способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий выделение этапов и подэтапов и отстройку глубокого карьера под дифференцированными углами откоса бортов в соответствии со снижающейся естественной и техногенной нарушенностью пород массивов с глубиной, до отстройки вертикальных уступов и участков бортов в глубоких зонах, отличающийся тем, что разделяют вскрышную толщу пород в поперечном разрезе в висячем и лежачем боках залежи на наклонные и крутонаклонные слои мощностью, соответствующей подэтапам и этапам разрабатываемого месторождения с завершением подэтапа и этапа отстройкой рабочей площадки в нижней зоне минимальной ширины, достаточной для вскрытия нижележащего горизонта, и созданием временно нерабочих бортов в пределах подэтапа и этапа с изменяющейся крутизной откосов в верхней, средней и нижней зонах в сторону их увеличения, и не превышающей их общей средней крутизны 35-36° на верхних и средних горизонтах, причем для повышения безопасности работ сдвоенные и строенные уступы завершающегося подэтапа и этапа отстраивают с помощью щелей для повышения вертикальной скорости углубки по сравнению с горизонтальной скоростью подвигания уступов и снижения длины рабочего борта по вскрышной породе в подэтапах и этапах по сравнению с горизонтальной отгонкой уступов до предельных границ карьера по известным методам отработки уступов, соответствующих их сдвоенной и строенной высоте и обеспечивающих их разбуривание скважинами и взрывание с необходимой кусковатостью пород, тем самым исключая перебуры скважин и обеспечивая максимальную производительность экскаваторов, отстраивают съезды в рабочем борту карьера для транспортирования вскрышных пород в отвалы, размещенные вблизи карьера в зоне второго и последующего этапов разработки месторождения, а руду транспортируют по съездам, отстроенным в нерабочем борту карьера, причем с углублением горных работ, как вскрышные породы, так и руда с нижних горизонтов выдаются наклонными подъемниками, с углом подъема 35-45°, отстроенными в боковых зонах карьера, для вскрышных пород - в боковых зонах висячего бока залежи, а для руды - вблизи нерабочего борта для перегрузки на магистральный транспорт, в глубоких зонах карьера с сужением карьерного пространства для доставки породы и руды на поверхность применяют вертикальные подъемники, отстроенные в крутонаклонных и вертикальных участках борта, а участки борта для безопасности работ укрепляют металлической сеткой и анкерами, при разработке рудного тела в зоне открыто-подземного яруса месторождение вскрывают рудоспусками, пройденными вблизи лежачего бока и отработку его ведут горизонтальными слоями для снижения потерь и разубоживания руды с выполнением операций для открытого способа разработки месторождений с минимальными текущими и средними коэффициентами вскрыши с уменьшением общего объема вскрыши в карьере при крутых его бортах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке открытым способом месторождений полезных ископаемых в виде наклонных и крутопадающих рудных тел при выемке вскрыши и руды в глубоких карьерах.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых этапами, включающий отработку рудных залежей выделением этапов и выемки последовательно по горизонтам вскрыши подвиганием по горизонтали уступов, а затем руды [1].

Недостатком способа является то, что угол рабочего борта часто составляет до 10-12° и только на глубоких горизонтах угол равен 15°, а это ведет к первоочередной выемки больших объемов вскрышных пород, в результате резко повышает затраты при работе на первом и втором этапах разработки месторождения при разработке верхних горизонтов.

Известен способ разработки месторождений, предусматривающий применение по глубине временно нерабочих бортов, а в их основании для безопасности эксплуатации транспортных берм и рабочих горизонтов создание заградительных валов для защиты от камнепада [2] [пат. РФ №2064582].

Недостатком способа является периодическая работа то на рабочих горизонтах, то подвижка целиков по горизонтам, что повышает трудоемкость выполнения работ, перегон техники и может снизить ритмичность добычи руды. Кроме того, заградительные валы недостаточно повышают безопасность работ при отскоках кусков при их дроблении.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки, предусматривающий применение временно нерабочих бортов и устройство заградительных валов [3].

Недостатком способа является необходимость подвигания одинарных уступов на рабочих горизонтах и в целиках с горизонтальной скоростью, значительно превышающей вертикальную, что предполагает выполнение больших объемов вскрыши в подэтапе и этате работ. При такой отработке одинарных уступов повышаются объем перебура, перегон техники с одного места на другое, а установка заградительных валов не обеспечивает безопасность ведения работ при расконсервации целиков и работе на рабочих горизонтах из-за разлета каменей и повышает трудоемкость производства работ.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работ, снижение текущих и эксплуатационных коэффициентов вскрыши, повышение глубины карьера, снижение перебура скважин и повышение безопасности работ.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе выделение этапов и подэтапов и отстройки глубокого карьера под дифференцированными углами откоса, бортов в соответствии со снижающейся естественной и техногенной нарушенностью пород массивов с глубиной до отстройки вертикальных уступов и участков борта в глубоких зонах, отличающийся тем, что разделяют вскрышную толщу пород в поперечном разрезе в висячем и лежачем боках залежи на наклонные и крутонаклонные слои мощностью, соответствующей подэтапам и этапам разрабатываемого месторождения с завершением подэтапа и этапа отстройкой рабочей площадки в нижней зоне минимальной ширины, достаточной для вскрытия нижележащего горизонта и созданием временно нерабочих бортов в пределах подэтапа и этапа с изменяющейся крутизной откосов в верхней, средней и нижней зонах в сторону их увеличения, и не превышающей их общей средней крутизны 35-36° на верхних и средних горизонтах, причем для повышения безопасности работ сдвоенные и строенные уступы завершающегося подэтапа и этапа отстраивают с помощью щелей для повышения вертикальной скорости углубки по сравнению с горизонтальной скоростью подвигания уступов и снижения длины рабочего борта по вскрышной породе в подэтапах и этапах по сравнению с горизонтальной отгонкой уступов до предельных границ карьера по известным методам отработки уступов, соответствующих их сдвоенной и строенной высоте и обеспечивающих их разбуривание скважинами и взрывание с необходимой кусковатостью пород, тем самым исключая перебуры скважин и обеспечивая максимальную производительность экскаваторов, отстраивают съезды в рабочем борту карьера для транспортирования вскрышных пород в отвалы, размещенные вблизи карьера в зоне второго и последующего этапов разработки месторождения, а руду транспортируют по съездам, отстроенным в нерабочем борту карьера, причем с углублением горных работ, как вскрышные породы, так и руда с нижних горизонтов выдаются наклонными подъемниками, с углом подъема 35-45°, отстроенными в боковых зонах карьера для вскрышных пород - в боковых зонах висячего бока залежи, а для руды - вблизи нерабочего борта для перегрузки на магистральный транспорт, в глубоких зонах карьера с сужением карьерного пространства для доставки породы и руды на поверхность применяют вертикальные подъемники, отстроенные в крутонаклонных и вертикальных участках борта, а участки борта для безопасности работ укрепляют металлической сеткой и анкерами, при разработке рудного тела в зоне открыто-подземного яруса месторождение вскрывают рудоспусками, пройденными вблизи лежачего бока и отработку его ведут горизонтальными слоями для снижения потерь и разубоживания руды с выполнением операций для открытого способа разработки месторождений с минимальными текущими и средними коэффициентами вскрыши с уменьшением общего объема вскрыши в карьере при крутых его бортах.

Рудоспуски при их срезке используют для закладки камер породой, заскладированной в карьере при наклонном и крутом падении рудного тела с переукладкой породы, и доработке его горизонтальными слоями для снижения потерь и разубоживания руды, и производительности, близкой или равной производительности подземного способа разработки месторождения, минимального расстояния транспортирования руды до рудоспусков, выполнение в такой последовательности отработки месторождения обеспечивает достижение минимальных текущих и средних коэффициентов вскрыши, поскольку уменьшается общий объем отрабатываемой вскрыши в карьере при дифференцированных углах откосов участков бортов до вертикальных в глубоких зонах с их креплением, минимальных расстояний транспортирования руды и вскрыши и затрат на выполнение операций и отработки большей части рудного тела открытым дешевым способом с минимальными потерями и разубоживанием руды.

На фиг.1-4 представлены план и разрез по крутонаклонному рудному телу с выделением наклонных слоев, этапов и подэтапов отработки месторождения с введением комплекса подъемных механизмов и выработок с отработкой сдвоенных и строенных уступов слоев в подэтапе отработки рудного тела:

Фиг.1: 1 - рудное тело; 2, 3 - соответственно наклонные и крутонаклонные слои; 4 - отработка сдвоенными (строенными) уступами рудного тела в подэтапе; 5 - этап отработки; 8 - площадка для вскрытия нового горизонта; 9 - сдвоенный (строенный) уступ; 21 - рудоспуски; 22 - выработки; 23 - ствол; 24 - борт карьера по проекту; 25 - крепление.

Фиг.2: 6, 7 - соответственно съезды по вскрыше и руде; 14 - подъемник по породе; 15 - подъемник по руде; 16 - удлинение подъемника по породе; 17 - удлинение подъемника по руде; 18 - вертикальный конвейер по породе; 19 - вертикальный конвейер по руде; 20 - отвалы; 21 - рудоспуски; 22 - выработки; 23 - ствол.

Фиг.3: 10 - щель; 11 - буровые скважины.

Фиг.4: 12 - график развития производительности по породе; 13 - планирование производственной мощности карьера по проекту; T₁, Т₂ - промежуточные периоды работ.

Пример выполнения

Способ разработки месторождения глубоким карьером при выделении наклонных слоев, этапов и подэтапов и отстройку откосов временных бортов подэтапов и этапов работ с применением щелей и достижения максимальной скорости углубки и минимальной горизонтальной скорости подвигания уступов на горизонтах, минимизирующих текущие коэффициенты вскрыши при меньшей длине рабочего борта, отстроенного в среднем с крутизной 35-36° на верхних горизонтах и большей крутизной на нижних с обоснованием последовательности отработки рудных тел открытым способом и включением выработок открыто-подземного яруса поясняется схемами, помещенными на фиг.1-4 и осуществляется следующим образом.

На сложно-структурном Коашвинском месторождении ОАО «Апатит» и месторождениях в виде жил, наклонных или крутопадающих 1 с изменяющейся рудоносностью и содержания полезного компонента с глубиной и по горизонтам имеет место быстрое нарастание разрабатываемой толщи пород и снижение текущих и средних коэффициентов вскрыши и увеличения глубины карьера можно достичь выделением наклонных 2 и крутонаклонных 3 слоев и отработкой их последовательно подэтапами 4 и этапами 5 таким образом, что вертикальная скорость углубки оказывается больше, чем горизонтальная скорость отгонки уступов при разработке горизонтальных слоев при обычном способе отработки этапами, а длина рабочего борта при его крутизне в подэтапе и этапе 35-36° на верхних горизонтах меньше, чем длина рабочего борта с включением временнонерабочих участков с необходимостью их своевременной постановки и разноса с общей крутизной 16-20°. При высоте уступов 10-15 м и отстройки системы съездов 6 в рабочем борту карьера для транспортирования вскрышных пород в отвалы, размещаемых вблизи карьера в зоне II-го, III-го и последующих этапов разработки месторождения, а для транспортирования руды отстраивается система съездов 7 в нерабочем борту карьера. С углублением горных работ для достижения максимальной скорости углубки в подэтапе в нижней зоне создается площадка 8 минимальной ширины, обеспечивающей вскрытие нижнего горизонта, а уступы 9 сдваиваются и страиваются (30-45 м) с применением щели 10 крутизной 85-90° и разбуриваются скважинами 11 по сетке, достаточной для получения оптимальной кусковатости пород, затем после взрывания раздробленные породы разделяются на подуступы и отрабатываются с максимальной производительностью экскаваторов. Кроме того, при таком способе подготовки пород исключаются перебуры скважин одинарных уступов и достигается максимальная производительность буровых станков без их перегона. При параметрах блока: высоте 30-45 м, ширине 45 м и длине 800-1000 м обеспечивается годовая производительность экскаватора ЭКГ-10. Вертикальная скорость понижения горных работ на таком участке блока может достигать 60-70 м в год. С понижением горных работ количество таких блоков в подэтапе и этапе увеличивается, а производительность карьера по вскрыше увеличивается с минимальной величины при отработке верхних горизонтов 3-4 млн.м³ в год до максимальной, близкой к проектной (12 млн.м³ в год). Выемка меньших объемов пород в первые периоды 12 резко снижает затраты на производство работ и выгодно отличается от способа отработки вскрыши по проекту 12 млн.м ³/год 13 в течение почти двух десятков лет при отгонке уступов высотой 10-15 м к границам карьера. Снижение затрат при разработке карьера при глубине, большей 200-250 м, достигается строительством подъемников как по породе 14, так и по руде 15 сначала с углом наклона 35-45° и их удлинения 16, 17, а в глубоких зонах применением вертикальных подъемников 18, отстраиваемых в северо-западной и северной зоне борта карьера по породе и юго-восточной и восточной зоне борта - по руде 19. Высокие отвалы 20 отстраиваются вблизи контура карьера применением новой технологии и комбинированного транспорта: автомобильного действующего при плече 2-2,5 км, и конвейерного при подъеме породы на высоту 200-300 м. В глубоких зонах с отстраиванием выпуклого профиля борта и расширением рабочей зоны вместо сужения по традиционному способу имеется возможность углубки карьера на 150-200 м. Для отработки запасов руды в зоне открыто-подземного яруса целесообразно вскрытие их осуществить рудоспусками, пройденными вблизи лежачего бока и связанными выработками со стволом и при их срезке используют для закладки камер породой, заскладированной в карьере при наклонном и крутом падении рудного тела с переукладкой породы и доработке его горизонтальными слоями для снижения потерь и разубоживания руды и производительности, близкой или равной производительности подземного способа разработки месторождения, минимального расстояния транспортирования руды до рудоспусков. Выполнение в такой последовательности отработки месторождения обеспечивает достижение минимальных текущих и средних коэффициентов вскрыши, поскольку уменьшается общий объем отрабатываемой вскрыши в карьере при дифференцированных углах откосов участков бортов до вертикальных в глубоких зонах с их креплением, минимальных расстояний транспортирования руды и вскрыши и затрат на выполнение операций и отработки большей части рудного тела открытым дешевым способом с минимальными потерями и разубоживанием руды.

Источники информации

1. Система разработки поперечными заходками без разрезных траншей / А.И.Арсентьев, А.П.Бондарь, Ф.Г.Грачев, А.А.Ещенко, Б.К.Оводенко. - Л.: Наука. - 1969. - 165 с.

2. Патент РФ №2064582.

3. Линев В.П., Рубинштейн С.Б. Обеспечение безопасности горных работ при использовании временно нерабочих бортов. - Горный журнал, 2001, №5, с.22-23 (прототип).