Способ вскрытия рабочих горизонтов карьеров

 

Область использования: горнодобывающая промышленность, разработка месторождений полезных ископаемых в карьерах. При вскрытии рабочих горизонтов карьера крутонаклонной траншеей для железнодорожного или автомобильного транспорта транспортные бермы в борту траншеи формируют с руководящим уклоном, меньшим руководящего уклона дна траншеи. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может найти применение при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ вскрытия карьеров с использованием крутонаклонных железнодорожных выездов, при котором с целью рационального использования крутых уклонов карьер по глубине разделяется на несколько зон, каждая из которых вскрывается независимой траншеей, причем траншея, вскрывающая верхнюю зону, формируется с пологим уклоном (до 40%о), а траншеи, вскрывающие нижние зоны с крутым уклоном (свыше 40%о) (Фесенко С.Л. Обоснование параметров и разработка технических средств железнодорожных транспортных систем с уклонами путей 60%о на глубоких карьерах. Автореферат докторской диссертации. М. Институт проблем комплексного освоения недр АН СССР, 1991, с.15).

Недостатком известного способа является необходимость дублирования вскрывающих выработок, что требует увеличения затрат на выемку и транспортирование дополнительных объемов вскрыши по проходке траншей в период их строительства.

Известен применяющийся на большинстве действующих карьеров способ вскрытия внутренней или внешней траншеи, в борту которой формируют горизонтальные транспортные бермы, соединяющие вскрываемые рабочие горизонты с общим магистральным выездом. Применение этого способа для крутонаклонного вскрытия железнодорожным транспортом осуществлено на Лебединском ГОКе при проходке крутонаклонной (50%о) железнодорожной траншеи (А.Т.Калашников, В.Ф.Щурановский. Применение крутых уклонов при вскрытии карьеров. Горный журнал, 1986, N 9, с.20-22), а для крутонаклонного вскрытия автомобильным транспортом с уклонами до 15%о на ряде карьеров США (Васильев М.В. Вереса Ф.И. и др. Опыт открытой разработки рудных месторождений США. М. Недра, 1981, с.153).

Недостатком способа при использовании его для крутонаклонного вскрытия является нерациональное использование крутых уклонов, с которыми вскрываются как нижние, так и верхние горизонты, так как каждая горизонтальная транспортная берма в борту траншеи независимо от ее местоположения по высоте борта примыкает к крутонаклонному дну траншеи. При этом увеличение затрат на транспортирование горной массы, связанное с эксплуатацией крутых уклонов, имеет место как при транспортировании с нижних горизонтов, так и с верхних, а положительный эффект от использования крутых уклонов проявляется только на нижних горизонтах.

Известен способ формирования транспортных выработок с переменным уклоном, когда под крутым уклоном формируется нижняя часть транспортной выработки. Этот способ реализован на Коркинском, Лебединском, Сарбайском и ряде других карьерах путем проходки отдельных забойных тупиков в нижней зоне карьера с уклоном до 60%о (В.Л.Яковлев, С.Л.Фесенко. Транспорт глубоких карьеров. Горный журнал, 1988, N 12, с.24-27).

Недостатком способа является либо снижение пропускной способности транспортной выработки на ограничивающем крутонаклонном участке при использовании транспортных средств, не рассчитанных на эксплуатацию на крутых уклонах, либо недоиспользование тяговых возможностей транспорта, рассчитанного для эксплуатации на крутых уклонах, при движении его по пологонаклонному участку трассы в любом случае имеет место увеличение затрат на транспортирование горной массы.

Наиболее близким к предлагаемому является способ вскрытия рабочих горизонтов карьеров капитальной траншеей, борта которой формируют в виде наклонных берм, соединяющих вскрываемые рабочие горизонты с поверхностью независимыми транспортными выездами (Шешко Е.В. Ржевский В.В. Основные проектирования карьеров. М. Углетехиздат, 1958, с.232).

При вскрытии карьера крутонаклонной железнодорожной или автомобильной траншеей по прототипу с крутыми уклонами (более 40%о для железнодорожного транспорта и более 80%о для автомобильного транспорта) будут сформированы как дно траншеи, так и наклонные транспортные бермы в ее бортах, т.е. все рабочие горизонты карьера, вскрываемые траншеей, вскрываются крутонаклонными транспортными выработками. Однако при увеличении уклона скорость транспортных средств снижается, соответственно снижается их производительность и пропускная способность транспортных выработок. Для сохранения производительности необходимо увеличить единичную мощность двигателя транспортного средства с соответствующим увеличением потребляемой электроэнергии или топлива, т. е. произвести дополнительные затраты на транспортирование горной массы. При железнодорожном транспорте дополнительные затраты потребуются также на модернизацию тормозных устройств подвижного состава и противоугонных средств верхнего строения путей, на приобретение специального вспомогательного оборудования (путепереукладчики, краны и др.), приспособленного к эксплуатации на крутых уклонах.

Перечисленные дополнительные затраты на транспорт, вызванные увеличением уклонов, окупаются в основном для нижней группы рабочих горизонтов, вскрываемых крутонаклонной траншеей, т.е. для горизонтов, вскрытие которых осуществлено именно за счет крутых уклонов. Для этой нижней группы горизонтов эффект достигается за счет увеличения числа горизонтов, вскрываемых железнодорожным транспортом при соответствующем сокращении зоны действия более дорогого (в 6-8 раз) автомобильного транспорта, сокращения количества внутрикарьерных перегрузочных складов, уменьшения числа станций и постов, снижения общей протяженности железнодорожных путей и контактных сетей (при вскрытии крутонаклонной железнодорожной траншеей); при крутонаклонной автомобильной траншее эффект достигается за счет существенного снижения объемов строительства траншеи (при двубортной траншее) или сокращения дополнительного разноса борта (при однобортной траншее) и сокращения транспортного цикла за счет уменьшения длины транспортной выработки.

Чем выше расположен вскрываемый горизонт, тем меньше эффект от использования крутого уклона. Для самых верхних горизонтов незначительный выигрыш в объемах вскрывающей крутонаклонной выработки в период ее строительства будет полностью перекрыт издержками от крутых уклонов в течение значительно более продолжительного периода ее эксплуатации. Кроме того, на верхних горизонтах, охватываемых железнодорожным транспортом независимо от уклона траншеи, отсутствует эффект замещения железнодорожным транспортом автомобильного.

Таким образом, при вскрытии крутонаклонной траншеей по прототипу всегда имеется группа верхних рабочих горизонтов, вскрытие которых крутонаклонными выработками вызывает увеличение затрат на транспортирование горной массы, что и является недостатком прототипа.

Целью изобретения является снижение затрат на транспортирование горной массы.

Цель достигается тем, что при вскрытии рабочих горизонтов карьеров железнодорожной или автомобильной крутонаклонной траншеей с формированием в борту траншеи транспортных наклонных берм, транспортные наклонные бермы в борту траншеи формируют с руководящим уклоном, меньшим руководящего уклона для траншеи.

На фиг.1 изображена схема траншеи; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Цифрами 1-5 обозначены наклонные транспортные бермы в борту траншеи. Цифрой 6 обозначено дно траншеи. Осевой линией показана ось траншеи по дну, а вертикальной пунктирной линией линия устья траншеи, по которой вскрывающие наклонные выработки 1-6 примыкают к горизонтальным рабочим горизонтам с вертикальными отметками от ±0 до +105 м.

Цель достигается тем, что транспортные наклонные бермы 1-5 в борту траншеи формируют с руководящим уклоном i- Δi, меньшим руководящего уклона для траншеи i на величину, равную Δi при сохранении минимальной общей длины траншеи по дну, требуемой при крутонаклонном вскрытии глубоких горизонтов. Дополнительные затраты на транспорт, связанные с увеличением уклонов, исключаются при транспортировании горной массы с верхней группы горизонтов +45 (+105 м), вскрываемых слабонаклонными бермами 1-5.

Не регламентируется способ формирования вскрывающих выработок для нижней группы горизонтов, находящихся между горизонтом, вскрываемым дном траншеи, и нижним из горизонтов, вскрываемых слабонаклонными бермами. В приведенном на фиг. 1 примере таких горизонтов два: +15 и +30 м, а чем больше величина разности уклонов Δi и чем больше общая глубина траншеи, тем таких горизонтов будет больше. Однако способ их вскрытия не влияет на поставленную цель, так как эти горизонты в пределах траншеи могут быть вскрыты только с крутым уклоном: либо горизонтальными бермами, примыкающими к дну траншеи (фиг.1), либо слабонаклонными бермами, которые также примкнут к дну траншеи, но в более высоких точках (при этом потребуется увеличение разноса бортов траншеи), либо крутонаклонными бермами с примыканием их к слабонаклонной берме 5. В любом варианте часть длины транспортных выработок, размещаемых в борту траншеи для вскрытия горизонтов +15 и +30 м, будет иметь крутонаклонный участок. Возможен также вариант размещения вскрывающих выработок горизонтов +15 и +30 м за пределами траншеи в рабочей зоне карьера (тогда это будут скользящие съезды) или сразу в конечном борту (если один из бортов траншеи проходится по конечному контуру). Если при этом выполнить вскрывающие выработки (съезды) горизонтов +15 и +30 м пологонаклонными и соединить их с пологонаклонной бермой 5 в борту траншеи, то количество горизонтов, вскрываемых с пологим уклоном, будет увеличено, за счет чего может быть получен дополнительный эффект снижения затрат на транспортирование. Однако этот дополнительный эффект может быть получен в конечном итога за счет наличия в борту траншеи пологонаклонных берм, по одной из которых (пятой на фиг.1) и возможно транспортирование горной массы с нижней группы горизонтов. Таким образом поставленная цель снижение затрат на транспортирование достигается по предложенному способу формирования крутонаклонной траншеи независимо от способа вскрытия нижней группы горизонтов, не схватываемых пологонаклонными бермами в пределах траншеи.

Снижение затрат на транспортирование горной массы имеет место при транспортировании горной массы с тех рабочих горизонтов, вскрытие которых осуществлено с меньшим углом наклона транспортных выработок по сравнению с углом наклона дна траншеи и достигается за счет увеличения производительности транспортных средств за счет увеличения скорости движения и (или) снижения мощности двигателя с соответствующим сокращением потребляемой электроэнергии или топлива; увеличения срока эксплуатации транспортных средств, не приспособленных для работы на крутых уклонах; уменьшения тормозных усилий, позволяющего исключить затраты на замену тормозных устройств; уменьшения сдвигающих (угонных) усилий колес на рельсы, позволяющего уменьшить или исключить затраты на дополнительную установку противоугонных устройств; уменьшения износа транспортных средств и верхнего строения железнодорожных путей; снижения объемов по ремонту и обслуживанию транспортных средств; уменьшения потребности в более дорогом вспомогательном оборудовании, предназначенном специально для эксплуатации крутых уклонах (путепереукладчики, краны и др.); возможности сокращения объемов реконструкции системы электроснабжения железнодорожного транспорта при переходе на более высокое напряжение питания контактных сетей, необходимое для эксплуатации крутых уклонов, либо отнесение сроков реконструкции на более поздний период; возможности отнесения дополнительных затрат, связанных с эксплуатацией крутонаклонных вскрывающих выработок, на более поздний период за счет возможности последовательного, начиная с верхних горизонтов, ввода в эксплуатацию слабонаклонных транспортных берм, строящихся сразу в конечном борту траншеи раньше, чем заканчивается проходка крутонаклонного дна траншеи.

Основные признаки предлагаемых способов, как известные, так и новые, являются существенными, так как отсутствие любого из них не дает возможности достигнуть поставленной цели.

Отсутствие признака крутонаклонная траншея приведет к необходимости выполаживания уклонов, используемых в карьере до строительства траншеи. Это приведет к недоиспользованию возможностей имеющегося транспортного оборудования, не предназначенного для эксплуатации на крутых уклонах, и неоправданному увеличению объемов строительства траншеи. Хотя в отдельных случаях некоторый экономический эффект может быть достигнут, его величина будет существенно ниже, чем при использовании крутых уклонов.

Отсутствие признака наклонные транспортные бермы в борту траншеи сделает конструктивно невозможной организацию независимых транспортных выездов с рабочих горизонтов, так как для наклонных транспортных берм существует единственная альтернатива горизонтальные бермы. А при горизонтальных бермах организация транспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью может быть осуществлена только через дно траншеи, т.е. каждая горизонтальная берма примыкает на соответствующей вертикальной отметке к дну траншеи, а не выходит самостоятельно на поверхность, как это имеет место при наклонных бермах. Таким образом при отсутствии наклонных берм транспортный выезд с любого горизонта всегда будет иметь крутонаклонный участок, приходящий по дну траншеи, без возможности выполаживания этого участка, что приведет к принципиальной невозможности достижения поставленной цели.

Признак транспортные наклонные бермы формируют с руководящим уклоном, меньшим руководящего уклона дна траншеи -является основным признаком.

Новизна предлагаемого способа вскрытия рабочих горизонтов карьеров крутонаклонной автомобильной или железнодорожной траншеей с транспортными наклонными бермами в бортах траншеи заключается в размещении в пределах одной и той же траншеи, для одного и того же вида транспорта наклонных транспортных берм с различными руководящими уклонами, постоянными для каждой наклонной бермы на всем ее протяжении от вскрываемого горизонта до поверхности, причем под более крутым уклоном вскрывается нижняя группа рабочих горизонтов, а под менее крутым верхняя группа горизонтов (чем достигается наиболее рациональное использование крутых уклонов) при сокращении общей минимальной длины траншеи (по дну).

Актуальность предложенных способов обусловлена, с одной стороны, объективной необходимостью перехода в ближайшее время на крутонаклонное вскрытие на глубоких карьерах, в особенности тех из них, на которых требуется разнос промежуточных постоянных бортов для обеспечения дальнейшей углубки карьера и, с другой стороны готовностью уже в настоящее время заводов к серийному выпуску отечественного оборудования, специально предназначенного для эксплуатации на крутых уклонах. Накоплен положительный 10-летний опыт эксплуатации крутонаклонных железнодорожных транспортных выработок с уклонами до 60%о на экспериментальных участках ряда глубоких карьеров, таких как Коркинский, Лебединский, Сарбайский и некоторые другие. Наукой доказана целесообразность увеличения железнодорожных уклонов до 160%о, что в 4-8 раз превышает используемые в настоящее время уклоны. Для автотранспорта имеется опыт эксплуатации транспортных выработок с уклонами до 150%о (карьеры США).

Формула изобретения

СПОСОБ ВСКРЫТИЯ РАБОЧИХ ГОРИЗОНТОВ КАРЬЕРОВ, включающий проходку крутонаклонной траншеи для железнодорожного или автомобильного транспорта, формирование в борту траншеи наклонных транспортных берм, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на транспортирование горной массы, транспортные наклонные бермы в борту траншеи формируют с руководящим уклоном, меньшим руководящего уклона дна траншеи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2