способ комбинированной разработки мощных рудных тел

Формула изобретения

СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ РУДНЫХ ТЕЛ, включающий выемку массива руды открытыми и подземными работами единым очистным забоем, углубку карьера, выемку руды в карьере уступами с формированием откосов, проведение выработок достаточного горизонта, восстающих, буровых и буроподсечных выработок, образование отрезной щели до дна карьера на завершающем направлении его углубки, формирование рудоприемной части днища, отбойку руды секциями в нижнем и верхнем слоях соответственно восходящими и нисходящими рядами скважин и веерами скважин, магазинирование и выпуск отбитой руды из единого очистного пространства подземных и открытых работ через подземные выработки, отличающийся тем, что отрабатывают разрезную траншею до дна карьера на отрезную щель, выемку основных запасов руды осуществляют сближенными траншеями в отступающем порядке вкрест разрезной траншее, отбойку нижнего слоя руды восходящими веерами скважин производят из буроподсечных выработок, бурение вееров скважин в сближенных траншеях выполняют со смещением относительно друг друга, бурение встречных вееров скважин из соседних буроподсечных выработок осуществляют с расположением из концов внахлест, отбойку верхнего слоя руды ведут со дна карьера рядами нисходящих, а также дополнительно пробуриваемых скважин, при этом основные нисходящие скважины бурят на всю глубину и со стороны массива располагают в одной плоскости с восходящими скважинами, а ряды дополнительных скважин формируют из одиночных и групп скважин между обнаженной поверхностью массива и рядами основных скважин и размещают в них сферические заряды, причем отбойку верхнего слоя производят с образованием конуса разрушения на верхнюю плоскость обнажения массива и подконсольное пространство, которое образуют опережающим взрыванием веером восходящих скважин, рудоприемную часть днища формируют выпускной траншеей отбойкой нижнего слоя, а выпуск руды осуществляют из выпускной траншеи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при комбинированной разработке мощных крутопадающих рудных тел.

Известен открыто-подземный способ разработки мощных месторождений полезных ископаемых [1]. Он включает выемку полезного ископаемого открытыми горными работами и одновременно подземного этажа подземными горными работами с созданием между ними единого очистного пространства. Подготовка подземного этажа этим способом включает проходку откаточных выработок, восстающих, выработок доставки, выпускных ниш и дучек, траншейных выработок и разделку выпускных траншей, проходку выработок подэтажных буровых горизонтов. Очистные работы включают разделку отрезной щели и отбойку скважинами на эту щель в отступающем порядке рудного массива на всю высоту подземного этажа, формирование в процессе отбойки в рудном массиве единого откоса на всю высоту подземного этажа, выпуск отбитой руды из единого очистного пространства через подземные выработки. Способ позволяет повысить интенсивность добычи руды за счет одновременной с открытыми работами отработки подземного этажа, обуривания этого этажа мощными карьерами буровыми станками. Для этого подэтажные буровые горизонты подготавливают выемкой горизонтального слоя камерно-столбовой системой разработки. Интенсивность добычи руды достигают также увеличением высоты отбиваемого слоя рудного массива за счет увеличения числа подэтажных буровых горизонтов и высоты подэтажей при обуривании их мощными карьерными буровыми станками. Недостатками способа являются: качество дробления руды при отбойке скважинами, пробуренными карьерными буровыми станками, не соответствует по крупности эффективному ее выпуску через подземные выработки и применяемому на подземных работах погрузочному и транспортному оборудованию; подготовка подэтажных буровых горизонтов камерно-столбовой системой разработки для размещения крупногабаритного карьерного бурового оборудования требует выемки большого объема руды, проведения дополнительных выработок для ее выдачи на откаточный горизонт и больших затрат, а значительные площади обнажения рудного массива на подэтажных требуют принятия дополнительных мер по обеспечению безопасности работ, ограничивают применение способа рудами повышенной устойчивости и небольшими глубинами разработки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ комбинированной разработки мощных рудных тел [2]. Он включает выемку руды открытыми и подземными работами единым очистным забоем, проведение выработок доставочного горизонта, восстающих и буро-погрузочных выработок, образование отрезной щели до дна карьера, опережающую выемку нижнего слоя руды на уровне достаточного горизонта с формированием плоского днища. Выемку руды осуществляют под дном действующего карьера на направлении его углубки камерой с формированием потолочины между кровлей этой камеры и проектной отметкой дна карьера. Отбойку руды в этой камере выполняют шпуровым способом с забойной рудоразработкой отбитой руды и магазинированием отсортированных пород. Затем послойной отбойкой руды в бортах камеры восходящими скважинами из буро-погрузочных выработок доставочного горизонта и потолочины камеры восходящими веерами скважин из забоя камеры образуют отрезную щель до дна карьера. По мере отбойки руды в камере на плоском днище формируют навал пустых пород. В рудном массиве за границей камеры проходят подэтажные буровые выработки, из которых производят отбойку руды в едином очистном забое на отрезную щель, при этом крайние веера скважин бурят в плоскости откоса уступов, а полный выпуск руды из единого очистного пространства ведут через буро-погрузочные выработки доставочного горизонта по навалу отсорбированных пород. Способ позволяет повысить эффективность разработки за счет снижения потерь кристаллосырья применением забойной рудоразборки руды в процессе шпуровой отбойки камеры и возможности отработки последующих горизонтов без перерыва добычи и дополнительных затрат на выемку пород. Кроме того, он позволяет несколько улучшить качество дробления руды по сравнению с аналогом. Недостатками способа являются: для подготовки подэтажного бурового горизонта требуется выполнить большой объем проходческих работ и выработок перепуска руды из проходческих забоев на достаточный горизонт, требует дополнительных затрат также обеспечение проветривания, пуска-подъема людей и оборудования. Отработка восходящими скважинами на подземных выработках верхнего слоя руды, нарушенного при отбойке уступов карьера, не обеспечивает качественного дробления, что затрудняет выпуск руды через подземные выработки и увеличивает затраты на добычу; наличие плоского днища не исключает возможность потерь отбитой руды при ее выпуске даже при формировании навала отсортированных пород на нем, что также увеличивает затраты на добытую руду.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности разработки мощных рудных тел комбинированным способом путем улучшения качества дробления, уменьшения потерь руды при выпуске, сокращения объемов трудоемких горных работ и снижения за этот счет затрат на добычу руды.

Отработка месторождения по предлагаемому способу осуществляется в следующей последовательности. Опpеделяют направление углубки карьера на завершающем его этапе и на участке, находящемся на этом направлении между дном карьера и подземным буро-доставочным горизонтом, располагают разрезную траншею. Для отработки разрезной траншеи проходят откаточные орты, погрузочные штреки, буро-подсечной орт, отрезной восстающий. Одновременно с подготовкой разрезной траншеи продвигают фронт уступов карьера на безопасное расстояние от границ подготавливаемой разрезной траншеи. Затем шпуровой или скважинной отбойкой на отрезной восстающий разделывают отрезную щель на всю ширину и высоту разрезной траншеи и создают между открытыми и подземными работами единое очистное пространство. Разделка отрезной щели с такими параметрами позволяет осуществить отработку разрезной траншеи секциями на всю высоту до дна карьера. Для этого каждую секцию по высоте разделяют на два слоя, при этом верхний слой отбивают со дна карьера, а нижний - из подземных выработок. С этой целью в нижнем слое секций из буро-подсечного орта бурят веера восходящих скважин, а в верхнем слое секций со дна карьера бурят ряды основных и дополнительных нисходящих параллельных скважин. Отбойка верхнего слоя со дна карьера позволяет расположить нисходящие скважины параллельно, а также сформировать в дополнительных скважинах по их высоте сферические заряды. Чтобы подготовить верхний слой секций к отбойке бурят основные скважины всю глубину, а со стороны массива их располагают в одной плоскости с последним веером восходящих скважин. Такое расположение последнего ряда нисходящих скважин и веера восходящих скважин обеспечивает отделение отбиваемой руды от массива с наименьшими его нарушениями, повышает устойчивость массива, а также создает условия для отработки очередной секции. Дополнительные скважины располагают между боковой обнаженной поверхностью и рядами основных скважин. При этом ряды дополнительных скважин формируют из одиночных скважин или групп скважин. Такое расположение дополнительных скважин дает возможность разместить сферические затраты на участках верхнего слоя удаленных от зарядов основных скважин, что способствует улучшению дробления руды, а формирование рядов дополнительных скважин из одиночных и групп скважин позволяет создавать сферические заряды в них, регулировать их массу изменением высоты заряда и числа заряжаемых скважин. Нижний слой секций обуривают веерами восходящих скважин из буро-подсечной выработки, при этом крайние скважины в веерах располагают с углом наклона не менее угла естественного откоса отбитой руды. Такое расположение скважин обеспечивает формирование в процессе последующей отбойки этого слоя рудоприемной части днища в виде выпускной траншеи.

Бурение нисходящих и восходящих скважин производят одновременно либо со смещением во времени. За один цикл обуривают одну секцию либо бурение скважин ведут с опережением. После завершения бурения скважин приступают к их заряжанию. В восходящих скважинах и в основных нисходящих скважинах формируют цилиндрические заряды, а в дополнительных нисходящих - сферические. При этом для создания сферических зарядов в одиночных скважинах высота зарядов не должна превышать 6-ти диаметров этих скважин, а для создания сферических зарядов в группе нисходящих скважин высота зарядов не должна превышать 6-ти диаметров такой группы. Количество сферических зарядов, формируемых в одиночной скважине и в группе скважин, определяют в зависимости от отбиваемого объема верхнего слоя секции, а глубину их расположения и массу выбирают из условия образования конуса разрушения на верхнюю плоскость обнажения и нижнюю плоскость обнажения в виде подконсольного пространства. При этом отбойка верхнего слоя секций с образованием конуса разрушения на верхнюю плоскость обнажения и подконсольное пространство позволяет выбрать место расположения сферических зарядов по высоте отбиваемого слоя и массу этих зарядов, что способствует улучшению качества дробления руды. После завершения бурения и заряжания скважин отбивают секцию одним массовым взрывом. В начале отбивают нижний слой секции взрыванием зарядов вееров восходящих скважин с замедлением по веерам возвращающим в сторону массива. Опережающая отбойка вееров восходящих скважин по отношению к нисходящим позволяет создать подконсольное пространство под верхним слоем и использовать силу тяжести как дополнительный фактор улучшающий дробление руды при последующем взрывании зарядов верхнего слоя секции. Затем с отставанием во времени отбивают верхний слой секции взрыванием зарядов основных и дополнительных нисходящих скважин с замедлением по рядам также возрастающим в направлении массива. При этом сферические заряды в каждом ряду дополнительных скважин инициируют единовременно или с замедлением возрастающим в направлении дна карьера. Отбойка нижнего слоя секций восходящими веерами скважин, а также расположение крайних скважин в веерах под углом не менее угла естественного откоса отбитой руды дает возможность сформировать в процессе отбойки секций рудоприемную часть днища в виде выпускной траншеи, исключив трудоемкую специальную операцию по подготовке рудоприемной части днища, что снижает затраты.

После отбойки секции ведут частичный выпуск отбитой руды из призабойного пространства через погрузочные штреки и далее транспортируют по откаточным ортам. При этом часть отбитой руды временно магазинируют в призабойном пространстве очередной секции подготавливаемой к отбойке. После отбойки очередной секции ведут полный выпуск временно замаганизированной руды и частичный выпуск руды из вновь отбитой секции. При этом выпуск руды из траншей при отсутствии перепускных выработок осуществляется непосредственно на достаточный горизонт, что создает лучшие условия истечения руды, что также снижает затраты. Операции по бурению, заряжанию, отбойке, частичному и полному выпуску повторяют до полной отработки запасов руды в разрезной траншее. С опережением отработки разрезной траншеи подвигают фронт уступов карьера на безопасное расстояние.

Основные запасы руды отрабатывают сближенными траншеями вкрест разрезной траншее в отступающем порядке после завершения отработки разрезной траншеи либо с отстаиванием от фронта ее отработки и очередного подвигания фронта уступов карьера на безопасное расстояние. При этом отработка разрезной траншеи до дна карьера позволяет осуществить отработку сближенных траншей также на всю высоту до дна карьера, а их расположение вкрест разрезной траншее вести отбойку без разделки трудоемких отрезных щелей. Сближение траншеи формируют из двух и более соседних единичных траншей и подготавливают к отработке одновременно, располагают с одной или двух сторон разрезной траншеи. Подготовку буро-доставочного горизонта сближенных траншей ведут одновременно с отработкой разрезной траншеи и завершают не позднее окончания отработки ее запасов. В этих целях из откаточных ортов разрезной траншеи проходят откаточные и буро-подсечные штреки, а из них в шахматном порядке погрузочные орты.

Отработку сближенных траншей ведут общими секциями до дна карьера. Для этого после подготовки буро-доставочного горизонта нижний слой секции обуривают веерами восходящих скважин из буроподсечных штреков, а верхний слой рядами нисходящих основных и дополнительных скважин со дна карьера. При этом основные нисходящие скважины бурят на всю глубину верхнего слоя, а последний их ряд со стороны массива располагают в одной плоскости с последними веерами восходящих скважин. Дополнительные скважины бурят между боковой обнаженной поверхностью и рядами основных скважин, располагают их в шахматном порядке, каждый ряд формируют из одиночных скважин или групп скважин. Веера восходящих скважин бурят из буроподсечных штреков. Отработка основных запасов сближенными траншеями позволяет расположить эти веера скважин в соседних траншеях со смещением относительно друг друга, а концы встречных скважин в этих веерах внахлест, что способствует улучшению качества дробления руды на участках нижнего слоя наиболее удаленных от буроподсечной выработки, где концентрация ВВ наименьшая. Крайние скважины в веерах бурят под углом не менее угла откоса отбитой руды, что позволяет придать бортам формируемых надштрековых целиков наклон, обеспечивающий выпуск руды без ее потерь в выработанном пространстве.

После обуривания общей секции сближенных траншей производят заряжание скважин. При этом в восходящих веерах скважин и в основных нисходящих скважинах формируют колонковые заряды, а в дополнительных нисходящих скважинах - сферические. Для этого высоту зарядов в одиночных дополнительных скважинах принимают не более диаметров скважин, а в группе дополнительных скважин - не более диаметров группы скважин. Количество сферических зарядов в одиночной и в группе скважин определяют в зависимости от отбиваемого объема, а глубину заложения и массу - из условия образования конуса разрушения на верхнюю плоскость обнажения и подконсольное пространство. При этом массу сферических зарядов в одиночных дополнительных скважинах регулируют изменением их высоты, а массу сферических зарядов в группе дополнительных скважин - также заряжанием различного числа скважин в группе. При этом применение групп дополнительных скважин дает возможность изменять массу сферических зарядов в большом диапазоне. Применение дополнительных зарядов и их сферическая форма способствуют улучшению качества дробления верхнего слоя секции. После завершения бурения и заряжания нисходящих и восходящих скважин в секции производят массовый взрыв. В начале взрывают заряды восходящих скважин с замедлением по веерам, возрастающим в сторону массива, затем взрывают заряды нисходящих скважин также с замедлением, возрастающим по рядам этих скважин к массиву. При этом за счет опережающего взрывания зарядов восходящих скважин создают подконсольное пространство, на которое взрывают заряды нисходящих скважин. Образование подконсольного пространства создает дополнительный эффект по улучшению качества дробления верхнего слоя секции за счет проявления силы тяжести. Расположение концов встречных скважин в веерах соседних буро-подсечных штреков внахлест обеспечивает качественное дробление руды при отбойке участков нижнего слоя, удаленных от буро-подсечных штреков. Более качественное дробление руды в процессе отбойки позволяет повысить производительность выпуска и снизить затраты на добычу, кроме того, позволяет увеличить высоту отбиваемой секции и за счет этого уменьшить объемы работ и затраты на подготовку запасов руды к очистной выемке. В процессе отбойки веерами восходящих скважин нижнего слоя общей секции формируют рудоприемную часть днища в виде выпускных тpаншей и надштрековые целики с углами наклона их ортов, обеспечивающими скатывание отбитой руды к погрузочным ортам. Затем под прикрытием надштрековых целиков через погрузочные орты ведут частичный выпуск отбитой руды из призабойного пространства полный выпуск с отставанием от фронта частичного выпуска. Одновременно с выпуском отбитой руды готовят к отбойке очередную общую секцию сближенных траншей и заканчивают бурение нисходящих и восходящих скважин в этой секции к моменту окончания частичного выпуска руд из отбитой секции. Цикл операций по подготовке, бурению, отбойке, частичному и полному выпуску отбитой руды в сближенных траншеях повторяют до полной отработки запасов этажа.

На фиг. 1 изображена отработка разрезной траншеи, поперечный разрез; на фиг. 2 - отбойка секций разрезной траншеи, продольный разрез; на фиг. 3 - подготовка буро-доставочного горизонта, план; на фиг. 4 - отработка сближенных траншей, продольный разрез; на фиг. 5 - отработка сближенных траншей (разрез по А-А на фиг. 4); на фиг. 6 - стадия отбойки сближенных траншей.

Она содержит направление углубки карьера на завершающем этапе 1 углубки; дно карьера 2; буро-доставочный горизонт 3; откаточный орт 4; погрузочный штрек 5; буро-подсечной орт разрезной траншеи 6; уступ карьера 7; основные нисходящие скважины 8; дополнительные нисходящие скважины 9; рудоприемную часть 10 днища; отбитую руду 11; веера восходящих скважин 12; разрезную траншею 13; нижний слой секции разрезной траншеи 14; верхний слой секции разрезной траншеи 15; руду, временно замагазинированную в призабойном пространстве очередной секции 16; очередную секцию разрезной траншеи, подготовленную к отбойке 17; отрезную щель разрезной траншеи 18; отрезной восстающий 19; сближенные траншеи 20; откаточный штрек 21; нагрузочный орт 22; буро-подсечной штрек 23; общую секцию сближенных траншей 24; боковую обнаженную поверхность 25; очередную общую секцию сближенных траншей, подготовленную к бурению скважин 26; веера восходящих скважин в сближенных траншеях 27; надштрековый целик 28; сферические заряды 29; подконсольное пространство 30; - угол откоса надштрекового целика.

Предлагаемый способ намечено осуществить на производственном объединении "Ковдорслюда" при отработке запасов Ковдорского флогопитового месторождения, находящихся между проектной отметкой дна карьера +144 м и подземным горизонтом +104 м. В настоящее время подземный горизонт подготовлен системой откаточных выработок. Место расположения разрезной траншеи определено на направлении завершающего этапа углубки карьера. Подготовка разрезной траншеи включает проходку буро-подсечного орта, отрезного восстающего до дна карьера, двух откаточных ортов и из них погрузочных штреков до соединения с буро-подсечным ортом. Очистные работы по отработке разрезной траншеи включают разделку отрезной щели до дна карьера с использованием отрезного восстающего, бурение вееров восходящих скважин станками НКР-100 м диаметром 105 мм на высоту нижнего слоя 25 м, одновременно с этим бурение основных и дополнительных скважин диаметром 230 мм со дна карьера станками СБШ-230, отбойку секций на всю высоту 40 м до дна карьера с опережающим продвижением фронта уступов карьера на горизонте +144 на безопасное расстояние. Ширина разрезной траншеи на уровне дна карьера 60 м, на подземном горизонте соответствует ширине буро-подсечного орта 3 м, длина 150 м. Угол наклона бортов траншеи превышает угол естественного откоса отбираемых пород равный 56^о. Дальнейшая отработка основных запасов предусмотрена сближенными траншеями, включающих две траншеи, вкрест разрезной траншее в отступающем порядке к флангам месторождения. По предварительным оценкам потери флогопита могут быть снижены на 6-10% (абсолютных), затраты на добычу на 15-20% по сравнению с применяемым способом разработки. Предлагаемым способом может быть отработано около 2 млн. м³ запасов флогопитовой руды, что составляет 7-10 годовых программ предприятия. Кроме того, способ может быть применен для последующей отработки нижележащих запасов руды.