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, с применением традиционного транспорта, с затратами на доставку руды и вскрыши на поверхность из глубоких зон, достигающими 60-70% от стоимости разработки 1 т полезного ископаемого, отличающийся тем, что разделяют вскрышную толщу пород и рудное тело по вертикали на зоны и отстраивают в них наклонные, крутонаклонные и вертикальные участки бортов с креплением их в глубоких зонах при доработке карьера, а отработку продуктивной толщи пород начинают с подготовки и проведения траншей для конвейерных линий с повышением их наклона в глубоких зонах, причем конвейерные системы применяют в виде трубчатых, разделенных на отсеки с удерживающими упорами для кусков от их веса и охватывающим их полотном, имеющим с одной стороны застежки в виде прямоугольной петли, а с другой - крюки, входящие в эти застежки (петли) по мере формирования трубчатой формы полотна с помощью каркаса с роликами на начальном, крутонаклонном и вертикальном участках трассы, при выходе конвейера на поверхность вывод крюков из зацепления осуществляется устройством в виде наклонного шпиля, связанного с каркасом конвейера, и нажимающим на полотно с крюками сверху и выводящем их из зацепления, при этом разгрузка породы (руды) осуществляется в обычном режиме для сбегающей ветви ленточного конвейера, причем для обеспечения оптимальной транспортной связи между вскрышными забоями и местами складирования пород вскрыши в висячем боку залежи организуют отвалы временные (промежуточные), постоянные и дополнительные на крыльях залежи и транспортирование породы производят по съездам, ориентированным в направлении контуров карьера II и III очередей отработки, вначале средствами транспорта цикличного действия (автотранспорт), а затем поточного транспорта, причем траншеи с конвейерами ориентируют таким образом, чтобы можно было удлинять конвейерные подъемники или создавать каскадную систему при изменении мощности рудного тела или угла его падения, а в зоне добычи руды конвейерные подъемники сооружают сразу же после достижения средствами цикличного действия (автотранспорт) предельного плеча транспортирования, выводящего систему из области оптимального функционирования, и трассу конвейерных подъемников выбирают таким образом, чтобы их можно было удлинять или обеспечивать работу в комплексе с вертикальными подъемниками с доставкой руды на поверхность до перегрузочного пункта, а последний подъемник в глубоких зонах сооружается таким образом, чтобы плечо транспортирования сборочного транспорта не выходило за пределы оптимального функционирования системы, и на заключительном этапе работы карьера корректируют проектные углы бортов, отрабатывают последние слои (III этап разработки) и выводят борта на предельные дифференцированные по устойчивости конечные углы в глубоком и суперглубоком карьере.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке открытым способом месторождений в виде наклонных и крутопадающих сложно-структурных рудных тел, при выемке вскрыши и руды в глубоких карьерах и строительстве народнохозяйственных объектов глубокого заложения и в военных целях.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий отработку рудных залежей делением на горизонтальные слои и выемки последовательно по горизонтам вскрыши подвиганием уступов, а затем руды [1].

Недостатком способа является то, что угол рабочего борта часто составляет 11-17° и редко достигает 20-25°, вследствие чего текущий коэффициент вскрыши приближается к максимальным значениям, а производительность карьера по вскрыше может увеличиваться в 3-4 раза, что требует применения большого количества оборудования и затрат на выемку вскрыши.

Известен способ разработки крутопадающих и наклонных рудных тел применением комбинированных средств транспорта - автомобильного и конвейерных систем транспорта, в том числе конвейеров с прижимной лентой [2].

Недостатком способа является то, что конвейер с прижимной лентой распространен для пород плотностью (гипс, известняк) и меньшей для руд из-за слабой конструктивной схемы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки месторождений полезных ископаемых, предусматривающий применение крутонаклонных конвейерных систем в глубоких карьерах [3] (патент РФ № 2310754 С2).

Недостатком способа разработки с конвейерной системой является то, что при этом используются конвейеры с прижимной лентой, менее надежные для доставки руд на большую высоту и значительного дробления горной массы в дробилках, что снижает эффективность горных работ.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работ по выемке вскрыши и руды, снижение текущих коэффициентов вскрыши, снижение объемов вскрыши в бортах при их заоткоске под устойчивыми крутыми углами и создание глубокого объекта для народнохозяйственных и военных целей.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе разработки руды и выемки вскрыши, включающем разделение карьерного поля на вскрышные и добычные горизонты, добычу руды и выемку вскрыши подвиганием уступов, применение участков временно нерабочего борта, отстройку съездов и транспортных берм, конвейерных полутраншей и выдачу руды и вскрыши на поверхность, разделяют вскрышную толщу пород в поперечном разрезе в висячем и лежачем боках залежи на наклонные слои, причем угол наклона участков временных промежуточных откосов бортов отрабатываемых слоев в верхних, средних и нижних зонах различен и увеличение его определяется в зависимости от различной трещиноватости пород массива вплоть до вертикальных участков в глубоких зонах, а отработку продуктивной толщи пород начитают с подготовки и проведения траншей для конвейерных линий с повышением их наклона в глубоких зонах, причем конвейерные системы применяют в виде трубчатых, разделенных на отсеки с удерживающими упорами для кусков от их веса и охватывающим их полотном, имеющим с одной стороны застежки в виде прямоугольной петли, а с другой - крюки, входящие в эти застежки (петли) по мере формирования трубчатой формы полотна с помощью каркаса с роликами на начальном, крутонаклонном и вертикальном участках трассы, при выходе конвейера на поверхность вывод крюков из зацепления осуществляется устройством в виде наклонного шпиля, связанного с каркасом конвейера, и нажимающим на полотно с крюками сверху и выводящим их из зацепления, при этом разгрузка породы (руды) осуществляется в обычном режиме для сбегающей ветви ленточного конвейера, а обеспечения оптимальной транспортной связи между вскрышными забоями и местами складирования пород вскрыши в висячем боку залежи организуют отвалы временные (промежуточные), постоянные и дополнительные на крыльях залежи и транспортирование породы производят по съездам, ориентированным в направлении контуров карьера II и III очередей отработки вначале средствами транспорта цикличного действия (автотранспорт), а затем поточного транспорта, причем траншеи с конвейерами ориентируют таким образом, чтобы можно было удлинять конвейерные подъемники или создавать каскадную систему при изменении мощности рудного тела или угла его падения, а в зоне добычи руды конвейерные подъемники сооружают сразу же после достижения средствами цикличного действия (автотранспорт) предельного плеча транспортирования, выводящего систему из области оптимального функционирования, и трассу конвейерных подъемников выбирают таким образом, чтобы их можно было удлинять или обеспечивать работу в комплексе с вертикальными подъемниками с доставкой руды на поверхность до перегрузочного пункта, причем последний подъемник в глубоких зонах сооружается таким образом, чтобы плечо транспортирования сборочного транспорта не выходило за пределы оптимального функционирования системы, и на заключительном этапе работы карьера корректируют проектные углы бортов, отрабатывают последние слои (III этап разработки) и выводят борта на предельные дифференцированные по устойчивости конечные углы в глубоком и суперглубоком карьере, обеспечив создание из карьерного пространства большой глубины нового объекта для использования, в том числе для военных целей.

Применение конвейера в виде трубчатого на наклонных и крутонаклонных участках борта позволяет избежать применения дополнительной (прижимной) конвейерной системы, а распределив сдвигающие нагрузки с их превышением в отсеках (между упорами) и обхватом полотном ленты кусков со всех сторон, позволяет надежно транспортировать кусковатую массу на поверхность, создать необходимую тяговую силу за счет барабанов или подъемной машины. Создание такой конвейерной системы при разработке месторождений глубокими и суперглубокими карьерами экономически эффективно, поскольку пространственные параметры карьеров уменьшаются в 3-5 раз и более по сравнению с применением железнодорожного транспорта с малыми углами подъема, в 2-3 раза по сравнению с применением только автотранспорта с углом уклона i=0,06-0,08, что обеспечивает снижение объемов пород в бортах карьеров от разноса на 100-200 млн м³.

Создание глубокого карьера с устойчивыми и крутыми углами бортов позволяет рассматривать этот объект как важный в народнохозяйственных и военных целях.

На фиг.1-15 представлены план и разрез по крутонаклонному рудному телу с выделением крутонаклонных слоев отработки и последовательность ввода крутонаклонных конвейерных подъемников по руде и вскрыше.

Фиг.1. 1 - контур карьера при применении железнодорожного транспорта

2 - поле контура карьера при применении автотранспорта

3 - контур карьера при применении конвейерных систем

4 - промежуточный контур карьера

5 - рудное тело

6 - дробильный узел по руде

7 - дробильный узел по породе

8 - наклонный конвейерный комплекс по руде

V₁ и V₂ - снижаемые объемы пород вскрыши при применении автомобильного и железнодорожного транспорта

₁, ₂, ₃ - углы наклона бортов при применении железнодорожного, автотранспорта и конвейеров

Фиг.2. 1 - рудное тело

а, 6, в, г, д, е - отрабатываемые слои

3 - конечный контур карьера по предлагаемому способу

4 - промежуточный контур

6, 6 - дробильный узел по руде и при его переносе

7, 7 - дробильный узел по породе и при его переносе

8, 9 - конвейерные системы по руде и породе и при их удлинении

, ₁, ₂, ₃ - откосы борта по глубине карьера

₁ , ₁ , ₁ - откосы верхней части борта

₂ , ₂ , ₂ - откосы средней части борта

₃ , ₃ , ₃ - откосы нижней части борта

_1к, _2к, _3к - откосы конечного борта

Фиг.3. Схема конвейерной системы в общем виде

А, В, С, Д, Е - узлы системы

Узел А

Фиг.4. Полотно конвейера - участок ленточного конвейера

10 - полотно (лента) конвейера

11 - ролики

12 - каркас

Узел В

Фиг.5. Изгиб полотна конвейера - участок ленточного конвейера

10 - полотно (лента) конвейера с помощью каркаса

11 - ролики

12 - каркас

Узел С

Фиг.6. Изгиб полотна конвейера в положении, близком к предельному

10 - полотно (лента) конвейера

11 - ролики

12 - каркас

13 - застежка (петля)

14 - крюк зацепления ленты

Узел Д

Фиг.7. Сцепление левой и правой части полотна при работе трубчатого конвейера

13 - застежка (петля)

14 - крюк зацепления ленты

15 - куски

Фиг.8. Полотно (лента) 10 в плане

13 - застежка (петля)

14 - крюк зацепления ленты

16 - упор

₁ - расстояние между застежками (петлями)

₂ - расстояние между упорами

Узел Е

Фиг.9. Элементы зацепления

13 - застежка (петля)

14 - крюк зацепления ленты

Фиг.10. Положение крюка в зацепленном состоянии

10 - полотно (лента) конвейера

13 - застежка (петля)

14 - крюк зацепления ленты

Фиг.11. Схема конвейерного полотна (ленты) в общем виде

Фиг.12. Положение кусков d_к на ленте в соотношении с высотой упора h

d_к - максимальный размер куска

Узел К

Фиг.13, Фиг.14. Выведение левой и правой частей полотна из зацепления

10 - полотно (лента) конвейера

13 - застежка (петля)

14 - крюк зацепления ленты

17 - наклонный нажимной шпиль

h _н - высота действия нажимного шпиля, большая высоты крюка h

Фиг.15. Общая схема действия сдвигающих F _сд и удерживающих F_сопр сил в системе и в отсеках F_сопр>>F_сд.

Пример выполнения

Способ разработки руды и вскрыши глубоким карьером при выделении наклонных слоев и этапов и отстройке бортов на конечном контуре с дифференцированными углами откоса участков борта в соответствии со снижающейся естественной и техногенной нарушенностью пород массивов с глубиной до отстройки вертикальных участков борта в глубоких зонах поясняется схемами, помещенными на фиг.1-15, и осуществляется следующим образом. На глубоком Ковдорском карьере железных руд и сложноструктурном Коашвинском месторождении ОАО «Апатита» с изменяющейся рудоносностью и содержанием полезного компонента с глубиной и по горизонтам важна разработка рудной зоны на большую глубину, чем при традиционных способах, поэтому необходимо разделение вскрышной толщи пород в поперечном разрезе в висячем и лежачем боках залежи 1-5 на наклонные слои, причем угол наклона участков временных промежуточных откосов бортов 4 отрабатываемых слоев в верхних, средних и нижних зонах различен и увеличение его определяется в зависимости от различной трещиноватости и нарушенности пород массивов.

Углы откосов верхних участков промежуточных бортов при отработке верхних слоев 2 могут составлять 40-45°, средних - 50-55°, нижних 55-65°, при отработке последующих слоев и особенно в глубоких зонах, где трещиноватость пород снижается и техногенное воздействие (взрывы в карьере) на устойчивость откосов оказывает меньшее влияние, углы откосов бортов в нижних зонах могут составлять 65-75°, а сдвоенные уступы можно формировать с углами вплоть до 90°. Отработка рудного тела 5 предлагаемым способом позволяет уточнить структуру пород, их тип вблизи предельного контура, уточнить их прочностные свойства пород и обосновать дифференцированные по глубине углы откосов участков бортов карьера. Кроме того, полученные данные могут быть использованы для применения крутонаклонных и вертикальных конвейеров, сооружаемых на поверхности укрепленных откосов глубоких зон.

Отработка продуктивной толщи начинается с подготовки и проведения траншей для конвейерных линий с повышением их наклона в глубоких зонах, причем конвейерные системы применяют в виде трубчатых, разделенных на отсеки с удерживающими упорами для кусков от их веса и охватывающим их полотном, имеющим с одной стороны застежки в виде прямоугольной петли, а с другой - крюки, входящие в эти застежки (петли) по мере формирования трубчатой формы полотна с помощью каркаса с роликами на начальном, крутонаклонном и вертикальном участках трассы, при выходе конвейера на поверхность вывод крюков из зацепления осуществляется устройством в виде наклонного шпиля, связанного с каркасом конвейера, и нажимающим на полотно с крюками сверху и выводящим их из зацепления, при этом разгрузка породы (руды) осуществляется в обычном режиме для сбегающей ветви ленточного конвейера. Для образования конвейера трубчатой формы с диаметром 300 мм достаточно иметь полотно ленты шириной до 1000 мм. При этом максимальный размер куска d _к до 200 мм, высота выступов до 15-20 мм, а расстояние между ними =350-400 мм (на крутонаклонных участках) и до 500-800 мм на наклонных участках. Размер застежек (петель) 10×15 мм (конструкционная сталь), размер крюка - высота 20÷30 мм, жестко скрепляется с полотном, щель между обкладками ленты не должна превышать 10 мм. Шпиль изготавливается из конструкционной стали сечением 20×60 мм и устанавливается с наклоном с вертикальной проекцией до 30-40 мм, что позволит вывести крюк из зацепления. Ведение работ по предлагаемому способу позволяет увеличить глубину карьера, установленную по плоскому откосу борта с углом 39-42° по проекту (дно карьера имеет отм. -290 м). Выполненными расчетами показано, что при средневзвешенных углах откосов бортов 50-55° глубина карьера может быть повышена на 150-200 м (отм. дна -450÷-500 м), и отработка карьером сложного в геолого-структурном отношении месторождения с включением пропластков пород и изменением содержания компонента особенно эффективна, так как снижаются потери и разубоживание руды.

Конвейерные подъемники по вскрыше 7 целесообразно начать создавать с отм. +190 м до отм. -150÷-200 м. Конвейерный подъемник по руде 6 целесообразно создать на восточном борту карьера. С углублением горных работ конвейерные подъемники по руде 9, 10 и вскрыше 11, 12, 13 удлиняются, а в глубоких зонах целесообразно сооружать вертикальные подъемники. Для увеличения производительности ЦПТ во вскрыше до 35-40 млн т в год следующее дробильное звено, оборудованное двумя конусными дробилками типа КВКД, целесообразно создать на гор. +85÷+90 м. Для этого конвейер с производительностью 20 млн т вскрышных пород в год вышележащего участка переносится на нижележащий, а на вышележащем устанавливается ленточный конвейер с производительностью 30-40 млн т породы в год (скорость ленты 3.5-4 м/с и В_л=3-3.5 м). С углублением горных работ дробильное звено с отм. +85÷+90 м переносится на отм. -110 м, а затем на отм. -210 м крутонаклонный трубчатый 7 или вертикальный конвейер. Разгрузка породы с отвального конвейера при отсыпке ярусов производится разгрузочным механизмом в виде малогабаритной стрелы, оборудованной, например, пластинчатым питателем. В такой же последовательности отстраивается и удлиняется ЦПТ по руде: сначала в полутраншеях на отм. +200 м, +100 м, +0 м, -100 м (крутонаклонный подъемник) и ниже на отм. -200 м крутонаклонный или вертикальный подъемник. Производительность карьера по руде 7-5 млн т в год. Применение ЦПТ по руде на постоянном восточном борту карьера более эффективна, чем по южному нерабочему борту с большим количеством конвейеров при малом их наклоне и трассе в виде петли или серпантина.

Для Ковдорского карьера с отметкой дна по проекту минус 605 м (высота бортов 880-900 м) на последнем этапе при доработке карьера дробильное звено и крутонаклонный трубчатый или вертикальный конвейер следует устанавливать на отметке минус 350÷-400 м с углами откоса участка борта 70-80°.

Отстройка нерабочего борта с дифференцированными и крутыми участками на глубоких горизонтах позволит снизить объем вскрыши в карьерах на 200-300 млн м ³ и дополнительно добыть около 120-140 млн т руды открытым способом при меньшей себестоимости руды и меньших ее потерях.

Источники информации

1. Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. М.: Недра. - 1974. - 233 с.

2. Картавый А.Н. Перспективы применения крутонаклонных конвейеров с прижимной лентой при ЦПТ. // Горный журнал. - 2003. - № 6. - С.52-55.

3. Патент РФ 2310754 С2. Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых и устройство для его осуществления. Опубл. 20.11.2007. - Бюл. 32 (прототип).