способ разработки месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

1. Способ разработки наклонных и крутопадающих месторождений, включающий отработку карьера до проектной глубины с отстройкой борта, применение подземных выработок, бурение, взрывание скважин и выпуск руды на концентрационный горизонт, выемку руды ведут горизонтальными слоями в контурах карьера с отстройкой борта с плавно изменяющейся крутизной откосов уступов и его участков в соответствии с выделением зон выветривания и техногенных нарушений и снижения трещиноватости с глубиной месторождения до отстройки вертикальных уступов при доработке карьера, а доработку запасов руды ниже расширенного дна карьера ведут разбуриванием с дна карьера и из подземных выработок, образуя подэтаж, причем вначале осуществляют отбойку руды придонного и прибортового целиков секциями со сгущенной сеткой скважин, а затем целика из подземных выработок общей высотой одного подэтажа, выпуск руды ведут вначале со стороны висячего бока в транспортные средства с постепенным смещением к лежачему боку, а доставку руды на поверхность производят, например, с помощью наклонного конвейера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для снижения затрат на доставку руды при отработке блока в зоне углубки карьера после отбойки руды по секциям и выпуска в транспортные средства осуществляет ее доставку до бункера-перегружателя дробилки и после дробления подают по крутонаклонному конвейеру, устанавливаемому в субвертикальной выработке вблизи откоса борта, на вышележащий концентрационный горизонт с транспортной магистралью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, к способам открытой и открыто-подземной разработки.

Способ разработки наклонных и крутопадающих месторождений включает отработку карьера до проектной глубины с отстройкой борта, применение подземных выработок, бурение, взрывание скважин и выпуск руды на концентрационный горизонт, выемку руды ведут горизонтальными слоями в контурах карьера с отстройкой борта с плавно изменяющейся крутизной откосов уступов и его участков в соответствии с выделением зон выветривания и техногенных нарушений и снижения трещиноватости с глубиной месторождения до отстройки вертикальных уступов при доработке карьера, а доработку запасов руды ниже расширенного дна карьера ведут разбуриванием с дна карьера и из подземных выработок, образуя подэтаж, причем вначале осуществляют отбойку руды придонного и прибортового целиков секциями со сгущенной сеткой скважин, а затем целика из подземных выработок общей высотой одного подэтажа, выпуск руды ведут вначале со стороны висячего бока в транспортные средства с постепенным смещением к лежачему боку, а доставку руды на поверхность производят, например, с помощью наклонного конвейера.

Для снижения затрат на доставку руды при отработке блока в зоне углубки карьера после отбойки руды по секциям и выпуска в транспортные средства осуществляет ее доставку до бункера-перегружателя дробилки и после дробления подают по крутонаклонному конвейеру, устанавливаемому в субвертикальной выработке вблизи откоса борта, на вышележащий концентрационный горизонт с транспортной магистралью.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой и открыто-подземной разработке наклонных и крутопадающих месторождений.

Известен способ отработки полезных ископаемых, включающий отработку карьера до проектной глубины этапами с отстройкой бортов с параметрами, допустимыми по устойчивости борта на последнем этапе работы карьера (Патент №2096620, Е 21 С 41/26, Н.Н.Кузнецов - Заявка №95113309, заявл. 01.08.95, опубл. 20.11.97, бюл. №32).

Недостатком известного способа является невысокая эффективность отработки запасов месторождения в связи с тем, что доработка карьера на последнем этапе ведется с минимальным коэффициентом запаса устойчивости, что ведет к снижению безопасности горных работ на глубоких горизонтах. Снижается общая эффективность разработки месторождения, поскольку при возможном обрушении борта подвергаются опасности построенные на поверхности сооружения и промышленные объекты. Кроме того, последующую доработку запасов предполагается осуществлять с применением подземного способа разработки с большими потерями руды.

Известен способ отработки полезных ископаемых, включающий работу карьера до промежуточного дна, а на этапе доработки массива полезного ископаемого в приботовых целиках ниже границы промежуточного дна карьера борт отстраивают свервысокими крутыми уступами под предельным углом погашения. А.С. №2180041, С 2 Е 21 С 41/26, Акишев А.Н., Бахтин В.А., Звонарев Н.К., Бондаренко Е.В., Ганченко М.В. - Заявка №2000100403103, заявл. 06.01.2000, опубл. 27.02.2002. Бюл. №6.

Недостатком известного способа является то, что доработка запасов ниже промежуточного дна в карьере ведется с коэффициентом запаса устойчивости ниже величины 1.3 по проекту. Таким образом, допускается подрезка нижней части борта, а следовательно, выемка запасов в прибортовых целиках может быть сопряжена с большим риском. Кроме того, не используется возможность для разработки руды открытым способом ниже дна карьера по проекту при вскрытии запасов на полную мощность рудного тела, а применение подземного способа разработки ведет к большим капитальным вложениям и потере руды, характерным для подземных работ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ отработки полезных ископаемых, включающий отработку карьера до проектной глубины этапами с отстройкой бортов с параметрами, допустимыми по устойчивости, а выемку запасов ниже дна карьера осуществляют уступами с бурением и взрыванием глубоких скважин, причем верхний уступ разбуривается станками из карьера, а последующие из подземных выработок, отбитая руда выпускается на концентрационный горизонт, грузится в транспортные сосуды и отправляется на фабрику (Черных А.Д., Балашов В.В., Комплексная открыто-подземная разработка рудных месторождений системами с обрушением /Разработка месторождений твердых полезных ископаемых. Подземные работы. М.: тр. ВИНИТИ, 1988, с.154-187).

Недостатком известного способа является то, что сложно поддерживать единое рабочее пространство в карьере и открыто-подземном ярусе (ОПЯ). Кроме того, применение его возможно при разработке мощных вытянутых месторождений, позволяющих складирование пород вскрыши в выработанном пространстве. В связи с этим параметры запасы руды и вскрыши в карьере определяются при применении плоского борта карьера, автоматически уменьшаются запасы руды, и работа карьера ведется с коэффициентами вскрыши, превышающими экономически допустимые, при этом раньше необходимого времени осуществляется переход к применению подземных выработок. Ввод ОПЯ на неглубоких горизонтах и одновременное влияние взрывных работ в карьере и ОПЯ приводят к дополнительным затратам на поддержание участков нерабочего борта карьера со стороны нерабочего борта залежи. Поэтому все это в целом приводит к удорожанию способа разработки месторождения.

Целью изобретения является повышение эффективности и полноты выемки запасов полезного ископаемого при снижении объемов вскрыши в контуре карьера при увеличении его глубины и применении открыто-подземного яруса для снижения потерь руды при применении подземных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки наклонных и крутопадающих месторождении, включающем отработку карьера до проектной глубины с отстройкой борта, применение подземных выработок, бурение, взрывание скважин и выпуск руды на концентрационный горизонт, выемку руды ведут горизонтальными слоями в контурах карьера с отстройкой борта с плавно изменяющейся крутизной откосов уступов и его участков в соответствии с выделением зон выветривания и техногенных нарушений и снижения трещиноватости с глубиной месторождения до отстройки вертикальных уступов при доработке карьера, а доработку запасов руды ниже расширенного дна карьера ведут разбуриванием с дна карьера и из подземных выработок, образуя подэтаж, причем вначале осуществляют отбойку руды придонного и прибортового целиков секциями со сгущенной сеткой скважин, а затем целика из подземных выработок общей высотой одного подэтажа, выпуск руды ведут вначале со стороны висячего бока в транспортные средства с постепенным смещением к лежачему боку, а доставку руды на поверхность производят, например, с помощью наклонного конвейера.

Для снижения затрат на доставку руды при отработке блока в зоне углубки карьера после отбойки руды по секциям и выпуска в транспортные средства осуществляет ее доставку до бункера-перегружателя дробилки и после дробления подают по крутонаклонному конвейеру, устанавливаемому в субвертикальной выработке вблизи откоса борта, на вышележащий концентрационный горизонт с транспортной магистралью.

На фиг.1 и 2 представлен разрез месторождения с профилем нерабочего борта по проекту 1 и по способу 2 и рудными блоками придонным 3 и приконтурным 4, разбуриваемые из карьера и рудный блок 5, отрабатываемый с помощью подземных выработок, а также буровые скважины 6 выработки транспорта и доставки руды на поверхность; 7 - бункер; 8 - дробилка; 9 - перегружатель; 10 - крутонаклонный конвейер; 11 - выработка.

Разработку месторождений полезного ископаемого осуществляют эффективными способами, в том числе открытым, открыто-подземным и подземным способами. Для этого прежде всего определяют оптимальную зону влияния каждого вида ярусов. При плоском профиле борта снижается глубина карьера, а применение подземных работ ведет к повышенным потерям руды.

Повышение эффективности разработки месторождения и полноты выемки запасов достигается увеличением глубины карьера до максимальной, затем применения открыто-подземного яруса и, наконец, осуществляют ввод подземного рудника.

Глубина карьера увеличивается при отстройке выпуклого устойчивого борта 2 карьера, уступы которого имеют дифференцированный угол наклона в соответствии с выявленным закономерным снижением трещиноватости пород с глубиной месторождения, влиянием фигуры нарушений прибортового массива, близкой к треугольной призме за счет ведения массовых взрывов в карьере и выветривания пород уступов. Со снижением трещиноватости пород и увеличением размеров блоков до массивов, близких к монолитным, сцепление увеличивается на два порядка (с 0.1 до 7-10 МПа).

Разработка запасов руды в карьере осуществляется с меньшими потерями, а ввод открыто-подземного яруса (ОПЯ) также позволяет снизить потери руды по сравнению с подземным способом, и позволяет осуществить доработку запасов ниже дна карьера более эффективными способами, чем при углубке карьера из-за необходимости разноса борта или при вводе рудника с большими капитальными вложениями на его строительство. Для повышения эффективности работ выделяется зона рудная ниже дна карьера высотой, близкой к высоте подэтажа, включающей придонный 3 и приконтурный 4 блоки, которые разбуривается из карьера со сгущенной сеткой скважин, и блок 5, разбуриваемый из подземных выработок, а отбойку руды ведут первоначально верхних блоков для снижения сейсмики взрыва, а затем блока с меньшим диаметром скважин 6 подземных работ. За счет увеличения доли выпускных работ в подэтаже и выборе эффективного вида транспорта (конвейер 7) руды на поверхность снижаются общие затраты на разработку руды и доставку ее на поверхность.

Для снижения затрат на доставку руды при отработке блока в зоне углубки карьера после отбойки руды по секциям и выпуска в транспортные средства осуществляет ее доставку до бункера-перегружателя 7, дробилки 8, и после дробления подают по крутонаклонному конвейеру 10, устанавливаемому в субвертикальной выработке 11 вблизи откоса борта, на вышележащий концентрационный горизонт с транспортной магистралью.

Пример конкретного исполнения:

Для крутопадающего месторождения комплексных железных руд Ковдора (ОАО “Ковдорский ГОК”) и Коашвинского наклонного месторождения апатит-нефелиновых руд (ОАО “Апатит”) на основе технико-экономического анализа определены оптимальные зоны применения открыто-подземного и подземного способа разработки месторождений. Это обеспечило повышение глубины карьеров при применении выпуклых бортов 2 карьеров с повышающейся их крутизной и расширением дна карьера, что расширяет возможность и эффективность открыто-подземного яруса для разработки запасов руды. За счет перераспределения запасов в сторону увеличения их величины при отработке открытым и открыто-подземным способами повышается полнота выемки запасов руды и эффективность их разработки при применении более производительных и эффективных способов.

Отработка запасов руды в зонах осуществляется в 3 этапа.

На первом этапе осуществляется отработка запасов в карьере с отстройкой дифференцированных по глубине карьера откосов уступов высотой 15 м, определяемых с учетом снижения трещиноватости пород массива с глубиной месторождения, влияния массовых взрывов в карьере и выветривания пород. Величина углов откосов сдвоенных уступов высотой 30 м верхнего горизонта составляет 50-55° при установленных нарушениях и блочности до 85-90° на глубоких горизонтах при доработке карьера (при минимальном нарушении законтурного массива пород).

На втором этапе ведется отработка запасов руды ниже дна применением открыто-подземного яруса. При этом выделяется зона высотой 50-60 м, соответствующая высоте одного подэтажа, включающая придонный 3 и прибортовой 4 блоки, которые разбуриваются из карьера: глубина скважин диаметром 250 мм - 30-40 м при сетке 2.5-3 м, а нижняя часть подэтажа 5 (hп=25-30 м) разбуривается из подземных выработок системой вееров скважин 6. Отбойку руды ведут секциями первоначально в придонном и прибортовом блоках для снижения сейсмики взрывов, а затем нижнего подземного блока. Выпуск руды осуществляют вначале со стороны висячего бока залежи с постепенным смещением к лежачему боку в транспортные средства, а для доставки руды на поверхность применяют конвейеры в наклонных стволах.

На третьем этапе ведется отработка блоков подземным способом.

Для снижения затрат на доставку руды при отработке блока в зоне углубки карьера после отбойки руды по секциям и выпуска в транспортные средства осуществляет ее доставку до бункера 7, дробилки 8, перегружателя 9 и после дробления подают по крутонаклонному конвейеру 10, устанавливаемому в субвертикальной выработке 11 вблизи откоса борта, на вышележащий концентрационный горизонт с транспортной магистралью.

Применение способа позволяет повысить глубину Ковдорского карьера комплексных железных руд на 85 м (с отм. дна карьера - 365 м до отм. - 450 м), Коашвинского карьера ОАО “Апатит” на 210 м (с отм. дна - 80 м до отм. - 290 м практически без разноса бортов. За счет большей крутизны откосов бортов на Ковдорском карьере можно снизить объем вскрыши от их разноса на 25-30 млн. м³ или дополнительно отработать до 80-90 млн. т руды, на Коашвинском карьере за счет крутого выпуклого борта может быть снижет на 30-34 млн. м ³ объем вскрыши по сравнению с принятым в проекте.