RU2601704C1 - Способ возведения искусственных столбообразных целиков в россыпных шахтах криолитозоны - Google Patents
Способ возведения искусственных столбообразных целиков в россыпных шахтах криолитозоны Download PDFInfo
- Publication number
- RU2601704C1 RU2601704C1 RU2015127590/03A RU2015127590A RU2601704C1 RU 2601704 C1 RU2601704 C1 RU 2601704C1 RU 2015127590/03 A RU2015127590/03 A RU 2015127590/03A RU 2015127590 A RU2015127590 A RU 2015127590A RU 2601704 C1 RU2601704 C1 RU 2601704C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- pillar
- freezing
- ice
- pipe
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 11
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 7
- 238000009415 formwork Methods 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000003923 scrap metal Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
- E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
- E21C41/22—Methods of underground mining; Layouts therefor for ores, e.g. mining placers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления выработанного пространства при подземной разработке мерзлых, в том числе техногенных россыпных месторождений Севера. Техническим результатом является совершенствование конструкции и технологии возведения искусственных целиков, снижение технологических потерь добываемых песков, получение дополнительного металла. Способ включает выполнение операций по послойной укладке в зимний период промороженного песчано-галечного геоматериала, подаваемого с поверхности через специально пробуренную скважину большого диаметра в предварительно возведенную в отработанной очистной камере передвижную опалубку с проливом водой и промораживанием естественным холодом каждого слоя. В процессе возведения целика на всю его ширину по высоте горизонтально, рядами, в разбежку укладывают отработавшие технический ресурс металлические водоводные трубы диаметром 200 мм, через которые вентилятором нагнетают холодный шахтный воздух. Общее количество подаваемого воздуха (Q), необходимое для промораживания возведенного комбинированного металло-ледопородного целика, определяют по математической формуле. 1 ил.
Description
Изобретение относится к горному делу, в частности к способам крепления выработанного пространства в россыпных шахтах (РШ) Севера, в том числе при повторной отработке техногенных запасов.
Известен способ возведения ледопородных целиков в РШ криолитозоны, включающий послойное намораживание подаваемого с поверхности в зимний период песчано-галечного геоматериала с проливом водой и промораживанием естественным холодом [1] (прототип).
Основными недостатками способа являются: необходимость возведения целиков больших размеров, возможность активного промораживания только поверхностных слоев и невысокая скорость промерзания возведенного целика до низких температур по всему объему и, как следствие этого, набора им требуемых компрессионных свойств, что замедляет отработку естественного целика.
Техническими задачами изобретения являются: уменьшение размеров, совершенствование конструкции и технологии возведения целиков; повышения их несущей способности и скорости промораживания; снижение потерь полезного ископаемого; получение дополнительного металла; предотвращение деформаций земной поверхности: сокращение сроков отработки РШ; повышение безопасности ведения подземных горных работ.
Предлагается новый способ возведения искусственных столбообразных целиков в РШ криолитозоны, включающий послойную укладку в зимний период промороженного песчано-галечного геоматериала, подаваемого с поверхности через специально пробуренную скважину в предварительно возведенную в отработанной очистной камере передвижную опалубку, с проливом водой и промораживанием каждого слоя холодным воздухом, нагнетаемым вентилятором, отличающийся тем, что по мере возведения целика на всю его ширину по высоте, горизонтально, рядами, в разбежку укладывают металлические водоводные трубы, отработавшие технический ресурс, при этом для интенсификации промораживания возведенного целика на расстоянии от него с наветренной стороны по ходу вентиляционной струи сооружают временный герметичный изоляционный экран, за который в заизолированное пространство вентилятором нагнетают холодный шахтный воздух, обеспечивая его принудительное движение по уложенным трубам, а количество подаваемого воздуха (Q) и укладываемых труб (n) определяют из соотношений:
где: n - количество металлических труб, укладываемых в возводимый целик, шт.; ν - скорость воздуха в трубе, м/с; R - радиус трубы, м; π=3,14
где: V1 - объем льда, заключенного в ледогрунтовом массиве, м3; V2 - объем горных пород, заключенных в ледогрунтовом массиве, м3; γ1 - плотность льда, кг/м3; γ2 - плотность скелета горных пород, кг/м3; C1 - удельная теплоемкость льда, Дж/(кг·°С); С2 - удельная теплоемкость горных пород, Дж/(кг·°С); t1 - начальная температура возведенного целика, °С; t2 - требуемая температура промораживания целика, °С; τ - время проморозки, с; L - длина трубы, м; α - коэффициент конвективного теплообмена нагнетаемого воздуха со стенкой трубы, (α=6,16+4,19 υ) Вт/(м2·К); tCT - температура стенки трубы, °С; tВОЗД - температура воздуха в трубе, °С.
Реализация способа будет способствовать решению ряда технических и экологических задач:
- обеспечит возможность возведения высокопрочных искусственных целиков в отработанных очистных камерах РШ, гораздо меньших по размеру, чем естественные, сокращая при этом время возведения и расход геоматериалов, сроки отработки шахтного поля, при высокой безопасности ведения подземных горных работ;
- обеспечит возможность скорейшей отработки ранее оставленных целиков (под защитой возведенных искусственных), обеспечивая тем самым снижение технологических потерь и получение дополнительного металла;
- обеспечит рециклинг (размещение в отработанном пространстве РШ) твердых геоматериалов, находящихся в отвалах, оставшихся после ведения вскрышных работ, а также в процессе промывки добытых песков на промывочных приборах, с освобождением земной поверхности и восстановлением естественного рельефа.
Кроме этого предотвращаются деформации (проседание) земной поверхности над отработанным шахтным полем; производится утилизация и повторное использование отслуживших технический ресурс водоводных металлических труб в качестве армирующих элементов возводимых целиков.
Введенный в формулу изобретения такой существенный признак, как укладка металлических водоводных труб в возводимый целик, позволяет:
- возводить армированные металлом искусственные целики с высокими прочностными характеристиками, гораздо меньших размеров, чем естественные, не уступающие в несущей способности:
- обеспечить активную циркуляцию холодного воздуха с высокой интенсивностью кондуктивного теплообмена по всему объему целика и, как следствие этого, в полной мере использовать естественный природный ресурс криолитозоны - холод, обеспечивая тем самым компенсацию негативных теплопритоков от замерзающей воды и высокую скорость промораживания, что в конечном итоге позволяет в короткий срок приступить к безопасной отработке ранее оставленного естественного целика в РШ.
Требуемый технический результат при реализации изобретения предполагается к тому же получить при использовании климатических и геокриологических ресурсов криолитозоны, а также горнотехнических особенностей месторождения и РШ:
- длительный зимний период с экстремально низкими температурами;
- наличие естественного холода как высокопотенциального атмосферного, так и низкопотенциального, аккумулированного горным массивом;
- круглогодичный отрицательный температурный режим в очистных камерах РШ;
- наличие легкодоступных геоматериалов из отвалов промывки песков и вскрышных пород вблизи границ шахтного поля.
Заявляемый способ поясняется чертежом (Фиг. 1), где показан участок отрабатываемого подземным способом россыпного месторождения с расстановкой всего оборудования для возведения искусственных целиков в РШ.
Условные обозначения, принятые на чертеже:
1 - земная поверхность; 2 - отработанная очистная камера РШ; 3 - сквозная вертикальная скважина; 4 - передвижная опалубка; 5 - складированный песчано-галечный геоматериал; 6 - поверхностная вентиляторная нагнетательная установка с гибким трубопроводом; 7 - теплоизолированная емкость для технической воды; 8 - водоподающая установка с насосом, трубопроводом и разбрызгивающим устройством; 9 - горизонтально уложенные металлические трубы; 10 - возведенный металло-ледопородный целик; 11 - герметичный изоляционный экран; 12 - шахтная (подземная) нагнетательная установка с вентилятором и гибким воздуховодом.
Реализацию заявляемого способа на практике осуществляют следующим образом. В период ведения добычных работ в РШ камерно-лавной системой, в зимний период с земной поверхности 1 в пределах отработанной, закрепленной временной крепью очистной камеры 2 пробуривают сквозную вертикальную скважину большого диаметра (500-600 мм) 3, под которой под землей устанавливают передвижную опалубку 4. На поверхности вблизи скважины складируют геоматериал 5 вскрышных пород или гале-эфельных отвалов, размещают нагнетательную вентиляционную установку 6 с гибким трубопроводом, теплоизолированную емкость 7 для технической воды, водоподающую установку 8 с насосом, трубопроводом и разбрызгивающим устройством.
Песчано-галечный геоматериал 5 через скважину 3 механизированным способом засыпают внутрь опалубки 4 послойно с проливом водой, подаваемой и разбрызгиваемой установкой 8, и последующим промораживанием каждого слоя атмосферным воздухом, нагнетаемым вентиляционной установкой 6. По мере возведения целика, по высоте, в разбежку на всю его ширину укладывают металлические водоводные трубы 9 диаметром не менее 200 мм, отработавшие технический ресурс. После завершения возведения металло-ледопородного целика 10 на расстоянии от него с наветренной стороны по ходу вентиляционной струи устанавливают временный герметичный изоляционный экран 11 и в заэкранированное пространство вентилятором 12 по гибкому трубопроводу нагнетают холодный шахтный воздух, обеспечивая кондуктивный теплообмен по всему объему целика между металлическими трубами и ледопородным материалом, обеспечивая тем самым ускоренное замораживание и, как следствие этого, упрочнение возведенного целика.
После набора возведенным металло-ледопородным целиком требуемых прочностных характеристик, временную крепь и экран убирают и приступают к отработке естественного целика по традиционной технологии. По мере продвижения очистных работ в РШ, по вышеописанной технологии с выполнением всех операций в требуемой последовательности возводят очередной искусственный целик.
Незакрепленное очистное пространство отработанной РШ затем может быть полностью заполнено имеющимся на поверхности геоматериалом, выполняющим роль «сухой» закладки.
Основные преимущества предлагаемого способа:
- высокая безопасность ведения подземных работ, в том числе при повторной отработке ранее оставленных естественных целиков (техногенных песков) в РШ;
- ускоренное промораживание возведенного целика по всему объему, за счет увеличения интенсивности кондуктивного теплообмена между льдопородным массивом и шахтным воздухом, нагнетаемым по металлическим трубам;
- повышенные компрессионные свойства возведенного целика, за счет наличия арматуры из металлических труб;
- дешевизна возведения, за счет использования доступных местных закладочных и связующих материалов и отработавших технический ресурс водоводных труб;
- низкие затраты на проморозку единичных слоев ледопородного материала и возведенных искусственных целиков, за счет использования естественного холода;
- несложность возведения, небольшое количество применяемого оборудования и технических операций;
- обеспечение рециклинга геоматериалов, слагающих россыпь, за счет использования вскрышных пород и хвостов промывки песков;
- отсутствие деформаций земной поверхности над отработанным шахтным полем;
- возможность поэтапной отработки ранее оставленных естественных целиков (при повторной отработке РШ), добиваясь значительного снижения технологических потерь и получения дополнительного металлла;
- восстановление естественного ландшафта, за счет размещения существующих отвалов геоматериалов переработки песков в подземном пространстве РШ;
- освобождение земной поверхности от металлолома (в виде отработавших технический ресурс водоводных труб), путем использования его в качестве армирующих элементов возводимых целиков.
Claims (1)
- Способ возведения искусственных столбообразных целиков в россыпных шахтах криолитозоны, включающий послойную укладку в зимний период промороженного песчано-галечного геоматериала, подаваемого с поверхности через специально пробуренную скважину в предварительно возведенную в отработанной очистной камере передвижную опалубку, с проливом водой и промораживанием каждого слоя холодным воздухом, нагнетаемым вентилятором, отличающийся тем, что в процессе возведения целика на всю его ширину по высоте, горизонтально, рядами, в разбежку укладывают металлические водоводные трубы, отработавшие технический ресурс, при этом для интенсификации объемного промораживания возведенного целика на расстоянии от него с наветренной стороны по ходу вентиляционной струи сооружают временный герметичный изоляционный экран, за который в изолированное пространство вентилятором нагнетают холодный шахтный воздух, обеспечивая его принудительное движение по металлическим трубам, а количество подаваемого воздуха (Q) и укладываемых труб (n) определяют из соотношений:
Q=nvπR2, м3/с,
где: n - количество металлических труб, укладываемых в возводимый целик, шт.; v - скорость воздуха в трубе, м/с; R - радиус трубы, м; π=3,14
где: V1 - объем льда, заключенного в ледогрунтовом массиве, м3; V2 - объем горных пород, заключенных в ледогрунтовом массиве, м3; γ1 - плотность льда, кг/м3; γ2 - плотность скелета горных пород, кг/м3; С1 - удельная теплоемкость льда, Дж/(кг·°С); С2 - удельная теплоемкость горных пород, Дж/(кг·°С); t1 - начальная температура возведенного целика, °С; t2 - требуемая температура промораживания целика, °С; τ - время проморозки, с; L - длина трубы, м; α - коэффициент конвективного теплообмена нагнетаемого воздуха со стенкой трубы, (α=6,16+4,19υ) Вт/(м2·К); tCT - температура стенки трубы, °С; tВОЗД - температура воздуха в трубе, °С.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015127590/03A RU2601704C1 (ru) | 2015-07-08 | 2015-07-08 | Способ возведения искусственных столбообразных целиков в россыпных шахтах криолитозоны |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015127590/03A RU2601704C1 (ru) | 2015-07-08 | 2015-07-08 | Способ возведения искусственных столбообразных целиков в россыпных шахтах криолитозоны |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2601704C1 true RU2601704C1 (ru) | 2016-11-10 |
Family
ID=57278244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015127590/03A RU2601704C1 (ru) | 2015-07-08 | 2015-07-08 | Способ возведения искусственных столбообразных целиков в россыпных шахтах криолитозоны |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2601704C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115059814A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-16 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 连接阀及密封系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU619680A1 (ru) * | 1977-01-10 | 1978-08-15 | Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов | Способ возведени лед ных целиков |
| SU678192A1 (ru) * | 1978-03-31 | 1979-08-05 | Институт Горного Дела Ан Казахской Сср | Способ возведени лед ного целика |
| GB2039971A (en) * | 1978-08-03 | 1980-08-20 | Noren T | Method of selective underground mining and stabilization of rock cavities |
| SU1613650A1 (ru) * | 1988-12-26 | 1990-12-15 | Днепропетровский горный институт им.Артема | Способ закладки выработанного пространства |
| RU2213868C1 (ru) * | 2002-06-19 | 2003-10-10 | Михайлов Юрий Васильевич | Способ разработки многолетнемерзлых месторождений с закладкой выработанного пространства |
-
2015
- 2015-07-08 RU RU2015127590/03A patent/RU2601704C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU619680A1 (ru) * | 1977-01-10 | 1978-08-15 | Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов | Способ возведени лед ных целиков |
| SU678192A1 (ru) * | 1978-03-31 | 1979-08-05 | Институт Горного Дела Ан Казахской Сср | Способ возведени лед ного целика |
| GB2039971A (en) * | 1978-08-03 | 1980-08-20 | Noren T | Method of selective underground mining and stabilization of rock cavities |
| SU1613650A1 (ru) * | 1988-12-26 | 1990-12-15 | Днепропетровский горный институт им.Артема | Способ закладки выработанного пространства |
| RU2213868C1 (ru) * | 2002-06-19 | 2003-10-10 | Михайлов Юрий Васильевич | Способ разработки многолетнемерзлых месторождений с закладкой выработанного пространства |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| САЛЬМАНОВ Р.Н. и др. Разработка месторождений с применением замораживаемого закладочного материала. Колыма, 1987, N3, с.18-20;RU 2474695 C2, 10.02.2013. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115059814A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-16 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 连接阀及密封系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ding et al. | Safety management in tunnel construction: Case study of Wuhan metro construction in China | |
| CN103291305B (zh) | 一种地采矿山快捷低成本人工假顶构筑方法 | |
| CN104405436B (zh) | 一种提高矿体充填接顶率的方法 | |
| CN102852550B (zh) | 一种无煤柱半原位沿空留巷方法 | |
| CN105804748B (zh) | 一种露天运输系统下分区开采挂帮矿的方法 | |
| CN103075156A (zh) | 一种棋盘式矿房预护顶上向中深孔落矿分段充填采矿法 | |
| CN111594168B (zh) | 一种岩矸配合成形的伪采空层支护限沉回采方法 | |
| CN109779652A (zh) | 一种煤矿软岩工作面回风巷扩修和支护方法 | |
| Emad et al. | Backfill practices for sublevel stoping system | |
| RU2601704C1 (ru) | Способ возведения искусственных столбообразных целиков в россыпных шахтах криолитозоны | |
| CN104481571B (zh) | 矿井粉煤灰灌浆防灭火方法 | |
| CN107060778B (zh) | 穿越超高层建筑群回填区隧道施工方法 | |
| CN117449856A (zh) | 一种煤下铝土矿逐巷充填护顶与置换开采方法 | |
| Khomenko et al. | Geodynamic safety when increasing the depth of underground mining of ore deposits | |
| CN117345234A (zh) | 一种适用于缓倾斜矿体开采的人工矿柱布置与施工方法 | |
| RU2569122C1 (ru) | Способ комбинированной (открыто-подземной) разработки месторождений полезных ископаемых в гористой и холмистой местности | |
| CN203730069U (zh) | 一种圆形钢管混凝土柱沿空留巷充填墙体结构 | |
| RU2723317C1 (ru) | Способ возведения искусственных предохранительных ледопородных целиков при разработке месторождений в криолитозоне | |
| CN109356622A (zh) | 一种处理隧洞冒顶的结构及实施方法 | |
| CN214196313U (zh) | 一种煤矿井下超大断面永久硐室结构 | |
| CN211692492U (zh) | 一种采空区巷道加固结构 | |
| Bekbergenov et al. | CURRENT CONDITION AND OUTLOOKS OF SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF CHROMITE UNDERGROUND) MIINING, AT LOWER HORIZONS OF MINES OF THE DONSKOY MINING, AND PROCESSING, PLANT | |
| CN103953066B (zh) | 新型复合式交通隧道 | |
| CN102865080A (zh) | 高地应力硬岩诱导致裂工程布置及非爆破回采工艺 | |
| RU2400625C1 (ru) | Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170709 |