способ разработки крутопадающих месторождений при отработке глубоких горизонтов карьера

Формула изобретения

Способ разработки крутопадающих месторождений при отработке глубоких горизонтов карьера, включающий отработку карьера зонами и очередями по глубине, складирование вскрышных пород во внешние и внутренние отвалы, переэкскавацию пород внутренних отвалов совместно с выемкой пород вскрыши, транспортирование полезного ископаемого, пригрузку откосов, отличающийся тем, что месторождение отрабатывают двумя зонами, за первую зону принимают передовой карьер в центре контура полезного ископаемого, а за вторую зону - участки, например два, содержащие полезное ископаемое за контуром первой зоны, при этом участки делят на первую и вторую очереди, а границу между первой и второй очередями принимают на уровне верхней отметки выхода полезного ископаемого в борт передового карьера, при этом первая очередь содержит породы вскрыши, а вторая - породы вскрыши и полезное ископаемое, производят доработку передового карьера и одновременно отрабатывают первую очередь первого участка, вскрышу вывозят во внешние отвалы, затем отрабатывают вскрышу и полезное ископаемое второй очереди первого участка, при этом оставляют целик полезного ископаемого для компенсации потери устойчивости части борта вследствие увеличения ее радиуса кривизны при отработке второй зоны и одновременно производят отработку первой очереди второго участка, а вскрышу со второй очереди первого участка отсыпают на дно карьера и откос второго участка, и производят подвалку вскрышными породами целика со стороны второго участка, а вскрышу первой очереди второго участка транспортируют во внешние и/или внутренние отвалы, например, с верхних горизонтов во внешние отвалы, с нижних - во внутренние, после окончания выемки полезного ископаемого второй очереди первого участка отрабатывают запасы второй очереди второго участка и одновременно внутренний отвал пустых пород, вскрышу из отвала и второй очереди второго участка отсыпают на откос первого участка, причем при отсыпке отвала производят подвалку вскрышными породами целика со стороны первого участка, затем, после выемки законтурных запасов второго участка, часть вскрышных пород с откоса первого участка перемещают на откос второго участка, освобождают от подвалки целик и отрабатывают его при условии n = n" + n, где n - запас устойчивости части борта карьера при отработке первой зоны с радиусом кривизны R₁; n" - запас устойчивости части борта карьера при отработке второй зоны с радиусом кривизны R₂, при условии R₂ > R₁; n - поправка к запасу устойчивости за счет бокового распора, n n₁ n₂, n₁ - поправка к запасу устойчивости за счет оставления целика;n₂ - поправка к запасу устойчивости за счет внутренних отвалов, если условие n n₂ не соблюдается, то выемку запасов полезного ископаемого, оставшихся в целике, производят подземным способом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке крутопадающих месторождений полезных ископаемых открытым или комбинированным способами, преимущественно при отработке глубоких горизонтов карьера.

Известен способ разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых при отработке глубоких горизонтов карьера, включающий разделение дна карьера на три равные зоны - подготовительных, отвальных и добычных работ, по мере углубления карьера осуществляют поочередную смену указанных зон [1].

Недостатками способа являются: его применение целесообразно для вытянутых в плане месторождений, способ предполагает большой объем перевалки вскрыши внутри карьера и незначительный объем внутренних отвалов.

Наиболее близким по технической сущности является способ открытой разработки крутопадающих месторождений, включающий отработку карьера зонами и очередями по глубине, складирование вкрыши во внешние и внутренние отвалы, переэкскавацию пород внутренних отвалов совместно с выемкой пород вскрыши, транспортирование полезного ископаемого, пригрузку откосов [2]. Прототип.

Недостатками прототипа являются:

- способ применим преимущественно для вытянутых в плане карьеров;

- не решен вопрос сохранения устойчивости части борта карьера с большим радиусом кривизны, когда исчезает влияние бокового распора на устойчивость борта .

Заявляемое изобретение позволит достичь технический результат, выраженный в снижении трудоемкости вскрышных работ за счет увеличения объемов внутренних отвалов при выемке запасов полезного ископаемого на карьерах при сохранении устойчивости их бортов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых при отработке глубоких горизонтов карьера, включающем отработку карьера зонами и очередями по глубине, складирование вскрышных пород во внешние и внутренние отвалы, переэкскавацию пород внутренних отвалов совместно с выемкой пород вскрыши, транспортирование полезного ископаемого, пригрузку откосов, месторождение отрабатывают двумя зонами, за первую зону принимают передовой карьер в центре контура полезного ископаемого, а за вторую зону - участки, (например, два), содержащие полезное ископаемое за контуром первой зоны, при этом участки делят на первую и вторую очереди, а границу между первой и второй очередями принимают на уровне верхней отметки выхода полезного ископаемого в борт передового карьера, при этом первая очередь содержит породы вскрыши, а вторая - породы вскрыши и полезное ископаемое, производят доработку передового карьера и одновременно отрабатывают первую очередь первого участка, вскрышу вывозят во внешние отвалы, затем отрабатывают вскрышу и полезное ископаемое второй очереди первого участка, при этом оставляют целик полезного ископаемого для компенсации потери устойчивости части борта вследствие увеличения ее радиуса кривизны при отработке второй зоны и одновременно производят отработку первой очереди второго участка, а вскрышу со второй очереди первого участка отсыпают на дно карьера и откос второго участка, и производят подвалку вскрышными породами целика со стороны второго участка, а вскрышу первой очереди второго участка транспортируют во внешние и/или внутренние отвалы, например, с верхних горизонтов во внешние отвалы, с нижних - во внутренние; после окончания выемки полезного ископаемого второй очереди первого участка отрабатывают запасы второй очереди второго участка и одновременно внутренний отвал пустых пород, вскрышу из отвала и второй очереди второго участка отсыпают на откос первого участка, причем при отсыпке отвала производят подвалку вскрышными породами целика со стороны первого участка, затем, после выемки запасов полезного ископаемого второго участка, часть вскрышных пород с откоса первого участка перемещают на откос второго участка, освобождают от подвалки целик и отрабатывают его при условии

n = n" + n

где n - запас устойчивости части борта карьера при отработке первой зоны с радиусом кривизны R₁;

n" - запас устойчивости части борта карьера при отработке второй зоны с радиусом кривизны R₂,

при условии R₂>R₁

n - поправка к запасу устойчивости за счет бокового распора;

nn₁n₂

n₁ - поправка к запасу устойчивости за счет оставления целика;

n₂ - поправка к запасу устойчивости за счет внутренних отвалов;

если условие nn₂ не соблюдается, то выемку запасов полезного ископаемого, оставшихся в целике, производят подземным способом; величину целика определяют известными методами.

Новыми признаками в предлагаемом способе являются:

- разделение участков на очереди производят на границе пустых пород и полезного ископаемого;

- оставление целика полезного ископаемого на дне карьера;

- подвалка целика полезного ископаемого вскрышными породами;

- частичное перемещение внутреннего отвала с откоса первого участка на второй;

- отработка целика полезного ископаемого;

- сохранение запаса устойчивости за счет увеличения объема внутренних отвалов.

Преимуществами предложенного способа являются:

1. Увеличение объема вскрышных пород, перемещаемых во внутренние отвалы, что снижает стоимость вскрыши.

2. Выемка полезных ископаемых второго участка производится под пригрузкой, создаваемой внутренним отвалом, что позволяет отрабатывать оползнеопасные участки в более безопасных условиях.

3. После выемки полезных ископаемых второй зоны как первый, так и второй участки карьера остаются пригруженными внутренними отвалами, что создает улучшенные условия для доработки запасов, оставшихся в выклинках полезного ископаемого, подземным способом.

4. Уменьшаются площади для внешнего отвалообразования за счет размещения части вскрыши внутри карьера.

5. Сохраняется нормативный запас устойчивости бортов карьера.

6. Увеличивается вероятность сохранения прилегающей к карьеру поверхности.

Предлагаемый способ отличается от прототипа вышеизложенной последовательностью операций. Изложенные в данной совокупности признаки отсутствуют в известных решениях и обеспечивают получение положительного эффекта. Предлагаемый способ обладает свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных решений.

Анализ известных решений показал, что сущность заявляемого решения в них не раскрыта, она не очевидна, характеризуется новой совокупностью признаков, что позволяет считать его соответствующим критерию "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображены в плане: контуры карьера первой и второй зон, контур рудного тела; на фиг. 2, 3, 4, 5, - разрез А - А на фиг.1; на фиг.2 - карьер на момент отработки первой зоны; на фиг.3 - карьер на момент отработки первого участка второй зоны и первой очереди второго участка; на фиг.4 - карьер на момент отработки второго участка второй зоны; на фиг.5 - карьер на момент отработки второй зоны и целика.

Способ осуществляется следующим образом.

Участки 1 и 2, содержащие полезные ископаемые второй зоны, делят на очереди. Первый участок делят на первую 3 и вторую 4 очереди. Второй участок также делят на первую 5 и вторую 6 очереди (фиг. 2).

Границу между ними 7 принимают на уровне выхода полезного ископаемого в борт карьера. Производят выемку оставшегося в первой зоне полезного ископаемого 8 в проектном контуре карьера первой зоны 9 и одновременно производят отработку первой очереди первого участка 3 второй зоны. а вскрышу вывозят во внешние отвалы. Затем отрабатывают вскрышу и полезное ископаемое второй очереди 4 первого участка при этом оставляют целик полезного ископаемого 10 для компенсации потери устойчивости части борта вследствие увеличения ее радиуса кривизны при отработке второй зоны и одновременно производят отработку первой очереди 5 второго участка, а вскрышу со второй очереди первого участка отсыпают на дно карьера и откос второго участка (фиг. 3), создают временный внутренний отвал 11 и производят подвалку вскрышными породами целика 10 со стороны второго участка.

Вскрышу первой очереди второго участка транспортируют во внешние и/или внутренние отвалы, например, с верхних горизонтов во внешние отвалы, с нижних горизонтов - во внутренние. Затем, после окончания выемки горной массы второй очереди первого участка 4, отрабатывают горную массу второй очереди 6 второго участка и одновременно отрабатывают временный внутренний отвал 11, а вскрышу отсыпают во внутренний отвал на откос первого участка 12 и производят подвалку целика 10 со стороны первого участка (фиг. 4), затем после выемки горной массы второй очереди второго участка часть внутреннего отвала 12 переносят на откос второго участка 13 ( фиг. 5), освобождают от подвалки целик 10 и отрабатывают его при условии, что внутренние отвалы компенсируют снижение запаса устойчивости части борта, которое происходит вследствие увеличения ее радиуса кривизны при увеличения дна карьера при отработке второй зоны и подчиняется зависимостям:

n = n" +n

где n - запас устойчивости части борта карьера при отработке первой зоны с радиусом кривизны R₁;

n" - запас устойчивости части борта карьера при отработке второй зоны с радиусом кривизны R₂,

при условии R₂>R₁

n - поправка к запасу устойчивости за счет бокового распора;

nn₁n₂

n₁ - поправка к запасу устойчивости за счет оставления целика;

n₂ - поправка к запасу устойчивости за счет внутренние отвалов;

если условие nn₂ не соблюдается, то выемку запасов полезного ископаемого, оставшихся в целике, производят подземным способом; величину целика определяют известными методами.

Пример конкретного выполнения способа.

С целью полного раскрытия технической сущности и преимуществ предлагаемого изобретения применительно к уральским меднорудным карьерам приведен пример, где исходные данные приняты следующими:

глубина карьера - 500 м;

Длина дна - 130 м;

Объем руды: в первом участке (северной выклинке) - 4 млн.т;

во втором участке (южной выклинке) - 5 млн.т;

Объем вскрыши:

в первом участке (северной выклинке) - 4 млн. м³ , в том числе:

в первой очереди - 2,5 млн. м³, транспортируют во внешние отвалы;

во второй очереди - 1,5 млн. м³ транспортируют во внутренние отвалы.

Во втором участке (южной выклинке) - 6 млн. м³, в том числе:

в первой очереди - 4 млн. м³, из них 1 млн. м³ транспортируют во внешние отвалы, а 3 млн. м³ - во внутренние;

во второй очереди - 2 млн. м³ транспортируют во внутренние отвалы.

Всего из второй зоны извлекается руды - 9 млн. т, а вскрыши - 10 млн. м³. Во внешние отвалы транспортируют - 3,5 млн. м³, во внутренние отвалы - 6,5 млн. м³.

Дорабатывают передовой карьер до дна и одновременно отрабатывают вскрышу первой очереди первого участка, транспортируют ее во внешние отвалы - 2,5 млн. м³.

Затем отрабатывают вторую очередь первого участка, где извлекают 3 млн. т руды и 1,5 млн. м³ вскрыши. На дне карьера оставляют временный рудный целик объемом 1,0 млн. т. Руду транспортируют из карьера на рудный склад, а вскрышу отсыпают во временный отвал на дно карьера и на откос борта второго участка с подвалкой рудного целика. Одновременно с отработкой второй очереди первого участка отрабатывают первую очередь второго участка. Причем 1 млн. м³ вскрыши вывозят во внешние отвалы, а 3 млн. м³ размещают во внутренний отвал, расположенный на дне карьера и откосе борта второго участка.

После окончания выемки второй очереди первого участка и первой очереди второго участка приступают к отработке второй очереди второго участка, а внутренний отвал вскрыши объемом 4,5 млн. м³ ( 1,5 + 3,0) и вскрышу второй очереди второго участка в объеме 2 млн. м³ перемещают в отвал на откос борта первого участка с подвалкой рудного целика. Всего объем вскрыши в отвале на борту карьера первого участка составит 4,5 + 2 = 6,5 млн. м³. Руду из второго участка в количестве 5 млн. т транспортируют на рудный склад.

Проверяют возможность отработки открытым способом рудного целика объемом 1,5 млн. т. Вычисляем запас устойчивости части борта передового карьера первой зоны по формуле

n = n" + n,

где n - запас устойчивости части борта карьера при отработке первой зоны с радиусом кривизны R₁, n=1,35;

n" - запас устойчивости части борта карьера при отработке второй зоны с радиусом кривизны R₂, n"=1,25;

при условии R₂>R₁;

n - поправка к запасу устойчивости за счет бокового распора, n=0,10.

Имеем 1,35=1,25+0,10.

Проверяем соотношение

nn₁n₂,

где n₁ - поправка к запасу устойчивости за счет оставления целика, n₁= 0,15;

n₂ - поправка к запасу устойчивости за счет внутренних отвалов, n₂= 0,20.

Имеем

0,100,150,20

Условие nn₂ соблюдается, поэтому рудный целик объемом 1,0 млн. т можно отрабатывать открытым способом, не снижая нормативного значения коэффициента запаса устойчивости борта карьера, значение которого должно составлять не менее 1,3. Коэффициенты запаса устойчивости и поправки к ним определяют по известным формулам [3].

Для отработки рудного целика открытым способом часть внутреннего отвала перемещают на откос второго участка, освобождают рудный целик от подвалки пустыми породами и производят его выемку.

Таким образом, объем добываемой руды составит

3,0+5,0+1.0=9,0 млн т.

где 3,0; 5,0; 1.0 - количество добываемой руды из первого участка, из второго участка и из рудного целика соответственно, млн.т.

Работая по обычной технологии во внутренние отвалы отсыпают только 2,5 млн. м², остальные 4 млн. м³ (из 6,5 млн. м³ внутреннего отвала) вывозят во внешние отвалы.

Расстояние транспортирования во внешние отвалы 6,0 км, во внутренние - 1,0 км.

Снижение затрат на транспортировку вскрыши составит:

4(6,0 - 1,0)2,71,8 =97,2 млн. руб.

где 4,0 - вскрыша, отсыпанная во внутренние отвалы вместо внешних, млн. т;

6,0 и 1,0 - расстояние транспортирования вскрыши во внешние и внутренние отвалы, соответственно, км;

1,8 - стоимость одного тоннокилометра, руб.;

2,7 - плотность пород, т/м³.

Дополнительные затраты вследствие увеличения стоимости транспортировки и экскавации вскрыши за счет многократной перевалки вскрыши составят:

Транспортирование временного отвала вскрыши с борта второго участка на первый участок:

4,51,01,82,7 =21,87 млн. руб.

где 4,5 - объем отвала на борту второго участка, млн. м³.

Транспортирование части отвала вскрыши с первого участка на второй:

1,51,01,82,7=7,29 млн. руб.;

где 1,5 - объем части отвала, млн. м³;

стоимость экскавации при перевалке вскрыши:

(4,5 + 1,5) 7 = 42 млн. руб.

где 7 - стоимость экскавации одного м³ вскрыши, руб.

Экономия затрат составит:

97,2 - (21,87 + 7,29+ 42) = 26,04 млн. руб.

При отработке карьера согласно предлагаемому способу значительно уменьшается расстояние и время транспортирования пород вскрыши. Это позволяет снизить материальные и трудовые затраты на транспортирование вскрыши при разработке глубоких горизонтов карьера при сохранении устойчивости его бортов и вместе с тем уменьшить площади для внешнего отвадообразования за счет размещения части вскрыши внутри карьера.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют, что заявленный способ может быть использован в горной промышленности при отработке глубоких горизонтов карьера. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 968402 "Способ разработки крутопадающих месторождений при отработке глубоких горизонтов карьера", МПК Е 21 С 41/00, публ. 1982, бюл. 39.

2. Авторское свидетельство СССР 1700246 "Способ открытой разработки крутопадающих месторождений", МПК E 21 С 41/26, публ. 1991, бюл. 47.

3. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. ВНИМИ, С.-Петербург, 1998 г.