemi głowicą 20. Na powierzchni zlokalizowane są również urządzenia zasilające otwór wydobywczy 1 w media energetyczne, jak sprężarka 21 i pompa wodna 22 oraz odpowiednie instalacje energetyczne. Po umieszczeniu w otworze wydobywczym 1 urządzenia do eksploatacji minerałów użytecznych całą wybieraną kawernę zalewa się wodą 23, na której zwierciadło przykłada się ciśnienie sprężonego powietrza 24. Odstrzelony materiałem wybuchowym materiał skalny 5 opada w najniższą stefę kawerny poprzez ruszt promieniowy 15 mechanizmu kruszącego, na którym grubszy urobek jest poddawany udarowemu działaniu kafaru165 822 the seat of the folded articulated arms 19 of the radial grate 15, which in the unfolded state rest on the edge of the pipe 7 of the housing of the lower part of the extraction opening 1. The production opening 1 is closed on the ground surface with the head 20. On the surface there are also devices supplying the extraction opening 1 in energy utilities such as compressor 21 and water pump 22, and corresponding energy installations. After placing a device for exploiting useful minerals in the mining hole 1, the entire cavern to be selected is flooded with water 23, on which the mirror is applied with the pressure of compressed air 24. The rock material 5 blasted with an explosive material falls into the lowest cavern zone through the radial grate 15 of the crushing mechanism, on which the thicker the spoil is subjected to the impact action of a pile driver

14. Grawitacyjny napływ materiału sklnego 5 na ruszt promieniowy 15 jest intensyfikowany działaniem strumieni monitorów wodnych 8, a jego nadmierny napływ ogranicza rura osłonowa 18. Rozdrobniony materiał skalny 5 dostaje się do wnętrza rury 7 obudowy dolnej części otworu wydobwyczego 1, skąd zasysany ssawą 10 wynoszony jest na powierzchnię w postaci wodnej pulpy rurą 13, przy wspomaganiu powietrzem z kosza airliftu 11 i naporowym ciśnieniem sprężonego powietrza 24. Bateria monitorów wodnych 9 przeciwdziała sedymentacji ziarn rozdrobnionego materiału skalnego 5. Wybranie urobku z kawerny kończy pierwszą fazę eksploatacji.14. The gravitational inflow of rock material 5 onto the radial grate 15 is intensified by the action of water monitors 8 streams, and its excessive inflow is limited by the casing pipe 18. Crushed rock material 5 enters the inside of the pipe 7 of the casing of the lower part of the extraction opening 1, from where it is sucked by the suction nozzle 10 from it is on the surface in the form of an aqueous pulp through a pipe 13, assisted by air from the airlift basket 11 and the thrust pressure of compressed air 24. A battery of water monitors 9 counteracts sedimentation of the grains of the comminuted rock material 5. The removal of cavern debris completes the first phase of operation.

W drugiej fazie eksploatacji, z dolnej strefy wielkośrednicowego otworu wydobywczego 1 wykonuje się kierunkowe otwory ukośne 25, przechodzące przez dolną strefę nadkładu 2 i całą grubość złoża 3. Otwory ukośne 25 rozmieszcza się wokół otworu wydobywczego 1 w wielu okręgach o coraz większej średnicy. W strefie złoża 3 otwory te ładuje się materiałem wybuchowym 26, natomiast w strefie nadkładu 2 zabezpiecza kotwiami 27 stalowymi lub linowymi zalanymi materiałem cementującym, dla podtrzymywania stropu w wybieranej kawernie. Odpalenie materiału wybuchowego 26 w otworach ukośnych 25 daje kolejne masy urobku, rozdrabnianego mechanizmem kruszącym i wynoszonego na powierzchnię zespołem do wynoszenia urobku z dna kawerny, analogicznie jak w pierwszej fazie eksploatacji.In the second phase of operation, directional oblique holes 25 are made from the lower zone of the large-diameter production hole 1 through the lower zone of the overburden 2 and the entire thickness of the bed 3. The oblique holes 25 are arranged around the production hole 1 in a number of circles of increasing diameter. In the bed zone 3, these holes are loaded with an explosive 26, while in the overburden zone 2, they are secured with steel or rope anchors 27 flooded with cementing material to support the ceiling in the cavern to be selected. Ignition of the explosive 26 in oblique holes 25 results in successive masses of spoil, comminuted with the crushing mechanism and brought to the surface by a device for lifting the spoil from the cavern bottom, similarly to the first phase of operation.

W kolejnych fazach eksploatacji wykonuje się w sąsiedztwie wielkośrednicowego otworu wydobywczego 1 z powierzchni ziemi do złoża 3 minerałów dodatkowe otwory wiertnicze 28 i wierci z nich kierunkowe otwory ukośne 29. Otwory ukośne 29 częściowo ładuje się materiałem wybuchowym 30 i częściowo kotwi, jak otwory ukośne 25 wykonane z otworu wydobywczego 1 w drugiej fazie eksploatacji. Po odpaleniu materiału wybuchowego 29, masy urobku wynosi się z dna urabianej kawerny jak w pierwszej fazie eksploatacji.In the subsequent phases of operation, additional boreholes 28 are made in the vicinity of the large-diameter production bore 1 from the ground surface to the mineral deposit 3, and directional oblique holes 29 are drilled from them. Diagonal holes 29 are partially loaded with explosive 30 and partially bolted, such as oblique holes 25 made from the borehole 1 in the second phase of operation. After the explosive 29 is ignited, the masses of the spoil are lifted from the bottom of the cavern as in the first phase of exploitation.

16(582216 (5822

165 822165 822

Fig.2Fig.2

16158221615822

Fig.1 Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price: PLN 10,000

Claims

Patent claims

1. A method of borehole exploitation of minerals useful in medium and high compactness rocks, consisting in making a large-diameter mining hole from the surface of the earth to the deposit of these minerals, selecting a cavern in the bed of this hole and removing excavated material from its bottom on the principle of an airlift supported by the pressure of compressed air, characterized by that first, in the first phase, the explosive material is used to torpedo the part of the mining hole (1) that cuts the mineral deposit (3) and drills the layer of rock material (5) cut in this way to remove the excavated material, and then in the second phase, the directional holes are drilled from the mining hole (1) oblique holes (25), which in the bed zone (3) are loaded with explosive (26) for its further mining, while in the load zone (2) they are secured with bolts (27) to support the roof in the cavern to be selected.

2. The method according to p. A method as claimed in claim 1, characterized in that in successive phases additional boreholes (28) are made in the vicinity of the mining hole (1) from the ground surface to the mineral deposit (3) and diagonal directional holes (29) are drilled from them, which are partially loaded with explosives (30) and partial bolts, such as oblique holes (25) made from the recovery bore (1) in the second operating phase.

3. A device for borehole mining of minerals useful in medium and high compactness rocks, equipped with a large-diameter pipe column with water and compressed air supply pipes, provided in the lower part of the opening with a set of water monitors, suction and airlifts for lifting the excavated material , characterized in that it has a crushing mechanism above the device for carrying out the spoil, consisting of a pile driver (14) and a radial grate (15), and has a known intra-well drilling rig (6) beneath it.

4. The device according to claim Device according to claim 3, characterized in that the ram (16) of the pile driver (14) is suspended on the lifting strand (17) around the pipe (13) for carrying out the excavated material, the tubular column (12) of the large-diameter opening (1) and provided with a casing pipe (18) at the same time constituting the seat of the folded articulated arms (19) of the radial grate (15), which in the unfolded state rest on the edge of the pipe (7) of the housing of the lower part of the extraction opening (1).