Способ открытой разработки крутопадающих рудных тел

 

Изобретение относится к горной промышленности. Целью изобретения является добыча руды, расположенная ниже проектной отметки дна карьера. Это достигается определением новой границы дна карьера с сохранением устойчивости бортов карьера. Сущность изобретения заключается в том, что ведут погоризонтную выемку вскрышных пород и полезного ископаемого. При подходе к предельному контуру используют метод предварительного щелеобразования. Добычу руды, расположенную за контуром карьера, ведут после уточнения размеров элементарных структурных блоков по предлагаемой зависимости, определения среднего по глубине карьера размера элементарного структурного блока и соответствующего ему сцепления в массиве и формирования рабочего борта в новых границах разработки. Формирование рабочего борта производят бурением вертикальных скважин основным технологическим оборудованием. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений с крутопадающим рудным телом открытым способом при выемке законтурных запасов под дном карьера и в его бортах.

Известен способ отработки крутопадающих залежей очередями, при котором на каждом этапе углубки карьера производится разнос его бортов, при этом углы их погашения на каждом последующем этапе принимаются более пологими по сравнению с предыдущим [1] Недостатком этого способа является увеличение граничного коэффициента вскрыши от этапа к этапу и снижение производительности карьера в период начала и завершения отработки каждого этапа.

Известен способ отработки, при котором расчет устойчивости бортов, сложенных изотропными породами, производится сразу на конечную глубину карьера по схеме V методических указаний ВНИМИ, когда угол погашения борта определяется по графику плоских откосов, эти же схемы используются при расчете угла погашения борта висячего бока крутопадающих залежей. При этом методе расчет угла погашения борта производится по известным значениям объемного веса пород, угла внутреннего трения и сцепления в массиве. В свою очередь сцепление в массиве определяется на основании данных о величинах сцепления по трещинам и в образце, а также размеров и формы элементарных структурных блоков и глубины карьера. Значения размеров элементарных структурных блоков принимается на основании массовых замеров параметров трещиноватости [2] Недостатком этого способа является то, что еще на стадии проектирования в расчеты включают размеры элементарных структурных блоков, определенных на стадии геологоразведочных работ, несмотря на то, что размер блоков для большинства рудных карьеров с увеличением глубины возрастает, следовательно, увеличивается и сцепление в массиве. Недоучет увеличения сцепления за счет изменения размеров блоков при определении углов погашения бортов карьера ведет к занижению глубины карьера или увеличению объемов вскрыши в его контуре.

Изобретение решает задачу углубки существующих карьеров с целью извлечения всех или части законтурных запасов под дном карьера и в его бортах за счет увеличения угла погашения борта со стороны висячего бока залежи.

Достигается это тем, что в способе открытой разработки крутопадающих рудных тел, включающем погоризонтную выемку вскрышных пород и полезного ископаемого с применением буровзрывных работ и метода предварительного щелеобразования при постановке бортов в предельное положение, добычу руды, расположенную за контуром карьера под его дном и в бортах на последнем этапе доработки, ведут за счет изменения углов погашения бортов карьера, для чего по глубине уточняют размер элементарных структурных блоков породного массива, слагающего висячий бок и торцевые части карьера, по формуле: l_н l_o [1 b exp (-cH_i)] (1) где l_н размер элементарных структурных блоков на глубине карьера H_i; b и с эмпирические коэффициенты, определяемые экспериментально, равные 0,7-0,9 и 0,04-0,08 соответственно; l_o размер структурных блоков на глубине, превышающей мощность зоны разгрузки (Н ≥ 500 м); exp(cH_i) e^-cHi экспонента; е основание натурального логарифма; H_i рассматриваемая глубина карьера.

Затем определяют средний (по глубине карьера) размер элементарных структурных блоков и соответствующее ему сцепление в массиве, после чего определяют максимальную глубину карьера и соответствующий ей угол погашения борта по фактору устойчивости. После этого производят корректировку контура карьера в зоне углубки, затем в его новых границах формируют рабочий борт путем бурения вертикальных скважин основным технологическим оборудованием и дорабатывают карьер.

На чертеже представлены: крутопадающая залежь; висячий и лежачий бок залежи; углы погашения висячего и лежачего боков залежи; глубина карьера.

Увеличение угла погашения 1 со стороны висячего бока залежи по сравнению с принятым в проекте 2 происходит за счет увеличения размеров элементарных структурных блоков. Эта закономерность характерна для большинства рудных месторождений.

Со стороны висячего бока залежи 4, где отсутствуют крупные поверхности ослабления, падающие в сторону выемки, устойчивая высота откоса 3 при заданном угле его погашения 1 может быть определена по графику плоских откосов или рассчитана по формуле H (2) где H90 ctg (3)
γ, С_м и ϕ соответственно объемный вес, сцепление и угол внутреннего трения породного массива.

Значениe угла внутреннего трения определяется по результатам лабораторных испытаний с достаточно высокой точностью, значение сцепления в массиве определяется по эмпирической формуле:
C_м= Cʹ+ λ C_к= (4) где C' сцепление между поверхностями трещин (C' ≅ 0,05 МПа);
С_к сцепление породы в образце (для скальных пород обычно 10 ≅ С_к≅ 30 МПа);
а коэффициент;
l_ср. средний размер элементарных структурных блоков пород, слагающий законтурный массив;
λ
Прочность и размер блоков возрастает с глубиной отработки месторождения, причем интенсивность этого роста определяется, прежде всего, генетическим типом месторождения и пострудной тектонической историей развития района.

Размер элементарного структурного блока на любой глубине разработки месторождения определяется по формуле (1).

Одновременно с определением значений сцепления, среднее значение размеров блоков, слагающих борт, определяется по формуле:
l_ср.= где l₁, l₂, l_n и H₁, H₂, H_n размеры блоков и соответствующие им глубины разработки.

Задаваясь несколькими значениями глубин карьера и определяя для каждой из них среднее значение блока, находятся соответствующие им значения сцепления массива, затем используя график плоских откосов или формулы (1) и (2), составляется ряд пар, состоящих из высоты борта и его угла погашения по фактору устойчивости.

По этим параметрам строится график предельных по устойчивости углов погашения бортов для висячего бока залежи и торцевых участков карьера, после чего выбирается оптимальный вариант углубки карьера на основании сопоставления проектного и максимального (для выбранного варианта углубки) углов погашения борта.

Поскольку углубка карьера с целью выемки законтурных запасов начинается в период, когда большая часть борта уже погашена, то для обеспечения выемки законтурных запасов угол погашения борта обычно увеличивают, начиная с первого непогашенного горизонта. При этом для увеличения угла погашения борта используется специальная технология формирования борта с заоткоской уступов предварительным щелеобразованием. Это обеспечивает возможность увеличения угла наклона борта.

П р и м е р. Для условий Центрального карьера Ждановского месторождения на основании изучения трещиноватости по двум вскрытым уступам институтом ВНИМИ в 1960 году были получены следующие данные: l_ср. 0,4 м; λ 0,025 для Н 270 м, откуда (при l 0,4 м const) для Н 400 м и Н 500 м находятся значения λ, которые соответственно равны (при а 7): 0,021 и 0,020. Углы погашения бортов согласно графику плоских откосов при С_к 29 МПа; λ 30^о; γ= 3,0 тс/м³ и вышеприведенным значение λ для Н 270, 400 и 500 м соответственно равны 66; 50 и 46^о.

Средний размер блока с соответствующей ему глубиной определяется по формуле:
l_н 2,00 [1 0,90 exp (-0,048Н)] и соответственно для глубины Н 270, 400 и 500 м равен: 1,95, 1,98 и 2,00 м. При тех же значениях С_к и а, что и в предыдущих расчетах находим значения λ, соответствующие высоте борта Н равной 270, 400 и 500 м: 0,028; 0,026 и 0,025.

Соответствующие им углы погашения бортов при Н 270; 400 и 500 м будут равны: 70, 54, 50^о, т.е. в нашем случае общий угол погашения борта можно увеличить на 4^о, что позволяет увеличить глубину карьера без разноса его бортов с 400 м до 462 м. Возможен также вариант углубки карьера до 577 м при угле погашения 50^о.

Формула изобретения

СПОСОБ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ РУДНЫХ ТЕЛ, включающий погоризонтную выемку вскрышных пород и полезного ископаемого с применением буровзрывных работ и метода предварительного щелеобразования при постановке бортов в предельное положение, отличающийся тем, что добычу руды, расположенную за контуром карьера под его дном и в бортах, на последнем этапе доработки, извлекают за счет изменения границ карьера, для чего уточняют изменение размеров элементарных структурных блоков породного массива, слагающего висячий бок и торцевые части карьера с глубиной по формуле
l_h = l_o[1 - b_exp(- cH_i)],
где l_h - размер элементарных структурных блоков на глубине карьера H_i;
b и c - эмпирические коэффициенты, определяемые экспериментально, 0,7 - 0,9 и 0,04 - 0,08 соответственно;
l_o - размер структурных блоков на глубине, превышающей мощность зоны разгрузки (Н > 500 м);
exp(-cH_i - экспонента;
H_i - рассматриваемая глубина карьера,
затем определяют средний по глубине карьера размер элементарных структурных блоков и соответствующее ему сцепление в массиве, после чего определяют максимальную глубину карьера и соответствующий ей угол погашения борта по фактору устойчивости, причем производят корректировку контура карьера, затем в границах нового контура формируют рабочий борт путем бурения вертикальных скважин основным технологическим оборудованием и дорабатывают карьер.

РИСУНКИ

Рисунок 1