способ открытой разработки пластообразных месторождений

Формула изобретения

Способ открытой разработки пластообразных месторождений, включающий последовательную отработку заходок с размещением вскрыши очередных заходок в выработанное пространство предыдущих, непрерывные совмещенные процессы разупрочнения, выемки и перемещения породы в отвал, отличающийся тем, что заходки располагают вдоль разрезной траншеи, выемку производят смежными горизонтальными стружками забоя-площадки, породу каждой заходки перемещают метанием непосредственно в выработанное пространство и уплотняют в отвале реализацией кинетической энергии породы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способу открытой разработки пластообразных месторождений неглубокого залегания с малым углом падения, с прочными вмещающими породами, и может быть использовано при разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений.

Известен способ разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений поперечными или продольными заходками и внутренним отвалообразованием с цикличными процессами подготовки пород к выемке, выемки и перемещения пород в отвал (Емельянов В.И. Открытая разработка россыпных месторождений. М.: Недра, 1985 г., с.92).

Недостатком данного способа является цикличность рабочих процессов.

Наиболее близким способом по технической сущности является способ открытой разработки пластообразных месторождений неглубокого залегания с малым углом падения с прочными вмещающими породами, при котором заходки располагают под прямым углом к разрезной траншее, а отработку заходок производят последовательно с размещением вскрыши очередных заходок в выработанное пространство предыдущих. Процессы разупрочнения и выемки породы совмещены и производятся непрерывно в одном торцовом забое, при этом осуществляется непрерывное конвейерное перемещение породы во внутренний отвал (Кузнецов В.В., Протасов Ю.И. Разрушение горных пород инфракрасным излучением. М.: Недра, 1979 г., с.333).

Основным недостатком известного способа является то, что породу первых двух заходок сначала складируют во временный технологический отвал, а затем переэкскавируют в выработанное пространство первой заходки.

Также недостатком является высокая трудоемкость организации непрерывного конвейерного перемещения и укладки породы во внутренние отвалы, при этом с нерациональным использованием выработанного пространства.

Недостаток складирования породы во временный технологический отвал проявляется в том, что с ростом коэффициента вскрыши, например, до 20-25, а это характерно для пластообразных россыпных месторождений, объем породы в первых двух заходках может значительно превышать весь объем полезного ископаемого в контуре карьера. Образование временных технологических отвалов с дальнейшей их переэкскавацией становится экономически нецелесообразным.

Высокая трудоемкость конвейерного перемещения породы вызвана тем, что необходимо производить монтаж, демонтаж, ремонт, а после отработки каждой заходки переустановку комплекса конвейеров.

Повышенная трудоемкость объясняется также борьбой с налипанием на ленту влажных и глинистых пород, а при эксплуатации в весенне-осенний период - с воздействием отрицательных температур.

При отсыпке отвалов конвейерным отвалообразователем не происходит уплотнения породы, что увеличивает коэффициент разрыхления и уменьшает угол естественного откоса отвала. Это снижает емкость отвала, размещаемого в выработанном пространстве, и при определенных условиях приводит к дополнительным работам по перевалке вскрышных пород внутренних отвалов.

Решаемая задача:

- повышение эффективности разработки месторождения;

- снижение трудоемкости работ при организации перемещения и укладки пород во внутренние отвалы;

- рациональное использование выработанного пространства при размещении в нем вскрышных пород.

Поставленная задача достигается тем, что заходки располагают вдоль разрезной траншеи, выемку производят смежными горизонтальными стружками забоя-площадки, породу каждой заходки перемещают метанием непосредственно в выработанное пространство и уплотняют в отвале реализацией кинетической энергии породы.

Из источников информации, ставших общедоступными до даты приоритета предлагаемого способа, не выявлены технические решения, в которых при открытой разработке пластообразных месторождений с прочными вмещающими породами и совмещенными процессами разупрочнения, выемки и перемещения горных пород заходки располагают вдоль разрезной траншеи, выемку производят смежными горизонтальными стружками забоя-площадки, породу каждой заходки перемещают метанием непосредственно в выработанное пространство и уплотняют в отвале реализацией кинетической энергии породы.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого способа открытой разработки пластообразных месторождений с прочными вмещающими породами, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое изобретение соответствует критерию "промышленная применимость", так как оно может быть использовано в горной промышленности при открытой разработке пластообразных месторождений с прочными вмещающими породами, в том числе многолетнемерзлых россыпных месторождений,

На фиг.1 схематично изображен способ открытой разработки пластообразных месторождений. На фиг.2 изображена схема перемещения породы первой заходки в выработанное пространство разрезной траншеи.

На схемах изображены: внешняя капитальная траншея 1, разрезная траншея 2, контур карьера 3, мощность покрывающих пород 4, пласт полезного ископаемого 5, заходки 6, первая заходка 7, возвратно-поступательные хода 8, забой-площадка 9, устройство для разработки и перемещения горных пород 10, внутренний отвал 11, направление движения устройства 12, траектория (дальность и высота) метания 13.

Предлагаемый способ наиболее эффективно применять на разработке пластообразных многолетнемерзлых россыпных месторождений. Горно-технические особенности разработки многолетнемерзлых россыпей Северо-Востока существенно отличаются не только от разработки рудных месторождений, но и от талых россыпных месторождений.

В мерзлом состоянии прочность рыхлых отложений весьма велика и соответствует прочности, в зависимости от категории и температуры мерзлых пород, плотных, полускальных и скальных пород. Производить выемку мерзлых пород без предварительного разупрочнения невозможно.

Мощность покрывающих пород для открытой раздельной добычи составляет до 25 м, а средняя мощность пласта полезного ископаемого не превышает 1,0-1,4 м.

В этих условиях экономически целесообразным является не вывозить породу первых двух заходок во внешние отвалы или внутренние временные технологические отвалы, а размещать ее сразу непосредственно в выработанном пространстве, применяя поточную технологию разупрочнения, выемки и перемещения пород.

Предлагаемый способ открытой разработки пластообразных месторождений осуществляется следующим образом.

Перед началом разработки месторождения по предлагаемому способу производят вскрытие месторождения внешней капитальной траншеей 1 и разрезной траншеей 2. Разрезную траншею 2 проходят по контакту месторождения с пустыми породами внутри контура карьера 3 на всю мощность покрывающих пород 4.

Вскрышные породы разрезной траншеи 2 перемещают и укладывают во внешний отвал.

Затем производят выемку части пласта полезного ископаемого 5, находящейся в пределах разрезной траншеи 2, и перемещают ее на обогащение транспортными средствами.

Ширину разрезной траншеи 2 расчитывают таким образом, чтобы емкость ее выработанного пространства была достаточной для размещения объема вскрыши первой заходки 7.

По завершении вскрытия приступают к разработке месторождения по предлагаемому способу.

Карьерное поле разделяют на заходки 6, параллельные разрезной траншее 2. Заходки 6 отрабатывают последовательно, начиная с первой заходки 7, примыкающей к разрезной траншее 2. Разупрочнение и выемку вскрышных пород в заходках 6 производят непрерывно тонкими стружками смежными возвратно-поступательными ходами 8 по забою-площадке 9 устройством для разработки и перемещения горных пород 10. (Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 24 сентября 2006 года по заявке №2002115855/03/016689/ с приоритетом от 13.06.2002 г., 7 МПК Е 02 F 5/30. Устройство для разработки и перемещения горных пород).

Перемещают породу метанием во внутренний отвал 11 под прямым углом к направлению движения 12 устройства для разработки и перемещения горных пород 10. Траекторию (дальность и высоту метания) 13 регулируют углом наклона разгонной трубы и, при необходимости, режимом работы турбореактивного двигателя устройства для разработки и перемещения горных пород 10.

Уплотняют породу во внутреннем отвале 11, уменьшая при этом коэффициент разрыхления и увеличивая угол естественного откоса отвала, путем реализации кинетической энергии породы, приобретенной в процессе метания.

По завершении вскрышных работ в первой заходке 7 на полную мощность покрывающих пород 4 приступают к разработке части пласта полезного ископаемого 5 первой заходки 7 с вывозом ее на дальнейшую переработку транспортными средствами.

После завершения добычных работ в первой заходке 7 приступают к разработке второй заходки и так далее.

При разработке полезного ископаемого 5 с применением устройства для разработки и перемещения горных пород 10 необходимую скорость полезному ископаемому 5 для погрузки в транспортное средство придают регулированием подачи внешним контуром двухконтурного турбореактивного двигателя необходимого количества воздушного потока в разгонную трубу, а также использованием приемной воронки.

Предлагаемый способ позволяет также исключить образование межгребневых провалов при отсыпке отвалов оперативным регулированием высоты и дальности метания породы путем изменения угла наклона разгонной трубы и режима работы турбореактивного двигателя устройства для разработки и перемещения горных пород.

Исключение образования межгребневых провалов позволяет увеличить емкость внутренних отвалов до 30% по сравнению с гребневой отсыпкой при конвейерном отвалообразовании.

Многолетнемерзлые россыпные месторождения представляют собой по форме пластообразные залежи с малым углом падения. Мерзлые рыхлые отложения сцементированы льдочастицами, что обуславливает высокую прочность массива мерзлых пород. Их отработка требует предварительного разупрочнения.

В летний период с помощью тепла солнечной радиации можно оттаивать верхний слой породы, снимать этот слой, снова оттаивать и так далее. Однако скорость понижения горных работ в этом случае незначительна и равна скорости естественного оттаивания в среднем 10 см в сутки, что и определяет низкую интенсивность вскрышных работ по естественной оттайке.

Малая скорость естественной оттайки мерзлых пород сдерживает эффективное применение на разработке многолетнемерзлых россыпных месторождениях высокопроизводительных способов разработки с непрерывной послойной выемкой пород и одновременным перемещением их в отвал.

Для повышения интенсивности отработки многолетнемерзлых россыпей традиционными способами применяют цикличные технологии подготовки пород к выемке: буровзрывной способ, гидроигловое оттаивание, механическое рыхление.

Однако высокий коэффициент вскрыши до 20-25, малая средняя мощность пласта песков 1,0-1,4 м, прочные вмещающие породы приводят к тому, что при разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений традиционными способами удельный вес затрат на вскрышные работы в себестоимости разработки месторождения достигает 85% и более.

Как показывают исследования, наиболее элективным способом разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений является последовательная отработка заходок с размещением вскрышных пород во внутренние отвалы выработанного пространства предыдущих заходок.

Эффективность такого способа повышается с увеличением мощности торфов, уменьшением ширины заходки и с применением поточной технологии разупрочнения, выемки и перемещения горных пород.

Минимальную ширину заходки определяют, исходя из необходимости размещения добычного и транспортного оборудования в забое при разработке пласта полезного ископаемого, а также исходя из соблюдения требований техники безопасности.

Ширина заходки при использовании предлагаемого способа может составлять от 15 м до 40 м.

Учитывая, что коэффициент вскрыши достигает 20-25, а средняя мощность пласта песков не превышает 1,0-1,4 м, для подавляющего большинства россыпных месторождений Северо-Востока объем пород в первых двух заходках превышает объем песков во всем контуре отрабатываемого карьера. Затраты на вскрышные работы в первых двух заходках, укладку породы во временный технологический отвал, дальнейшую переэкскавацию породы во внутренний отвал выработанного пространства значительно превышают затраты на разработку и перемещение всего объема песков в контуре карьера.

При разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений создание временных технологических отвалов для пород первых двух заходок экономически неоправдано. В этой связи в предлагаемом способе заходки располагают вдоль разрезной траншеи, а вскрышные породы каждой заходки, в том числе первой и второй, перемещают сразу непосредственно в выработанное пространство.

Незначительные размеры подавляющей части россыпных месторождений и большая территориальная разбросанность в труднодоступных районах определяют эффективность применения способов отработки месторождений с использованием технологического оборудования мобильного, автономного, высокой проходимости, не требующего проведения на месторождениях трудоемких работ по монтажу-демонтажу и пусконаладочных работ, а также перевозки металлоемких конструкций. Учитывая климатические особенности Северо-Востока, технологическое оборудование не должно требовать дополнительных трудозатрат на устранение воздействия отрицательных температур.

Этим требованиям в полной мере отвечает предлагаемый способ с применением в качестве технологического оборудования устройства для разработки и перемещения горных пород.

С ростом мощности вскрыши и уменьшением ширины заходки возрастает актуальность рационального использования емкости выработанного пространства для размещения в нем всего объема пород очередной заходки или максимально возможного объема без перевалки.

Предлагаемый способ позволяет рационально использовать выработанное пространство путем уменьшения коэффициента разрыхления и увеличения угла естественного откоса отвала, производя уплотнение породы в отвале. При этом удельный прирост емкости отвала возрастает в условиях роста мощности вскрыши и уменьшения ширины заходки, то есть в условиях повышения эффективности применения предлагаемого способа.

При необходимости общую емкость внутренних отвалов можно увеличить еще до 15-20% путем исключения образования межгребневых провалов оперативным, во время работы устройства, регулированием дальности и высоты метания породы.

Таким образом, для эффективной разработки многолетнемерзлых россыпных пластообразных месторождений Северо-востока с применением способа последовательной отработки заходок, с размещением вскрыши очередных заходок в выработанное пространство предыдущих необходимо выполнение следующих требований:

- процессы разупрочнения, выемки и перемещения породы в отвал должны быть непрерывными и совмещенными - поточными;

- технологическое оборудование должно быть мобильным, автономным, высокой проходимости, малой металлоемкости, не требующим трудоемких работ по монтажу-демонтажу и переустановке;

- породы каждой заходки должны перемещаться непосредственно во внутренний отвал с рациональным использованием емкости выработанного пространства.

Всем этим требованиям отвечает предлагаемый способ открытой разработки пластообразных месторождений с использованием в качестве технологического оборудования устройства для разработки и перемещения горных пород.

Необходимо отметить, что физико-механические свойства мерзлых пород, гранулометрический состав и климатические условия благоприятствуют применению предлагаемого способа разработки многолетнемерзлых месторождений с перемещением породы в отвал метанием.

Естественная весовая влажность пород, особенно мелкозернистого заполнителя, составляя от 22 до 90%, значительно снижает или полностью исключает пыление при перемещении породы в отвал метанием.

Средневзвешенный диаметр фракции породы находится в пределах 15-30 мм. Валунистость невелика и в среднем равна 4-6%.

Средняя скорость ветра в основных районах россыпной золотодобычи Северо-Востока незначительна и составляет, в зависимости от периода года и месяца, от 0,4 до 3,2 м/сек.

Использование предлагаемого способа открытой разработки пластообразных месторождений при разработке многолетнемерзлых россыпей с залеганием продуктивного пласта до 25 м позволяет:

- повысить эффективность разработки пластообразных месторождений за счет исключения объемных и дорогостоящих работ по пере экскавации горных пород и за счет рационального использования выработанного пространства;

- значительно снизить трудоемкость работ по организации перемещения и укладки вскрышных пород во внутренние отвалы за счет исключения применения конвейерного перемещения.