Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых

 

Сущность изобретения: строительство глубокого карьера по скальным породам начинают первоначально уступами минимальной высоты для основного бурового и погрузочного оборудования первого этапа эксплуатации, к окончанию строительства карьера высоту части скальных вскрышных уступов со стороны висячего бока залежи увеличвают, например сдваивают. В течение первого этапа эксплуатации до периода выхода верхней бровки рабочего борта на конечный контур карьера по поверхности высоту рабочих вскрышных уступов по скальной вскрышке увеличивают до максимума, который в 2-4 раза больше первоначальной высоты, на завершающем этапе эксплуатации и доработки глубокого карьера высоту рабочих вскрышных уступов постепенно уменьшают до первоначальной. Высоту верхних вскрышных уступов по рыхлым и выветренным породам в течение строительства и эксплуатации оставляют неизменной по условиям устойчивости, а среднюю высоту вскрышного уступа со стороны висячего бока залежи при строительстве и на первом этапе эксплуатации увеличивают до максимума, на втором этапе эксплуатации и при доработке уменьшают до минимума по условиям усреднения текущего коэффициента вскрыши. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам производства открытых горных работ с регулированием текущего коэффициента вскрыши при добыче полезных ископаемых глубокими карьерами, особенно при разработке наклонных и крутопадающих залежей.

В первый период эксплуатации таких карьеров приходится работать с возрастающими значениями текущего коэффициента вскрыши. Максимальный объем вскрыши приходится на период выхода верхней бровки рабочего борта карьера на конечный контур карьера по поверхности со стороны висячего бока залежи. Затем по мере углубки карьера в заданном проектном контуре текущий коэффициент вскрыши начинает резко снижаться.

Известны способы разработки месторождений открытым способом с изменением текущих объемов вскрыши путем изменения угла наклона рабочего борта карьера, например, за счет временно нерабочих участков, сокращения ширины рабочих площадок [1] Наиболее надежным и экономически оправданным способом регулирования углов наклона рабочего борта многие ученые считают повышение высоты уступов в соответствующих пределах. С повышением высоты уступов с 15 до 30-34 м текущий коэффициент вскрыши снижается почти в два раза [2] Способ удобен при ликвидации отставания вскрышных работ, расконсервации бортов, разработке нагорных карьеров. Однако применение его на добычных работах резко увеличивает потери и засорение руды.

К недостаткам технологии открытых горных работ с высокими уступами следует также отнести усложнение технологии производства буровзрывных и погрузочно-транспортных работ, отнесение сроков формования постоянного борта карьера для размещения железнодорожных станций и постов на более поздний период эксплуатации (к началу доработки карьера).

Кроме того разработка карьера высокими уступами в течение слишком длительного периода может привести к переносу значительных объемов вскрышных работ на конец эксплуатации карьера и сделать его доработку нерентабельной.

Известен способ разработки со стабилизацией текущего коэффициента вскрыши путем поэтапной отработки карьера слоями с одним-тремя уступами в каждом слое. По мере достижения промежуточного контура между смежными этапами уступы по меньшей мере сдваивают и формируют промежуточный контур под результирующим углом, равным проектному углу конечного контура карьера.

Основной недостаток этого способа состоит в необходимости постоянной консервации-расконсервации участков рабочего борта карьера, что связано со снижением производительности горно-транспортного оборудования (на 20-50%), сложностью планирования и организацией горных работ на перспективу.

Предлагаемый способ разработки позволяет усреднить и снизить текущий коэффициент вскрыши путем постепенного увеличения скальных вскрышных уступов со стороны висячего бока залежи, начиная со строительства и первого этапа эксплуатации и кончая выходом верхней бровки борта карьера на конечный контур карьера по поверхности. Затем на втором этапе эксплуатации и при доработке карьера высоту рабочих вскрышных уступов по скальным породам со стороны висячего бока начинают постоянно снижать до минимальных значений по условиям усреднения текущего коэффициента вскрыши с учетом параметров экскаваторов, их расстановки, скорости подвигания и длины фронта.

При этом лежачий бок залежи до конечного контура, как и всю залежь полезного ископаемого, отрабатывают уступами минимальной высоты.

Верхние горизонты месторождения, сложенные рыхлыми и выветрелыми породами, отрабатываются уступами с высотой, обусловленной их устойчивостью (как правило, не более 10-15 м).

На чертеже показана схема карьера с выделением различных периодов его эксплуатации, разрез.

Залежь полезного ископаемого 1 разрабатывается открытым способом в пределах конечного контура 2.

Строительство карьера начинается уступами 3 минимальной высоты, допустимой для принятого на первом этапе эксплуатации основного экскаватора.

К окончанию строительства карьера высоту части вскрышных уступов 4 со стороны висячего бока залежи увеличивают, например, за счет сдваивания первоначальных уступов.

На первом этапе эксплуатации карьера до момента выхода верхней бровки борта на конечный контур по поверхности (точка 5) долю высоких вскрышных рабочих уступов увеличивают, высоту отдельных рабочих уступов 6 с учетом устойчивости доводят до 2-4-кратной величины по сравнению с первоначальной.

В результате угол наклона рабочего борта на вскрыше со стороны висячего бока залежи достигает максимального значения за все время эксплуатации карьера.

В конце первого этапа эксплуатации текущий объем вскрыши на карьере обычно достигает максимума. Увеличение высоты рабочих вскрышных уступов позволит снизить годовой объем вскрышных работ почти в два раза, перенести часть вскрышных работ на более поздние периоды эксплуатации карьера.

На втором этапе эксплуатации и при доработке карьера текущий коэффициент вскрыши обычно резко снижается. Чтобы сгладить это падение вскрыши, высоту рабочих вскрышных уступов 7 постепенно снижают до первоначальной величины по скальным породам.

Ширину рабочих площадок за все время строительства и эксплуатации принимают нормативной или минимальной, возможна временная консервация отдельных участков рабочего борта карьера, особенно при длине карьера более 2-3 км, для размещения транспортных коммуникаций, железнодорожных станций и прочего.

Основные зависимости, которые требуют учета при реализации предлагаемого способа для рабочего борта по вскрышным породам висячего бока залежи: h (1) ΔV (ctg ϕ₁- ctg ϕ₂), (2) ϕ arctg , (3) где h высота рабочего уступа, м; Q производительность списочного экскаватора в карьере, м³/год; L_ф средняя длина активного фронта работ на один списочный экскаватор, м; V средняя скорость подвигания активного фронта работ по вскрыше при высоте рабочей зоны Н (м), м/год; ΔV изменение объема текущей вскрыши за счет изменения угла наклона борта с величины ϕ₁ до ϕ₂ (град); м³/год на 1 м фронта;
Ш_pi средняя суммарная ширина рабочих площадок рабочего борта карьера, м;
b_i средняя суммарная ширина берм на рабочем борту карьера, м;
h_i ctg α- средняя суммарная горизонтальная проекция откоса рабочих уступов на рабочем борту карьера, м;
ϕ- угол наклона рабочего борта карьера в общем виде, град.

Предлагаемый способ разработки полнее учитывает особенности распределения объемов вскрышных пород в контурах глубоких карьеров, позволяет выровнять текущий коэффициент вскрыши, начиная со сдачи карьера в эксплуатацию до завершающего этапа разработки.

В результате значительные объемы вскрышных работ по времени выемки перемещаются на завершающий период эксплуатации карьера, снижается потребность в земельных площадях под отвалы на первом этапе эксплуатации карьера (15-20 лет) для крупных карьеров, стабилизируется производство отвалообразования и рекультивация на длительный срок эксплуатации карьера.

Применение только высоких уступов на вскрыше до конца эксплуатации не позволяет стабилизировать объемы текущей вскрыши на глубоких карьерах. Кроме того разработка вскрышных пород высокими уступами связана с усложнением технологии за счет применения специальных методов производства буровзрывных и погрузочно-транспортных работ, более мощного горного оборудования (экскаваторов, буровых станков, автосамосвалов и пр.).

Применение высоких вскрышных уступов на нижних горизонтах при доработке нежелательно также по требованиям устойчивости и необходимости снижения с глубиной сейсмического воздействия буровзрывных работ на погашенные борта карьера.

Поэтому при доработке карьера (10-15 лет) взамен морально и физически устаревшего мощного бурового и погрузочного оборудования и высоких уступов в ряде конкретных случаев целесообразно перейти к менее мощному оборудованию и минимальным (первоначальным) о высоте вскрышным уступам.

Формула изобретения

СПОСОБ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий строительство глубокого карьера, производство вскрыши и добычи рабочими уступами, первый и второй этапы эксплуатации и доработку карьера, отличающийся тем, что строительство глубокого карьера по скальным породам начинают первоначально уступами минимальной высоты для основного бурового и погрузочного оборудования первого этапа эксплуатации, к окончанию строительства карьера высоту части скальных вскрышных уступов со стороны висячего бока залежи увеличивают, например сдваивают, в течение первого этапа эксплуатации до периода выхода верхней бровки рабочего борта на конечный контур карьера по поверхности высоту рабочих вскрышных уступов по скальной вскрыше увеличивают до максимума, который в 2-4 раза больше первоначальной высоты, на завершающем этапе эксплуатации и доработки глубокого карьера высоту рабочих вскрышных уступов постепенно уменьшают до первоначальной, при этом высоту верхних вскрышных уступов по рыхлым и выветренным породам в течение строительства и эксплуатации оставляют неизменной по условиям устойчивости, а среднюю высоту вскрышного уступа со стороны висячего бока залежи при строительстве и на первом этапе эксплуатации увеличивают до максимума, на втором этапе эксплуатации и при доработке уменьшают до минимума по условиям усреднения текущего коэффициента вскрыши.

РИСУНКИ

Рисунок 1