способ формирования нерабочего борта карьера

Формула изобретения

1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НЕРАБОЧЕГО БОРТА КАРЬЕРА, включающий формирование уступов на конечном контуре карьера с откосами и транспортной спиральной бермой, отличающийся тем, что уступы формируют переменной высоты, откосы их укрепляют с помощью защитного покрытия, а на транспортной берме выполняют улавливающую траншею с защитным валом, ориентированную вдоль откоса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что защитный вал со стороны транспортной бермы закрепляют с помощью набрызг-бетона.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитного покрытия откосов уступов используют ячеистый синтетический материал, на который напылением наносят вспененные пластмассы и напыление осуществляют по меньшей мере в два слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом, а более точно способа формирования нерабочего борта карьера в условиях многолетних мерзлых горных пород.

Известны различные способы разработки месторождений полезных ископаемых вскрышным методом.

Для разработки глубоких кимберлитовых карьеров применяют способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий сооружение транспортных и предохранительных берм с формированием уступов погашения высотой, не превышающей трехкратной высоты рабочего уступа и оставлением предохранительных берм шириной не менее одной третьей высоты создаваемого уступа погашения [1]

Известен также способ отстройки нерабочего борта карьера, в котором при многоспиральной схеме вскрытия его горизонтов с уклоном спиральных автомобильных съездов 7-8% сооружают параллельные наклонные транспортные и предохранительные бермы с высотой уступов погашения не более 45 м и шириной предохранительных берм, равной ширине транспортной бермы [2]

Однако оба способа не учитывают особых условий разработки многолетных мерзлых горных пород в районах Крайнего Севера. К ним можно отнести наличие агрессивных подмерзлотных рассолов, резкие температурные колебания, влияющие на устойчивость борта карьера, возрастание объемов вскрышных работ при разработке глубоких горизонтов карьера из-за невозможности отстройки более крутых и устойчивых откосов уступов погашения, а также неконтролируемое ведение буровзрывных работ, при котором происходит падение с большой высоты отдельных кусков горных пород.

В целом эти недостатки существенно влияют на увеличение генерального угла борта карьера и на технико-экономические показатели открытого способа разработки месторождений.

Также можно указать и на другие способы формирования нерабочих бортов карьеров. Один из них предусматривает сооружение уступов погашения высотой до 45 м с разделением нерабочих уступов на подуступы, при этом достигается увеличение угла откоса борта карьера с 32 до 39^о.

Однако такое увеличение угла откоса является предельным, так как дальнейшее увеличение высоты уступов при сохранении значения коэффициента запаса устойчивости не оказывает заметного влияния на увеличение генерального угла борта карьера.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является способ разработки кимберлитовых карьеров, включающий проходку крутых автосъездов с созданием их берм безопасности в виде бордюрного выступа. Формирование откосов ведут механическим фрезерованием из монолитного массива многолетнемерзлых пород, после чего осуществляют крепление указанных элементов последовательной установкой металлической сетки со штангами и укладку мерзлотозащитного слоя из обогащенного сапропеля с последующим нанесением шприцбетонного покрытия.

Недостатками этого способа являются низкая эффективность и безопасность разработки карьера. Это обусловлено ограниченной пропускной способностью крутых автосъездов при разработке глубоких горизонтов карьера и сложными условиями работы транспорта под высокими уступами при больших уклонах автодорог. На отдельных участках карьера требуется сооружение специальных мер безопасности, наличие которых также ограничивает увеличение углов откосов бортов карьера.

Цель изобретения создание способа формирования нерабочего борта карьера с такими уступами погашения, которые позволяют обеспечить эффективность и безопасность работ при разработке глубоких карьеров в условиях многолетних мерзлых горных пород.

Эта задача решена посредством способа, заключающегося в сооружении спиральных транспортных берм по борту карьера и образовании уступов погашения, откосы которых укрепляют с помощью защитного покрытия, в котором формирование борта карьера производят наклонными уступами переменной высоты, при этом верхнюю и нижнюю площадки каждого уступа размещают между смежными витками транспортной бермы, на которой выполняют улавливающую траншею с защитным валом, ориентированную вдоль откоса.

Целесообразно защитный вал со стороны транспортной бермы закреплять с помощью набрызгбетона.

В качестве защитного покрытия откосов уступов желательно использовать ячеистый синтетический материал с напылением в виде вспененных пластмасс.

Предусмотрено, что напыление осуществляют по меньшей мере в два слоя.

Такое выполнение предложенного способа позволяет существенно повысить устойчивость крутых бортов карьера, независимо от его глубины, а также создать безопасные условия при проведении горных работ за счет выполнения на транспортной берме улавливающей траншеи с защитным валом.

Сочетание описанных выше признаков позволяет обеспечить максимальную защиту откосов бортов карьеров от выветривания за счет сохранения массива в мерзлом состоянии, а также сократить объем вынимаемой горной массы за счет использования высоких и крутых уступов погашения. Использование теплоизоляционных экранов для защиты бортов от осыпания создает также условия для сокращения объемов работ по очистке транспортных берм от горной породы.

На фиг. 1 показана схема карьера, вид в плане; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 вариант защитного покрытия откоса уступа; на фиг.5, 6 профили формируемых бортов карьера по известному и патентуемому способам.

Способ осуществляют следующим образом.

Разрабатываемый участок (фиг.1, 2) месторождения в конечном контуре сформирован наклонными переменной высоты уступами 1, 2, 3 погашения без предохранительных берм при вскрытии и разработке горизонтов с использованием спиральных транспортных берм 4. Высоты данных наклонно погашаемых уступов определены путем разделения толщи многолетнемерзлых пород спиральными съездами, пройденными по боковой поверхности конусообразного участка. При этом верхняя 5 и нижняя 6 площадки наклонных уступов размещаются между смежными витками транспортной бермы 4. Первый от дневной поверхности 7 уступ 1 погашения формируется при совершении спиральной транспортной бермой первого витка от дневной поверхности, то есть при достижении горными работами глубины, характеризующейся положением 8. Второй уступ 2 имеет полную высоту при завершении второго витка транспортной бермы 4 на глубине, характеризующейся положением 9, и так далее до проектного дна карьера 10. На берме 4 выполняют улавливающую траншею 11 (фиг,2, 3) с защитным валом 12, ориентированную вдоль откоса уступа. Защитный вал 12 отсыпают с помощью пустых пород и закрепляют его со стороны транспортной бермы набрызгбетоном 13.

Улавливающая траншея 11 и вал 12 с набрызгбетонным покрытием защищают движущийся под высокими уступами автотранспорт и другое оборудование от случайно падающих предметов, камней с берм и откосов бортов карьера.

В процессе углубления горных работ в карьере 10 откосы уступов переменной высоты укрепляют защитным покрытием в виде теплового экрана 14, повышающего устойчивость бортов карьера. Для этого на бермах (верхней и нижней площадках откоса) в шпурах закрепляют штанги 15 (фиг.4), через ячейки сетного полотна 16 со всех сторон протягивают капроновые канаты 17, причем их прочность должна быть на 20-30% больше, чем нитка сетного полотна. Затем к штангам 15 крепят концы капроновых канатов и сетное полотно 16 опускают на нижерасположенную берму, где его крепят аналогичным образом. На установленное на откос сетное полотно, являющееся в данном случае ячеистым синтетическим материалом, предохраняющим от падающих кусков породы и служащим армирующим материалом, с помощью пеногенераторной установки наносят вспененные пластмассы 18. Напыление производят сверху вниз по меньшей мере в два слоя. Первый слой наносят на горную породу (через ячейки сетки), а второй на сетное полотно. Каждый слой наносят толщиной до 50 мм. Так как откос имеет неровности, при двуслойном напылении углубления локализуются и эффективность теплового экрана значительно возрастает. Для того, чтобы струя химреагентов беспрепятственно проникала через сетное полотно (при нанесении первого слоя), а также чтобы реагенты максимально задерживались на этом полотне (при нанесении второго слоя), величина ячеек сетного полотна должна быть равна 20-25 мм. Эта величина рассчитана экспериментальным путем.

Установлено, что глубина протаивания на теплоизолированном участке в три раза меньше, чем на участке, где теплоизоляции нет.

П р и м е р. Для полного раскрытия технической сущности и преимуществ настоящего изобретения, применительно к месторождениям кимберлитовых трубок, расположенных в зоне распространения многолетнемерзлых пород и сурового климата Якутии, приведен пример, где исходные данные для известного способа формирования нерабочего борта карьера (фиг.5) приняты следующими: глубина карьера 525 м; высота уступа погашения 45 м; ширина съезда 25 м; угол откоса уступа погашения 65^о; ширина бермы безопасности 15 м; уклон спирального съезда 10%

1. Формирование нерабочего борта карьера (известный способ).

Генеральный угол откоса борта карьера рассчитывается по формуле:

ctg , где - генеральный угол откоса борта карьера, град;

Ш_б ширина предохранительной бермы, м;

П_б количество берм безопасности на полную глубину карьера, шт;

Ш_с ширина транспортной бермы, м;

П_в количество витков спирального съезда до конечной глубины карьера, шт;

Н_уп высота уступа погашения, м;

П_уп количество уступов погашения, шт;

- угол откоса уступа, град;

Н_к глубина карьера, м,

П_в , где L_mp общая длина спирального съезда до дна карьера, м;

Р_д периметр дна карьера, м;

Р_п периметр карьера по дневной поверхности, м

L_mp , где К_у коэффициент удлинения трассы, К_у 1,15;

i_p уклон спирального съезда, i_p 10%

Количество формируемых берм безопасности на полную глубину карьера определяется по формуле:

П_б 1 1 10,7 шт где h_y высота уступа, м.

Количество витков спирального съезда до конечной глубины карьера определяется по формуле:

П_в L_mp 6037,5 м

P_Д=2r=23,14100=628м;

P_п=2R=23,14625=3925 м;

P r + H_к ctg.45^o 100 + 525 1 625 м, где r радиус дна карьера, м;

R радиус дневной поверхности карьера, м.

П_в 2,65

Полученное при этом число витков оказывается заниженным на 5-15% по сравнению с действительной его величиной П_в 3,0.

ctg 0,9282; =47

Таким образом генеральный угол откоса борта карьера по известному способу составил 47^о.

Объемы горных работ в контуре карьера рассчитываются по формуле усеченного конуса

V_к (R²+r²+Rr), тыс. м³

Результаты расчетов приведены в табл.1.

II. Формирование нерабочего борта карьера (патентуемый способ).

Исходные данные для этого способа основаны на том, что глубина карьера 525 м, спиральный съезд сооружен по борту карьера с переменным уклоном, достигающим максимального значения 10% Борт карьера сформирован наклонными уступами переменной высоты (фиг. 6), равными 45-110 м, без предохранительных берм. Средняя высота уступов составляет 80 м. Угол откоса уступа погашения 65^о.

Ширина транспортной бермы с расположенной на ней улавливающей траншей и защитным валом определяется по формуле

Ш_тр.б Ш_с + Ш_тр + Ш_з.в. где Ш_с ширина спирального съезда, м, Ш_с 25 м;

Ш_тр. ширна траншеи, м. Ш_тр 7 м;

Ш_з.в. ширина защитного вала, м, Ш_з.в. 4 м.

Ш_тр.б 25 + 7 + 4 36

ctg

0,6718. =56

В табл.1 для сравнения приведены показатели по обоим способам.

Как видно из табл.1, новое техническое решение при одинаковой глубине карьера позволяет увеличить генеральный угол откоса борта карьера и сократить объем вскрышных работ, который зависит от глубины карьера и увеличения угла наклона его борта.

В табл.2 приведена зависимость сокращения объемов вскрыши в контуре карьера при увеличении генерального угла откоса борта на 1^о.

Таким образом при глубине карьера 525 м увеличение генерального угла борта карьера на 9^о позволит сократить объемы вскрышных работ в контуре отработки карьера приблизительно на 70 млн.м³.

С целью обеспечения безопасности при работе в карьере по общеизвестной методике производится расчет на выскакивание камней, падающих с откосов. Этим расчетом устанавливают глубину улавливающей траншеи, высоту защитного вала, ограждающего траншею со стороны транспортной бермы, то есть определяют размеры сооружений, при которых исключается возможность выскакивания камней за их пределы.

Невыгоднейшим случаем является падение камня на дно сооружения в точку, расположенную по возможности близко к подошве встречного откоса. В практических расчетах положение этой точки можно принимать на расстоянии 0,5 м от подошвы откоса.

Проведенные расчеты показывают, что глубина траншеи должна составить 4,5 м.

При угле откоса уступов больше 60^о рекомендуется устраивать достаточно широкую улавливающую траншею (приблизительно 6-8 м).