Способ доработки карьеров

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. В основу изобретения положена задача увеличения объемов выемки полезных ископаемых из недp, устойчивости бортов и безопасности работ в карьере при уменьшении объемов вскрыши и затрат на добычу полезных ископаемых. Задача решена тем, что после отстройки борта по измененному относительно проекта контуру до промежуточного дна карьера, скважины в пределах полезного ископаемого бурят и взрывают на глубину, обеспечивающую его выемку за пределами проектного дна. Приведена аналитическая зависимость определения глубины бурения скважин в полезных ископаемых, вынимаемых за пределами проектного дна карьера. 4 ил.

Известен способ доработки карьера, включающий расширение его бортов и отстройку проектных контуров по граничному коэффициенту вскрыши [1] Недостатком способа является необеспечение экономический целесообразности открытой отработки полезных ископаемых (ПИ) за пределами проектного дна карьера и уменьшения тем самым среднего промышленного и контурного коэффициента вскрыши (повышения эффективности работ).

Наиболее близким техническим решением является способ доработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых в карьере, включающий бурение скважин глубиной, превышающей проектную глубину конечной в карьере выработки траншеи, отработку массива в контура выработки траншеи и транспортирование горной массы [2] Однако данный способ имеет следующие недостатки.

1. Отстройка бортов карьера выше траншеи (конечной для карьера выработки в массиве) осуществляется по проектным контурам, без оставления на нем объемов вскрышных пород и увеличения общей устойчивости бортов этими объемами, что не позволяет повысить эффективность и безопасность горных работ в карьере.

2. Укрепление бортов траншеи (выработки) сваями и монтаж козловых кранов обусловливает значительный расход материалов, затраты средств и времени. Последнее увеличивает срок службы бортов и тем самым снижает их устойчивость и безопасность работ в карьере.

3. Не исключена возможность разрушения крепи откосов траншеи (выработки) при взрывании массива в ее контурах. Кроме того, сопротивление свай и их соединений разрушению не всегда сопоставимо с напряжениями, развивающимися в приоткосной зоне дна карьера (в зоне расположения траншеи нижней, конечной выработки в картере), особенно глубокого. В этих случаях увеличение предельно-допустимой глубины траншеи (выработки) и выемка полезных ископаемых за пределами проектного дна карьера становятся опасными в силу недостаточной устойчивости бортов.

В основу изобретения положена задача увеличения объемов выемки полезных ископаемых из недр, устойчивости бортов и безопасности работ в карьере при уменьшении объемов вскрыши и затрат на добычу полезных ископаемых.

Задача решена тем, что согласно способу доработки карьеров, включающему бурение скважин глубиной, превышающей проектную глубину выработки, отработку массива в контурах выработки и транспортирование горной массы, после отстройки борта по измененному относительно проекта контуру до промежуточного дна карьера, скважины в пределах ПИ бурят и взрывают на глубину, определяемую из выражения где h_т и h_с соответственно, технически выполнимая и необходимая глубина бурения скважин, м; V_б и V_бр объемы ПИ, оставляемого в бортах карьера соответственно в целике и в разрыхленной массе, на 1 п. м. протяженности борта, м³; Ш горизонтальная мощность отрабатываемых ПИ, м; V_в объем целиков пород, оставляемых на проектном борту, на 1 п. м. протяженности борта, м³; C_в и C_д соответственно себестоимости вскрышных и собственно добычных работ, руб/м³ руб/т;
γ плотность ПИ в целике, т/м³;
Ц цена ПИ, руб/т;
К_р коэффициент разрыхления ПИ;
П превышение уровня промежуточного дна карьера над проектным, м.

Предлагаемый способ отличается от известных характеризующими его параметрами, представленными в виде математического выражения. Этот признак отсутствует в известных решениях и обеспечивает получение технического эффекта решение поставленной задачи. 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 изображен в разрезе обуренный массив в зоне выработки на дне карьера; на фиг. 2 взорванный массив с нанесением контуров первоначальной выемки ПИ; на фиг. 3 то же, после частичной отработки ПИ и бурения контурных скважин; на фиг. 4 конечные контуры отработки.

Способ осуществляется следующим образом. Борт карьера отстраивают по контуру 1 (измененному относительно проектного контура 2) и оставляют на проектном контуре 2 целики 3 пород из расчета пересечения контура 1 с промежуточным дном 4 карьера на контуре 5 ПИ и обеспечения устойчивости борта до последующей полной отработки карьера. При этом уровень промежуточного дна 4 карьера определяют по технической возможности обуривания с него массива принятым оборудованием на глубину, определяемую по нижеприведенному выражению (3), т.е. по возможности обуривания массива скважинами 6 на расчетную глубину ниже проектного дна 7 карьера. После отстройки борта и понижения уровня подземных вод до промежуточного дна 4 карьера, например, до совмещения нижней его бровки с контуром 5 ПИ в точке "a", бурят скважины 6 глубиной, превышающей проектную глубину выработки более чем на глубину перебура, дно которой является дном 7 карьера (фиг. 1). При этом предусматривают оставление в борту целика ПИ "abca", являющегося упором для целиков 3 пород на борту (под целиками 3 пород) и бурят скважины 8 до контура его откоса "ab", другие скважины 6 в пределах ПИ бурят на глубину, например до уровня 9, обеспечивающую выемку ПИ за пределами проектного дна 7, например до уровня 10 (фиг. 1 4). Затем заряжают скважины взрывчатыми веществами и взрывают их, образуя навал 11 разрушенных ПИ (см. фиг. 2), часть ("aegfa" которого в силу разрыхления ПИ, располагается за пределами ПИ, ограниченного в целике уровнями 4 и 9. Эта часть разрушенных ПИ расположена выше уровня подземных вод (выше дна 4 карьера) и за счет вовлечения внепроектных запасов превышает обычный для проходки выработок объема навала выше дна карьера и ее отрабатывают без производства дополнительных работ по понижению уровня подземных вод и тем самым повторно формируют (теперь уже в разрушенной горной массе, в отличие от первоначального формирования в целике) промежуточное дно 4 карьера.

После этого, например, с бермы 12 бурят контурные скважины 13 отрезной щели между уровнями 4 и 7 и, например, в их створе бурят водопонизительные скважины 14, часть которых показана в пределах уровней 4 10 и глубже (см. фиг. 3). Затем, с предварительным водопонижением, отрабатывают массив ПИ и пустых пород в контурах "abdea" выработки до проектного дна 7 карьера и транспортируют горную массу на поверхность карьера (ПИ) и в выработанное пространство (породы). За счет разрыхления массива, при отработке разрыхленных ПИ до проектного дна 7 карьера, фактически отрабатывают залегавшие за пределами проектного дна 7 ПИ, т. е. оставляемые в недрах объемы разрыхленных ПИ между уровнями 7 и 9 в "Kp" (где Kp коэффициент разрыхления ПИ) раз меньше объемов ПИ, залегавших между этими уровнями в целике, оставляемом по проекту в недрах. Иными словами, отработка до проектного дна 7 разрыхленных в пределах уровней (горизонтов) 4 9 ПИ соответствует по объемам отработке ПИ в целике до уровня, например, 10.

Исходя из этого, экономически оправданный объем выемки ПИ за пределами проектного дна 7 можно определить графо-аналитически по следующему выражению:

где V_б, V_бр и V_∂ объемы ПИ на 1 п.м. протяженности борта, соответственно оставляемого в бортах, в целике и в разрыхленной массе, и разрыхленного, вынимаемого за пределами проектного дна карьера (определяются графо-аналитически), м³;
γ плотность ПИ в целике, т/м³;
Ц и Сд соответственно, цена и себестоимость собственно добычи ПИ, руб/т;
Vв и Св соответственно определяемый графо-аналитически объем оставляемых на 1 п. м. по протяженности проектного борта целиков пород и себестоимость вскрышных работ, м³, руб/м³;
Кр средний коэффициент разрыхления ПИ.

Преобразуя (1), получим аналитическую зависимость

Исходя из (2), глубину бурения скважин 6 в пределах 5 ПИ, обеспечивающую экономически оправданный объем выемки ПИ за пределами проектного дна 7, можно определить по следующему выражению

где h_т и h_с соответственно технически выполнимая и необходимая глубина бурения скважин, м;
Ш горизонтальная мощность отрабатываемых ПИ, м;
П превышение высотной отметки (уровня) промежуточного дна 4 карьера над его проектным дном, м.

Например, в условиях: V_б=50 м³, V_в=666,5 м³, V_бр=120 м³; γ 3 т/м³, Кр= 1,3; Ц 100000 руб/т; С_д=1200 руб/т, С_в 1000 руб/м³, согласно схеме на фиг. 1, сообразно (2) получим:

Исходя из этого объема, согласно схеме на фиг. 1 горизонтальная мощность "Ш" отрабатываемых ПИ, выраженная длиной отрезка "bd", равного 58 м, предполагает расположение уровня 10 на глубине, большей или равной . Соответственно вертикальная мощность ПИ между уровнями 7 и 9, т.е. глубина бурения и взрывания скважин ниже проектного дна 7 должна быть большей или равной 3,14 м. Соответственно с учетом превышения "П" высотных отметок промежуточного дна 4 карьера над его проектным дном 7, равного 20 м, глубина бурения и взрывания скважин от промежуточного дна 4 должна быть не менее 23,14 м. Полученная глубина скважин 23,14 м соответствует случаю, когда оставление в борту целиков 3 пород с целью повышения его устойчивости и обеспечения безопасности работ ниже промежуточного дна 4 карьера и оставление для этого в борту целика "abca" ПИ и оставление разрушенных ПИ в призме "edke" не является убыточным за счет вовлечения в добычу запасов ПИ, расположенных ниже проектного дна 7 и поднятых на его уровень с нижележащих до глубины 3,14 м горизонтов за счет разрыхления массива ПИ взрывом.

Бурение и взрывание скважин на большую, чем 23,14 м глубину обеспечит выемку дополнительных объемов ПИ, поднятых разрыхлением на высоту, большую чем 3,14 м, т.е. поднятых с больших, чем 3,14 м глубин на уровень проектного дна 7 и выше и соответственно обеспечит получение дополнительной прибыли в процессе доработки карьера, относительно существующих способов.

Изложенное показывает, что параметры работ, представленные аналитической зависимостью (3), являются необходимым условием решения поставленной в заявляемом техническом решении задачи.

Возможны случаи, когда после отработки ПИ в контурах "abdea", заряжают взрывчатыми веществами контурные скважины 13, взрывают заряды, изменяют схему водоотлива и затем отрабатывают разрыхленные ПИ призмы "edke" до проектного дна 7 карьера. При этом породы призмы "ekme" транспортируют и размещают в выработанном пространстве траншеи на проектном дне 7 карьера. В этом случае V_бр 0 и по выражению (2) в описанном примере V_∂≥62,1 м³ и при горизонтальной мощности отрабатываемого ПИ, равной 70 м, минимально допустимая глубина расположения уровня 10 относительно проектного дна 7 составит 62,1 м³/м 70 м 0,9 м, соответственно глубина бурения скважин должна быть не менее 0,9 м и ее увеличение при прочих равных условиях обеспечивает получение дополнительной прибыли по сравнению с известными способами.

Аналогичным образом учитывается и случай отработки целика ПИ в контурах "abca" и другие возможные варианты временного и постоянного оставления ПИ в целиках и навалах, отличные от представленных на фиг. 1 4, например, с последующим замещением ПИ породами.

Таким образом, выражение (2) приемлемо для определения глубины бурения и взрывания скважин во всех ситуациях и обеспечивает определение границ вскрышных (на борту) и добычных (на дне карьера) работ.

Преимущества способа и его технический эффект заключаются:
1) в сокращении объемов вскрышных работ и в повышении общей устойчивости борта карьера и тем самым безопасности его доработки за счет оставления целиком 3 пород между измененным 1 и проектным контурами;
2) в увеличении объемов выемки ПИ из недр за счет превышения поднимаемых разрыхлением объемов ПИ между уровнями 7 и 10 над оставляемыми в борту в целике "abca" (в случае отработки целиков обеспечивается дополнительное увеличение полноты и эффективности);
3) в удешевлении доработки карьеров вследствие увеличения отрабатываемых в призме "afgea" объемов ПИ без дополнительных работ по водоснабжению за счет приращения располагаемых ПИ выше уровня 4 подземных вод взрыванием ПИ, расположенных ниже уровня 7;
4) в исключении затрат материалов, труда и времени на укрепление откосов выработки для увеличения ее глубины относительно проектной, поскольку объемы ПИ, заключенные между уровнями 7 и 10, вынимаются из недp не за счет углубления выработки (увеличения высоты и снижения устойчивости бортов карьера), а за счет поднятия их взрывным разрыхлением выше проектного дна 7, вследствие чего углубления выработки не требуется;
5) в упрощении и ускорении производства работ, что удешевляет их и увеличивает их безопасность за счет сокращения сроков службы бортов и влияния фактора времени на их устойчивость.

Формула изобретения

Способ доработки карьеров, включающий бурение скважин глубиной, превышающей проектную глубину выработки, отработку массива в контурах выработки и транспортирование горной массы, отличающийся тем, что после отстройки борта по измененному относительно проекта контуру до промежуточного дна карьера скважины в пределах ПИ бурят и взрывают на глубину, определяемую из выражения

где h_т и h_с соответственно технически выполнимая и необходимая глубина бурения скважин, м;
V_б; V_бр объемы ПИ, оставляемого в бортах карьера соответственно в целике и в разрыхленной массе на 1 п.м протяженности борта, м³;
Ш горизонтальная мощность отрабатываемых ПИ, м;
V_в объем целиков пород, оставляемых на проектном борту, на 1 п.м протяженности борта, м³;
C_в и C_д соответственно себестоимости вскрышных и собственно добычных работ, руб/м³, руб/т;
γ плотность ПИ в целике, м³/т;
Ц цена ПИ, руб/т;
К_р коэффициент разрыхления ПИ;
П превышение уровня промежуточного дна карьера над проектным, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4