Способ выемки приоткосных запасов полезных ископаемых

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. В основу изобретения положена задача повышения устойчивости, безопасности и эффективности работ и полноты выемки полезных ископаемых из недр в условиях площадных ограничений по поверхности карьера при отстройке борта. Задача решена тем, что взорванные в борту полезные ископаемые отрабатывают до определяемой по аналитической зависимости границы, после чего засыпают пустыми породами оставшуюся часть взорванных полезных ископаемых и тем самым восстанавливают бермы и затем повторяют операции на участках карьера. Приведена аналитическая зависимость определения границы отработки взорванных полезных ископаемых. 6 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен борт карьера, содержащий откосы и площадки уступов, обеспечивающий сокращение вскрышных работ при сохранении величины коэффициента устойчивости и положения верхней бровки борта за счет циссоидального его профиля [1] Недостатком конструкции борта карьера является необходимость оставления на нижних горизонтах карьера, в окрестностях его дна, полезных ископаемых между циссоидальным и результирующим плоским профилем в случае необходимости сохранения положения верхней бровки плоского борта неизменным (невозможности удаления ее от карьера, например, из-за близкости шахтного ствола и т.п.), что обусловливает потери части полезных ископаемых в недрах.

Наиболее близким техническим решением является способ открытой разработки полезных ископаемых, включающий отработку карьера до проектного дна, фоpмиpование съездов по конечному контуру, отсыпку контpфоpса на дно с присыпкой борта, отсыпку насыпи на контрфорс по контуру отрабатываемого участка и формирование на ней временного съезда, соединяющего рабочую площадку на контрфорсе с постоянным съездом, отработку полезного ископаемого [2] Однако данный способ имеет следующие недостатки: 1. В пределах первоначального контрфорса, отсыпаемого на дно карьера с присыпкой борта, в нижней его части не исключена засыпка породами и потеря в недрах полезного ископаемого.

2. Предварительная отработка руды в пределах первоначального контрфорса до его отсыпки в нижней части борта, отстроенного при ограничениях площади карьера на поверхности с небольшим коэффициентом устойчивости, например, К_у 1,3, опасная из-за ослабления борта из-за подработки и сужения вышележащих предохранительных берм против нормативных значений.

3. Не в полной мере используется возможность сокращения объемов вскрышных работ и увеличения общей устойчивости борта для выемки полезных ископаемых в нижней его части.

Целью изобретения является повышение устойчивости, безопасности и эффективности работ и полноты выемки полезных ископаемых из недр в условиях площадных ограничений на поверхности карьера при отстройке борта.

Это решается тем, что согласно способу выемки приоткосных запасов полезных ископаемых, включающему отработку карьера до проектного дна, формирование съездов по конечному контуру, отсыпку контрфорса на дно с присыпкой борта, отсыпку насыпи на контрфорс по контуру отрабатываемого участка и формирование на насыпи временного съезда, соединяющего рабочую площадку на контрфорсе с постоянным съездом, отработку полезного ископаемого, взорванные в борту полезные ископаемые отрабатывают до границы, определяемой из выражения: R ≥ h+hctgβ- +(h-h_н)·(ctgα_p-ctgα), где R горизонтальное расстояние между тальвегом примыкания горной массы к результирующему откосу уступа после взрывания и нижней бровкой ее откоса на дне карьера после частичной отработки в безопасных пределах, м; h и h_н соответственно высота конструктивного уступа и тальвега примыкания навала горной массы к борту относительно дна карьера, м; β угол естественного откоса горной массы, градус; α _р и α соответственно, результирующие углы фактического и принимаемого откоса после взрывания целика, градус; после чего засыпают пустыми породами оставшуюся часть взорванных полезных ископаемых и тем самым восстанавливают бермы и затем повторяют операции на участках карьера.

Предлагаемый способ отличается от известных последовательностью операций и характеризующими способ параметрами, представленными в виде математического выражения. Эти признаки отсутствуют в известных решениях и обеспечивают получение технического эффекта решение поставленных задач. Предлагаемый способ обладает свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных решений, что позволяет признать его отвечающим критериям "новизна" и "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена схема борта карьера с призмами упора и активного давления; на фиг. 2 узел А на фиг.1 с нанесением скважин и навалов пород и полезного ископаемого при сложном его залегании в массиве; на фиг.3 схема для вывода аналитических зависимостей; на фиг.4 узел А на фиг.1 при простом залегании ископаемого; на фиг.5 то же после частичной отработки ископаемого; на фиг.6 то же, после отсыпки пород и восстановления берм.

Способ осуществляется следующим образом.

В условиях, когда проектный контур 1 реконструкции карьера не обеспечивает достаточной устойчивости борта высотой Н (фиг.1), требующейся для выемки руды за пределами ранее отработанного до проектного дна карьера с формированием съездов по конечному контуру (на фиг. не показаны), и его нельзя уположить отработкой дополнительных объемов вскрыши (нельзя перенести верхнюю бровку борта из точки р в направлении в точке 0 вглубь массива в силу, например, близости к борту мощных отвалов, зданий и сооружений на поверхности карьера, стволов шахт и т.п.), борт при реконструкции карьера отстраивают по контуру 2, сокращающему вскрышные работы в объеме призмы abcde и объемы добычи в контурах cdec.

Положение контура 2 (фиг.1) определяют в зависимости от величины: необходимого приращения коэффициента устойчивости борта; увеличения автоматического эффекта открытой отработки полезного ископаемого (например, от изменения коэффициентов вскрыши и погашения горно-подготовительных работ, временных факторов экономии затрат на вскрышу и ценности вынимаемой руды и т.п. ). При этом призму упора mdenkm возможной призмы обрушения opadenkro увеличивают объемом gcdefmg прикарьерного массива, большим объема abgma, увеличивающего призму активного давления opmkro, и неравенством приращений призм упора и активного давления обеспечивают увеличение устойчивости борта 1 карьера. При этом, с целью повышения эффективности отработки карьера, объемы названных призм стремятся увеличить в пределах, допускаемых общей и местной устойчивостью борта и требования правил техники безопасности работ (ПТБ). При необходимости, для обеспечения устойчивости борта, приращение призмы активного давления уменьшают до нуля.

После этого с бермы 3 (фиг.1) (транспортной или предохранительной), необходимую для размещения оборудования ширину которой обеспечивают при отстройке, бурят и заряжают скважины и взрывают оставшуюся в борту часть 4 полезного ископаемого (ПИ). ПИ взрывают способами, обеспечивающими максимальное перемещение их взрывом, например, порядным короткозамедленным взрыванием. Для уменьшения разубоживания ПИ и сокращения затрат на взрывные работы заряды взрывчатых веществ в скважинах размещают в пределах ПИ, а породы над висячим боком ПИ отбивают от массива взрыванием слабого (например, рассредоточенного) заряда в последнем ряду 5 скважин, без дробления крупных кусков 6 (фиг.2).

Затем отрабатывают до дна 7 карьера объем tvst навала взорванного ПИ.

Работы выполняют таким образом, чтобы, как показано на схемах (фиг.1-6), результирующий угол α нового уступа, образованного взрывом между навалом горной массы и вышележащей бермой не превышал регламентируемой правилами безопасности работ величины, например, 80^о; и точка d₁ тальвега примыкания навала горной массы к новому, образованному взрывом с результирующим откосом α отстояла от точки S нижней бровки откоса навала горной массы после отработки части его объема в пределах безопасности работ на горизонтальном расстоянии R ≥ Б + h_н ˙ ctg β, (1) где R горизонтальное расстояние между тальвегом примыкания к результирующему откосу уступа горной массы и нижней бровкой ее откоса на дне карьера после частичной отработки в безопасных пределах, м;
Б горизонтальная ширина бермы навала горной массы на уровне тальвега ее примыкания к борту, м;
h_н высота тальвега примыкания навала горной массы к борту относительно дна карьера, м;
β угол естественного откоса навала горной массы, градус.

Поскольку по ПТБ
Б≥ 1/3 (h h_н), (2) где h высота конструктивного уступа, м, совместным решением (1) и (2) получим:
R≥ 1/3 h + hн (ctgβ 1/3).

В случае образования в результате взрыва нового откоса с углом большим регламентируемого правилами безопасного ведения работ, например, с углом 81-100^о и более, принимаемый результирующий угол α _pустанавливают перемещением точки d₁ по линии d₁U (фиг.3) и от нового ее положения, например, в точке d₂ устанавливают необходимую ширину бермы Б₁ Б, учитываемую в (1) и (3). Таким образом, фактическая ширина бермы увеличивается на величину Δ R горизонтальное расстояние между точкой d₁ и точкой d₂, рассматривается конфигурация откоса cd₁c₁d₂, и пределом безопасного производства работ при выемке ПИ становится линия U₁S₁.

Согласно схеме на фиг.3
Δ R (h h_н) (ctg α _p ctg α), (4) где Δ R горизонтальное расстояние между нижними бровками фактического и принимаемого результирующего откоса на высоте тальвега примыкания навала ПИ к борту, м. В случае совпадения названных результирующих откосов (при α _р α), Δ R= 0;
α _p и α соответственно результирующие углы фактического и принимаемого образованного взрывом нового откоса, градус.

В общем виде, с учетом (4)
R ≥ 1/3h+hctgβ-1/3+(h-h_н)·(ctgα_p-ctgα), (5)
По выражению (5) определяют границы безопасного производства выемочно-погрузочных работ при добыче ПИ и по их достижению названные работы прекращают. Например, согласно схеме на фиг.3, h=36 м, h_н 10 м; β 40^о, α_p= 67^о, α 80^о. Подставив эти значения в выражение (5), по- лучим R 40 м, т.е. отработку взорванной горной массы прекращают на горизонтальном расстоянии нижней бровки ее откоса от тальвега примыкания к прикарьерному массиву 40 м.

Выражение (5) является необходимым условием решения поставленных задач, поскольку ее невыполнение ведет к нарушению условий безопасности работ.

По завершению описанных работ на уровне бывшей бермы 3 формируют берму ll₁ (фиг.2-6) посредством отсыпки пустых пород 87 на оставшуюся часть взорванных ПИ d₁tsedd₁ и на дно 7 карьера по контуру отрабатываемого участка. При этом берму ll₁ либо восстанавливают насыпными породами по ширине до бывших размеров в целике бермы 3 (фиг.3, 4 и 6), либо расширяют на величину D (фиг.2) для дальнейшего ее использования в качестве временного или постоянного съезда при отработке ПИ на других бортах карьера по описанному способу, на которых описанные операции повторяют. Формирование насыпными породами бермы ll₁осуществляют с участков бортов, на которых ПИ в пределах cl₁ не взорваны, т. е. имеется сформированная в процессе отстройки борта по контуру 2 берма 3 и таким образом съездом на насыпи соединяют рабочую площадку ll₁ на контрфорсе с постоянным заездом на целике пород. При формировании бермы ll₁ используют ее часть l_c, оставшуюся в целике от бермы 3 (на откос cd₁ массива и на оставшуюся часть d₁tsedd₁ навала ПИ отсыпают призму cd₁tszl₁c пород 8). Отсыпку бермы ведут вдоль борта, с фронтом отвалообразования вкрест и квазиперпендикулярно к нему.

Аналогично описанному по данному способу взрывным перемещением подготавливают к выемке ПИ более чем одного конструктивных уступов, в зависимости от горно-геологических условий их залегания. При этом, например, в процессе отстройки борта к контуру 2 сначала формируют две или несколько берм (или рабочих площадок) необходимой для размещения оборудования ширины, затем обуривают с них ПИ в борту и взрывают либо поочередно с каждой бермы участками снизу-вверх, либо совместно с использованием пиротехнических реле. Высоту нового, например, объединенного откоса принимают по условиям устойчивости борта с учетом времени его службы. После отработки перемещенной взрывом части ПИ на уровне существовавших в целике формируют насыпные бермы и используют их для производства работ на других участках.

Преимущества способа и его технический эффект заключаются:
1) в сокращении вскрышных работ в объеме призм abgcefma (фиг.1) и defd;
2) в увеличении общей устойчивости борта и безопасности работ на нижних горизонтах реконструкции карьера за счет приращения большими объемами gefmg призмы упора mdenkm и меньшими объемами abgma и призмы активного давления opmkro;
3) в увеличении полноты выемки ПИ из недр, поскольку по предложенному способу отрабатывают часть tvst (фиг.2 и 4) взорванного объема 4 ПИ, тогда как по известным способам, в силу недостаточной устойчивости борта в положении 1, объем 4 ПИ не может быть отработан.

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫЕМКИ ПРИОТКОСНЫХ ЗАПАСОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающих отработку карьера до проектного дна, формирование съездов по конечному контуру, отсыпку контрфорса на дно с присыпкой борта, отсыпку насыпи на контрфорс по контуру отрабатываемого участка и формирование на ней временного съезда, соединяющего рабочую площадку на контрфорсе с постоянным съездом, отработку полезного ископаемого, отличающийся тем, что взорванные в борту полезные ископаемые отрабатывают до границы, определяемой из выражения

где R - горизонтальное расстояние между тальвегом примыкания горной массы к результирующему откосу уступа после взрывания и нижней бровкой ее откоса на дне карьера после частичной отработки в безопасных пределах, м;
h и h_н - соответственно высота конструктивного уступа и тальвега примыкания навала горной массы к борту относительно дна карьера, м;
β - угол естественного откоса горной массы, градус;
a_p и α - соответственно результирующие углы фактического и принимаемого откоса после взрывания целика, градус,
после чего засыпают пустыми породами оставшуюся часть взорванных полезных ископаемых и тем самым восстанавливают бермы и затем повторяют операции на участках карьера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6