способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий отработку карьера до проектной глубины этапами с отстройкой бортов с параметрами, допустимыми по устойчивости, погашение бортов, доработку массива полезного ископаемого, отличающийся тем, что отстройку и погашение временных бортов при отработке крутонаклонных слоев очередного этапа после изменения порядка разработки вскрышных и рудных зон начинают вслед за отстройкой и разносом в центре разреза колодцеобразной выработки с вертикальными уступами, с параметрами, которые обеспечиваются минимальными радиусами закруглений достаточными для перемещения породы по спиральным съездам на поверхность во внешние отвалы, с сужающимся пространством к дну на уровне вскрываемого горизонта глубокой части залежи с меньшим общим коэффициентом вскрыши этапа и в заключительный период работы отстраивают борт высокими крутыми и вертикальными уступами в глубокой зоне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке глубокозалегающих и сближенных залежей полезного ископаемого, а также ценных маломощных рудных тел.

Известен способ отработки карьера при разработке крутопадающих рудных тел, заключающийся в погоризонтальней выемке вскрышных пород и полезного ископаемого и постановке бортов в конечное положение под предельньм углом погашения [Пат.№2180041 Е 21 С 41/26. Акшеев А.А. и др. - Заявка №2000100403/03, заявл. 06.01.2000, опубл. 27.02.2002. бюл. №33].

Недостатком данного способа является выемка повышенного объема вскрыши в основной период отработки до создания промежуточного дна карьера и только при доработке оставшихся небольших запасов руды в нижней боковой част борта отработка ведется с минимальным коэффициентом вскрыши при отстраивании борта сверхвысокими крутыми уступами под предельньм углом погашения.

Известен способ отработки карьера при разработке наклоннозалегающего рудного тела, заключающийся в погоризонтальном подвигании уступов как по вскрыше, так и по руде при применении системы разработки поперечньми заходками. Этим достигается снижение текущих объемов вскрыши на первом этапе разработки месторождения и перенесении их выемки в заключительный период работы карьера [Арсентьев А.И., Бондарь А.П., Грачев Ф.Г.. Система разработки поперечными заходками без разрезных траншей. Л.: Наука. - 1969. -165 с.].

Недостатком способа является то, что несмотря на относительное снижение годовых объемов вскрыши их величина существенно велика при небольших углах рабочего борта при ведении углубки как поперек, так и в продольном разрезе рудного тела, что резко увеличивает длину бортов и, следовательно, включает в подвигание большое количество уступов, особенно в первый период работы картера до выхода на предельный контур поверхности, после чего годовые объемы вскрыши снижаются.

Известен способ отработки карьера при разработке крутопадающего рудного тела, заключающийся в применении при формировании рабочих бортов временно нерабочих участков (целиков), чередующихся с рабочими участками по их разносу с созданием графика развития стабилизованной производительности карьера по породе до конца разработки месторождения [Линев В.П., Рубинштейн С.Б., Холодняков Г.А. Регулирование текущего коэффициента вскрыши углом наклона рабочих бортов карьера // Горный журн. - 2001. - №5. - С. 23-25].

Недостатком способа является то, что регулирование вскрышных работ использованием только одного поперечного разреза даже средневзвешенного разреза не исключает получения неточных результатов без анализа динамики изменения карьерного пространства в продольном разрезе рудного тела, и увеличение производительности карьера по вскрыше в первоначальный период его эксплуатации даже для целей стабилизации производительности по породе не является лучшим решением по сравнению с установленными положениями о том, что перенесение для отработки вскрыши на более поздний период работы карьера улучшает его технико-экономические показатели.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки полезных ископаемых месторождений, включающий отработку карьера до проектной глубины этапами с отстройкой бортов с параметрами, допустимыми по устойчивости [Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. М.: Недра. - 1974. - 263 с.].

Недостатком способа является то, что применяемый порядок отработки месторождений с любым углом падения рудных тел не исключает увеличения годовых объемов вскрыши до пиковых при достижении рабочими бортами предельных границ карьера по поверхности. Графики развития производительности карьера по годам носят треугольный характер, также неравномерный характер изменения имеют графики текущих и эксплуатационных коэффициентов вскрыши по периодам. А отстройка бортов начинается после того, как рабочие борта с небольшим наклоном достигают расчетных границ, а это обусловливает снижение углов наклона нерабочих бортов, поскольку несвоевременно учитываются закономерности нарушений массивов и верхние уступы через 15-25 лет постепенно разрушаются от выветривания и техногенных нагрузок, что повышает опасность разработки запасов на глубоких горизонтах.

Целью изобретения является увеличение эффективности отработки рудных тел при снижении годовых объемов вскрыши и равномерного их распределения по периодам отработки и обосновании повышения устойчивости бортов на этапах доработки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе открытой разработки рудных тел с различным углом падения, а также глубоко залегающих сближенных залежей полезного ископаемого, включающем отработку карьера до проектной глубины с отстройкой бортов с параметрами, допустимыми по устойчивости, погашение бортов, доработку массива полезного ископаемого при отработке карьера до проектной глубины, отстройку и погашение временных бортов при отработке крутонаклонных слоев очередного этапа после изменения порядка отработки вскрышных и рудных зон начинают вслед за отстройкой и разносом в центре разреза колодцеобразной выработки с вертикальными уступами и с параметрами, которые обепечиваются минимальными радиусами закруглений, достаточными для перемещения породы по спиральным съездам на поверхность во внешние отвалы, с сужающимся пространством к дну на уровне вскрываемого горизонта глубокой части залежи с меньшим общим коэффициентом вскрыши этапа и в заключительный период работы отстраивают борт высокими крутыми и вертикальными уступами в глубокой зоне.

Разработка залежи при снижении годовых объемов вскрыши и величины коэффициентов вскрыши ведется изменением порядка отработки вскрышных и рудных зон в границах карьера в результате разграничения первоочередных объемов отработки вскрыши, а в поздние периоды по всей глубине карьера, для чего в начале вскрышные работы начинают в месте углубки карьера для вскрытия рудной залежи и на участке отстройки колодцеобразной выработки с сужающимся пространством к ее дну на горизонте вскрытия нижней залежи (среднего участка), отстройкой вертикальных уступов и транспортными бермами минимальной ширины, что уменьшает годовые объемы вскрыши и коэффициент вскрыши на период начала отработки верхней залежи (среднего участка), поскольку при традиционных способах разработки почти вся вскрыша в карьере на данный период подлежала бы уже удалению. Создание выемок с суперкрутыми откосами временных бортов при интенсивном ведении вскрышных работ допускается с коэффициентом запаса, близким к единице (проф. докт.техн. наук Э.Л.Галустьян). Дополнительное увеличение составляющей угла наклона борта из-за небольших радиусов закруглений колодцеобразной выработки 30-35° и подтверждено созданием откосов участка бортов 75-80° на отечественных и зарубежных карьерах (карьеры алмазных трубок).

Разработка залежи при отстройке и погашении временных бортов на участке последних этапов работы происходит крутонаклонными слоями из крутых до вертикальных нижних уступов при повышающейся прочности пород со снижением трещиноватости пород и нарушений массивов, и это позволяет вести доработку массива под предельным углом погашения, поскольку все уступы почти одновременно подвигаются и ставятся в предельное положение на конечный контур.

В качестве новизны и отличий заявляемого способа разработки месторождений полезных ископаемых от известных следует привести поперечный разрез по месторождению с характерными пологими рабочими бортами (фиг.8) и рекомендуемые графики развития производительности карьера по породе при применении системы разработки с поперечными заходками без разрезных траншей [2] (фиг.9 1, 2 - соответственно по проекту и предложенный), а в работе [3] по данным анализа совмещенного разреза с повышением производительности карьера в первый период разработки месторождения (фиг.10, 1, 2 - соответственно до и после использования варианта).

На чертежах представлены разрезы месторождения и этапы выполнения и производства работ с отстройкой и погашением временных (промежуточных) рабочих бортов при отработке крутонаклонных слоев массива с графиком годовых объемов вскрыши по периодам.

Фиг.1 - поперечный разрез; H₁ - глубина карьера первоочередного этапа разработки, 1 - рабочий борт; 2 - борта колодцеобразной выработки; 3, 4 - временные (промежуточные) борта; 5 - конечный борт карьера; 6 - залежь; ₁, ₂, _к - угол откоса борта колодцеобразной выработки крутонаклонных слоев и конечного контура карьера.

Фиг.2 - продольный разрез.

Фиг.3 - развитие горных работ в колодцеобразной выработке при вскрытии очередного горизонта; Т - транспортная берма.

Фиг.4, фиг.5 - развитие работ при разносе бортов колодцеобразной выработки; В - ширина рабочей площадки.

Фиг.6 - элемент борта с кольцеобразньми бермами и съездами в колодцеобразной выработке.

Фиг.7 - график изменения производительности карьера по породе по периодам Т.

Фиг.8 - поперечный разрез по месторождению с характерными пологими рабочими бортами (традиционный способ).

Фиг.9 - график развития производительности карьера по породе [2] 1, 2 -соответственно по проекту и предложенный.

Фиг.10 - график развития производительности карьера по породе [3] 1, 2-соответственно до и после использования варианта.

Пример конкретного исполнения

Для месторождения Ньоркпахское алатитонефелиновых руд ОАО "Апатит", представляющих пологопадающие и глубокозалегающие рудные тела под углами 10-20°, на основе технико-экономического анализа определена предельная глубина Н карьера. В приводимом примере она составит 240-260 м, в высокогорной части 390-400 м.

Отработка карьера до проектной глубины осуществляется в три стадии.

На первой стадии отработка карьера 1 до глубины начала производства углубочных работ на участке строительства колодцеобразной выработки производится горизонтальными слоями сверху вниз с транспортированием вскрышных пород во внешние отвалы.

На второй стадии в ходе интенсификации горных работ в контурах колодцеобразной выработки 2 оптимальный профиль борта отстраивается с параметрами, обеспечивающими значение показателей сцепления и угла внутреннего трения массива горных пород для его устойчивого состояния с коэффициентом запаса устойчивости КЗУ n_з=1. Обоснованные технические и технологические параметры предохранительных и транспортных берм равны соответственно 10-12 и 20-30 м, высота уступов 15 и 30 м, углы их наклона 60-75° и до 90° на глубоких горизонтах на уровне вскрытия нижней залежи. Минимальные параметры вскрывающей колодцеобразной выработки обеспечиваются минимальными радиусами закруглений, достаточными для перемещения породы по спиральным съездам на поверхность во внешние отвалы, причем на нижних горизонтах используются автосамосвалы грузоподъемностью 30-40 т.

На третьей стадии осуществляется доработка массива скальных пород и полезного ископаемого рудной залежи крутонаклонными слоями. Отстройка, а затем погашение временного борта очередного этапа осуществляется подвиганием уступов сверху вниз на величину рабочих площадок шириной 30-40 м. Это обеспечивает поддерживание устойчивых откосов бортов, близких к максимальным по устойчивости с коэффициентом запаса КЗУ n_з=1,0-1,1. Близкие к одинаковым параметры крутонаклонных слоев по высоте и рабочим площадкам обеспечивают равные годовые объемы вскрыши и равные текущие коэффициенты вскрыши по годам эксплуатации.

На последнем этапе борт карьера отстраивается под предельным углом погашения, достигающим на нижнем участке 70-75° при применении вертикальных откосов уступов.

Применение способа разработки на Ньорпахском карьере апатитонефелиновых руд ОАО "Апатит" позволяет в 1.5-2 раза снизить текущие коэффициенты вскрыши и на 25-30 млн. м³ уменьшить объемы вскрыши из-за более крутых бортов, чем по проекту.