способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий формирование в рабочей зоне карьера участков временно нерабочего борта, разнос верхних горизонтов временно нерабочего борта одновременно с его формированием посредством приведения во временно нерабочее положение ниже расположенных рабочих горизонтов, отличающийся тем, что на горизонтах временно нерабочего борта отсыпают заградительные валы для улавливания камнепада через интервалы по глубине, равные высоте участков временно нерабочего борта, а в постоянном или временно нерабочем борту карьера на горизонтах размещения заградительных валов устраивают транспортные бермы, с которых проходят съезды на ниже расположенные рабочие горизонты в пределах интервала по глубине, равного высоте участка временно нерабочего борта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горной промышленности и может найти применение при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ открытой разработки месторождений с выделением в карьере этапов разработки. При этом способе внутри конического контура карьера выделяют промежуточные контуры с углом наклона борта, превышающим угол наклона рабочего борта. Горные работы на горизонтальных, достигающих контура карьера первого этапа, останавливаются, формируя временно нерабочий борт.

При достижении временно нерабочим бортом на контуре первого этапа расчетной высоты начинают его разнос с целью последовательного перемещения уступов до контура карьера второго этапа, где также начинают формировать временно нерабочий борт и т. д. [1]

Из известных способов открытой разработки месторождений наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ с выделением в карьере этапов его разработки.

Основным технологическим признаком прототипа является чередование по глубине карьера участков временного нерабочего борта с рабочими горизонталями по их разносу и разнос верхних горизонтов временно нерабочего борта одновременно с его формированием посредством приведения во временно нерабочее положение ниже расположенных рабочих горизонтов [2]

Действительно, при достижении временно нерабочим бортом на контуре первого этапа расчетной высоты начинают разнос его верхних горизонтов, но при этом продолжается и наращивание высоты временно нерабочего борта снизу вследствие продолжающийся углубки карьера. Таким образом, участок временно нерабочего борта "скользит" по контуру этапа. Аналогично производят отработку участков временно нерабочего борта, сформированных на контуре последующих этапов.

Экономическая эффективность способа разработки по прототипу достигается снижением текущего коэффициента вскрыши за счет увеличения результирующего угла наклона рабочего борта карьера. Причем эффективность возрастает с увеличением угла наклона временно нерабочих бортов.

Применение изложенной технологии по прототипу для отработки скального массива сопряжено с тем, что разнос верхних горизонтов временно нерабочего борта неизбежно сопровождается выбросом горной массы при производстве взрывных работ. В результате при достаточно крутом угле наклона временно нерабочего борта весь его откос может быть полностью засыпан взорванной скальной массой. Это исключает возможность размещения на участках временно нерабочего борта вскрывающих выработок и не обеспечивает условия безопасного ведения горных работ при приведении во временно нерабочее положение ниже расположенных рабочих горизонтов. Подобных негативных явлений на практике избегают тем, что временно нерабочий борт формируют с достаточно широкими бермами, позволяющими разместить выброс взорванной горной массы на одном-двух горизонтах. Но это приводит к выполаживанию результирующего угла наклона рабочего борта карьера и, следовательно, к уменьшению эффективности применения рассматриваемой технологии по прототипу.

Другим способом, применяемым на практике для создания условий безопасного ведения горных работ, является отсыпка заградительных валов для улавливания камнепада. Однако этот способ отличается неопределенностью действий, т. к. неизвестно, на каких горизонтах формировать заградительные валы. Кроме того, с целью максимального снижения текущего коэффициента вскрыши участки временно нерабочего борта целесообразно формировать по всей длине рабочего борта карьера. В этом случае участки временно нерабочего борта сопрягаются с постоянным бортом. Но в условиях невозможности поддержания в работоспособном состоянии вскрывающих выработок на засыпанном взорванной горной массой откосе временно нерабочего борта транспортный выезд на постоянный борт осуществляется только с рабочих горизонтов по разносу временно нерабочих бортов, высотные отметки которых постоянно понижаются. Это требует формирования в постоянном борту практически на каждом горизонте транспортных берм, что приводит к резкому уменьшению угла наклона постоянного борта карьера, к росту среднего и текущего коэффициентов вскрыши. Поэтому на практике временно нерабочие борта формируют не по всей длине рабочего борта карьера, а только на его части, что дает возможность осуществлять подъем горной массы с рабочих горизонтов по разносу целиков в пределах рабочей зоны, свободной от участков временно нерабочего борта. Но это в свою очередь приводит к увеличению текущего коэффициента вскрыши, что снижает эффективность применения способа разработки по прототипу.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и снижение текущего коэффициента вскрыши при применении способа разработки за счет увеличения результирующего угла наклона рабочего борта карьера.

Указанная цель достигается отсыпкой заградительных валов для улавливания камнепада на горизонтах временно нерабочего борта через интервалы по глубине, равные высоте участков временно нерабочего борта, устройством в постоянном или полустационарном борту карьера транспортных берм на горизонтах размещения заградительных валов и формированием в рабочем борту карьера систем съездов с горизонтов размещения заградительных валов на ниже расположенные рабочие горизонты в пределах интервала по глубине, равного высоте участка временно нерабочего борта.

На фиг.1 изображена схема плана карьера; на фиг.2 сечение карьера А-А на фиг.1.

Цифрами 1-18 обозначены отметки горизонтов рабочего борта сверху вниз, прямоугольниками 19 системы съездов в рабочем борту карьера. Штрих-пунктирными линиями 20 показано положение заградительных валов для улавливания камнепада, цифрой 21 транспортные бермы в постоянном или полустационарном борту карьера на горизонтах размещения заградительных валов, в данном случае на горизонте 6 и на горизонте 12. Цифрами 22 обозначено положение вскрывающих выработок в постоянном борту, 23 участков постоянного или полустационарного борта карьера, 24 рудное тело. Штриховой линией на фиг.2 показано положение рабочего борта на момент отсыпки заградительного вала в новом положении на горизонте 6, а треугольниками 25 заградительные валы, соответствующие этому положению горных работ. На фиг.1 сплошными горизонтальными линиями показано положение откосов уступов на рабочих и временно нерабочих горизонтах.

На приведенном на фиг.1 положении горных работ на горизонтах 3, 4, 10, 11, 16 и 17 сформированы рабочие площадки. Они являются рабочими горизонтами по разносу участков временно нерабочего борта. На представленном плане карьера сформированы три участка временно нерабочего борта: верхний участок сформирован из уступов на горизонтах 1, 2, 3, средний участок из уступов на горизонтах 5, 6, 7, 8, 9, 10 и нижний из уступов на горизонтах 12, 13, 14, 15 и 16.

Расчетная высота участков временно нерабочего борта равна в данном случае суммарной высоте шести уступов. Нижний участок временно нерабочего борта имеет переменную высоту: от шести уступов она непрерывно уменьшается вследствие разности скоростей разноса целика и наращивания снизу.

Высота заградительного вала и его местоположение относительно нижней бровки уступа на горизонте размещения вала определяется расчетом по известной методике. При достаточно большой высоте участка временно нерабочего борта, например, как в данном случае, при высоте уступов 15 м она будет составлять 90 м, расстояние между заградительным валом и нижней бровкой уступа достигает 20-25 м.

На плане горных работ, представленном на фиг.1, в рабочем борту карьера сформированы три системы съездов. Первой системой с дневной поверхности вскрываются рабочие горизонты 3 и 4, второй системой с горизонта 6 размещения заградительного вала вскрываются рабочие горизонты 10 и 11 и третьей системой съездов с горизонта 12 вскрываются рабочие горизонты 16 и 17.

Положение вскрывающих выработок 22 в постоянном или полустационарном борту карьера принято произвольным. Это могут быть автомобильные или железнодорожные съезды, конвейерные траншеи или полутраншеи и т.п.

Производство горных работ по предлагаемому способу заключается в следующем.

Горная масса от экскаваторных забоев рабочих горизонтов 3 и 4 транспортируется по системе съездов 19 на дневную поверхность, а из забоев горизонтов 10 и 11 горная масса транспортируется по системе съездов, по транспортной берме, оставляемой в постоянном борту на горизонте 6, и далее - по вскрывающим выработкам постоянного борта. Аналогично горная масса транспортируется с горизонтов 16 и 17 с использованием транспортной бермы на горизонте 12 в постоянном борту карьера.

На фиг. 1 представлено положение горных работ, когда созданы условия для начала разноса горизонтов 5 и 12 временно нерабочего борта. При производстве массовых взрывов для рыхления уступа на горизонте 5 выброс горной массы на нижерасположенные горизонты будет ограничен заградительным валом горизонта 6. Таким образом, откос временно нерабочего борта, сформированного из уступов горизонтов 7, 8, 9 и 10, не будет засыпан взорванной горной массой, что обеспечивает постоянное функционирование системы съездов с горизонта 6 и безопасность приведения уступа горизонта 11 во временно нерабочее положение.

Аналогично изложенному производится разнос горизонта 12.

После разноса горизонта 5 приступают к разносу горизонта 6 временно нерабочего борта. При этом порода из заградительного вала может быть отгружена совместно со взрывной горной массой уступа, чем ликвидируется заградительный вал на горизонте 6.

Но в этот период необходимость сохранения заградительного вала отпадает, т. к. на горизонте 6 будет образована рабочая площадка шириной, исключающей выброс взорванного материала на ниже расположенные горизонты временно нерабочего борта при взрывании следующей буровой заходки.

После приведения уступа на горизонте 6 во временно нерабочее положение (фиг.2) на этом горизонте вновь будет сформирован заградительный вал 25, что даст возможность приступить к разносу сформированного из горизонтов 1, 2, 3, 4, 5 и 6 участка временно нерабочего борта.

Так как по рекомендуемому способу заградительные валы формируют через интервалы по глубине, равные высоте участков временно нерабочего борта, в данном случае через 6 горизонтов, то к началу разноса горизонта 7 заградительный вал на горизонте 12 будет сформирован в новом положении 25. При этом систему съездов с горизонта 12 до горизонта 17 ликвидируют, транспортную берму 21 на горизонте 12 постоянного борта продлевают на величину шага передвижки участка временно нерабочего борта и под защитой заградительного вала в новом положении последовательно формируют новую систему съездов с горизонта 12 на нижерасположенные рабочие горизонты.

Экономическая эффективность предлагаемого способа обеспечивается за счет снижения текущего коэффициента вскрыши, что достигается увеличением результирующего угла наклона бортов карьера. Функциональная связь отличительных признаков изобретения с поставленной целью заключается в следующем.

Если заградительные валы формировать через интервалы, не равные высоте участков временно нерабочего борта, а меньшие интервалы, то это приведет к уменьшению результирующего угла наклона рабочего борта карьера.

Так как участки временно нерабочего борта формируют под защитой заградительных валов, то на горизонтах участков можно оставлять только бермы безопасности, равные одной трети высоты уступа, например 5 м при высоте уступа 15 м. Ширина бермы на горизонте размещения заградительного вала составляет 20-30 м, и, если сократить интервал между этими горизонтами, например, вдвое, то это приведет к выполаживанию результирующего угла наклона рабочего борта карьера, а следовательно, к росту текущего коэффициента вскрыши.

Если заградительные валы формировать через интервалы большие, чем высота участков временно нерабочего борта, то это не обеспечивает условия безопасного ведения горных работ, что является неприемлемым. Если, например, заградительный вал 25 (фиг.2) сформировать не на горизонте 12, а на горизонте 14, то для обеспечения безопасного ведения горных работ на горизонтах 12 и 13 потребуется оставлять широкие площадки 30-40 м, на которых будет аккумулироваться развал породы при массовых взрывах, что в свою очередь также приведет к уменьшению результирующего угла наклона рабочего борта карьера.

Если в постоянном борту карьера транспортные бермы устраивать не на горизонтах размещения заградительных валов, а на иных отметках, то это приведет к выполаживанию угла наклона постоянного борта карьера, увеличению среднего по карьеру и текущего коэффициента вскрыши. Если, например, транспортную берму 21 (фиг.1) оставить не на горизонте 12, а на горизонте 10, то по ней можно будет транспортировать горную массу только с горизонтов 10 и 11. После перемещения заградительного вала на горизонте 12 в новое положение 25 (фиг.2), транспортная связь горизонтов 12-17 с транспортной бермой на горизонте 10 прерывается, так как при разносе временно нерабочего борта его откос будет засыпан взорванной горной массой. Таким образом, в дополнение к транспортной берме на горизонте 10 потребуется оставление транспортной бермы и на горизонте 12, что приведет к выполаживанию угла наклона постоянного борта карьера.

Отказ от формирования в рабочей зоне карьера системы съездов с горизонтов размещения заградительных валов на ниже расположенные рабочие горизонты в пределах интервала по глубине, равного высоте участков временно нерабочего борта, приведет к невозможности транспортирования горной массы с горизонтов указанного интервала до ближайшей выше расположенной транспортной бермы в постоянном борту. В этом случае транспортные бермы в постоянном борту карьера необходимо будет оставлять практически на каждом горизонте, что приведет к резкому выполаживанию угла откоса постоянного борта. Возможно другим способом решить проблему: разделить рабочую зону карьера на две части, в одной из которых сформировать рабочий борт в виде участков временно нерабочего борта, чередующихся с рабочими горизонтами по их разносу, а в другой сформировать на всех горизонтах нормальные рабочие площадки. Тогда с каждого рабочего горизонта по разносу временно нерабочих бортов будет прямой выезд во вторую часть рабочей зоны с нормальными рабочими площадками. Но при этом увеличить результирующий угол наклона рабочего борта возможно только в одной из частей рабочей зоны, что приведет к увеличению текущего коэффициента вскрыши в целом по карьеру.

Проведенный анализ позволяет утверждать, что все отличительные признаки предлагаемого способа функционально связаны с поставленной целью, а их реализация в совокупности с известными признаками позволит повысить эффективность способа по прототипу.

Новизна предлагаемого способа заключается в новом порядке действия по защите от камнепада блока горизонтов в процессе приведения их во временно нерабочее положение и по вскрытию рабочих горизонтов блока при разносе временно нерабочего борта.

Изобретение может быть применено как для увеличения результирующего угла наклона рабочего борта карьера, представленного горизонтами, на которых сформированы рабочие площадки расчетной ширины, так и для разноса полустационарного борта с большими размерами по глубине и в плане, сформированного на промежуточном контуре, что особенно характерно для многих крупных железорудных карьеров в настоящее время.

В первом случае реализация предлагаемого способа заключается в следующем.

Допустим, что проектом установлена возможность и целесообразность отработки карьера участками временно нерабочего борта, сформированными из шести уступов.

Разнос временно нерабочих бортов производится двумя рабочими горизонтами, т.е. как это представлено на фиг.1 и 2.

В этой ситуации уступ на горизонте 1 останавливают, что является началом формирования верхнего участка временно нерабочего борта, состоящего из горизонтов 1-6. После приведения уступа на горизонте 6 во временно нерабочее положение на нем отсыпают заградительный вал и на горизонтах 6 и 7 формируют рабочие площадки расчетной ширины (на фиг.2 это изображено штриховой линией). Начиная с горизонта 7, из ниже расположенных рабочих горизонтов аналогично формируют средний участок временно нерабочего борта с отсыпкой заградительного вала на горизонте 12 и т.д.

После окончательного формирования всех предусмотренных проектом участков временно нерабочего борта дальнейшую отработку карьера производят по выше изложенной технологии.

Во втором случае при разносе полустационарного борта, сформированного на промежуточном контуре карьера, реализацию предлагаемого изобретения производят в обратной последовательности: вначале осуществляют разнос горизонтов 1 и 2. После того, как на этих горизонтах будут созданы рабочие площадки расчетной ширины, уступ на горизонте 1 останавливают, что является началом формирования верхнего участка временно нерабочего борта.

После приведения уступа на горизонте 6 во временно нерабочее положение на нем отсыпают заградительный вал и приступают к разносу верхних горизонтов сформированного временно нерабочего борта. При этом под защитой заградительного вала продолжают дальнейший разнос полустационарного борта на промежуточном контуре с формированием среднего участка временно нерабочего борта и т.д.

В настоящее время предлагаемое изобретение реализуется в проектной документации, разрабатываемой институтом Гипроруда для карьера Коашва ПО "Апатит".