Способ выемки полезных ископаемых из бортов карьеров

 

Использование: горная промышленность, в частности открытая разработка месторождений полезных ископаемых. Задача изобретения - уменьшение объемов, сроков и стоимости вскрышных работ за счет рационального формирования съезда и выработку в борту. Сущность изобретения: съезд в выработку начинают формировать от расчетной высотной отметки существующего на борту съезда и после создания его участка, отрабатывают целик определяемой ширины и дно полутраншеи формируют по ширине в целике и в перемещенных породах целика, а завершают формирование съезда проходной траншеи между полутраншеей и дном выработки в борту; кроме того, приведены аналитические зависимости определения высотной отметки примыкания к существующему съезду, длины участка формируемого съезда и ширины отрабатываемого целика. 3 ил.

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

Известен способ разноса погашенных бортов, включающий отработку и транспортировку пород, этапами по глубине нарезку съезда по целику, выемку полезных ископаемых в борту карьера, отсыпку вскрышных пород в выработанное пространство и погашение борта [1] Недостатком способа является неполное использование выработанного пространства карьера и конструктивных элементов его борта для сокращения объемов вскрышных работ.

Наиболее близким к изобретению является способ реконструкции карьера, включающий отработку пород в бортах карьеров этапами по глубине с использованием существующего съезда, погашение бортов с предохранительными бермами, формирование промежуточного дна, нарезку съезда по целику и соединение его с существующим съездом, отсыпку вскрышных пород в выработанное пространство, отработку и транспортирование полезных ископаемых [2] Недостатками способа, препятствующими уменьшению объемов, сроков и стоимости вскрышных работ, являются: недоиспользование существующих на борту карьера съезда и берм; необеспечение в полной мере уменьшения мощности вскрыши борта на участке формирования съезда в выработку на борту карьера; наличие транспортных берм на борту выработки; недоиспользование возможностей сокращения сроков работ и соответственно их проведения при меньших себестоимостях.

Задача изобретения уменьшение объемов, сроков и стоимости вскрышных работ за счет рационального формирования съезда в выработку в борту.

Задача решается тем, что в способе выемки полезных ископаемых из бортов карьеров, включающем отработку пород в бортах карьеров этапами по глубине с использованием существующего съезда, погашение бортов с предохранительными бермами, формирование промежуточного дна, нарезку съезда по целику и соединение его с существующим съездом, отсыпку вскрышных пород в выработанное пространство, отработку и транспортирование полезных ископаемых, съезд в выработку начинают формировать от высотной отметки существующего на борту съезда, которую определяют по выражению B_с B_д + i · L, где B_с и B_д высотные отметки соответственно съезда на борту карьера и ближней к нему границы проектного дна выработки в борту, м; i и L соответственно средневзвешенный уклон и длина проекции на горизонтальную плоскость проектного съезда от линии его примыкания к съезду на борту до проектного дна выработки, 0/00, м,
и после создания его длиной, которую определяют по выражению:

где L_пi длина проекции на горизонтальную плоскость формируемого съезда до i-го поперечного сечения, м;
K_i коэффициент изменения объема пород, учитывающий их разрыхление и разброс при взрывании в i-ом поперечном сечении;
Ш_i ширина формируемого съезда в i-ом сечении, м;
h_yi высота уступа до разработки в i-ом сечении, м;
B_i и a_i угловые коэффициенты

где β_i, α_i, δ_i и ω_i результирующие углы откосов соответственно насыпных пород, уступа до разработки борта полутраншеи и отрабатываемой части уступа в i-ом сечении, градус;
i_ni средневзвешенный уклон съезда до i-го поперечного сечения;
Δh_i разность уровней площадки примыкания формируемого съезда к существующему и верхней бровки разрабатываемого уступа в i-том сечении, м;
(в формуле в сдвоенном знаке "±Δh_i" верхний знак соответствует превышению, нижний понижению верхней бровки уступа относительно площадки примыкания съездов),
целик отрабатывают шириной по верху, определяемой по выражению:
Ш_Bi 2h_i · a_i + Ш_Hi,
где Ш_Bi и h_i соответственно ширина по верху и высота отрабатываемого полутраншеей целика в i-ом сечении, м.

h_i= L_пi·i_пi± Δh_i,
Ш_Hi ширина призмы по дну полутраншеи, отрабатываемой в целике, в i-ом сечении, м,

и дно полутраншеи формируют по ширине в целике и в перемещенных породах целика, а завершают формирование съезда проходной траншеи между полутраншеей и дном выработки в борту с послойной отработкой пород и полезных ископаемых в ее контурах.

Предлагаемый способ отличается от известного [2] вышеизложенной последовательностью операций, направлением горных работ и характеризующими способ параметрами, представленными в виде математических выражений. Изложенные в данной совокупности признаки отсутствуют в известных решениях [1 и 2] и др. и обеспечивают получение положительного эффекта решение поставленной задачи.

Предлагаемый способ обладает свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных решений [1 и 2] и др.

Анализ известных решений показал, что сущность предлагаемого решения в них не раскрыта, она неочевидна и характеризуется новой совокупностью признаков, что позволяет считать его соответствующим критерию "новизна" и "изобретательскому уровню".

На фиг. 1 схематично изображено положение горных работ на конец отработки полезных ископаемых в борту карьера; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Способ осуществляют следующим образом.

В борту 1 карьера (фиг. 1) с использованием для транспортной связи существующего съезда 2 с отсыпкой на него вскрышных пород по принципу [1 и 2] или без нее (не показано) отрабатывают этапами по глубине пустые породы и полезные ископаемые 3 в контурах выработки 4 до промежуточного ее дна ( не показано), выполняемого при завершении первого этапа на уровне существующего съезда 2, например на горизонте 310 м (фиг. 1).

После этого на втором этапе работ от высотной отметки существующего на борту 1 съезда 2, например 300 м (фиг. 1), которую определяют по выражению
B_с B_д + i · L,
где B_с и B_д высотные отметки соответственно съезда 2 на борту 1 карьера и ближней к нему границы "ab" проектного дна 5 выработки 4 в борту 1, м;
i и L соответственно допустимый средневзвешенный уклон и длина проекции на горизонтальную плоскость проектного съезда 6 от линии "cd" его примыкания к съезду 2 на борту 1 до линии "ab" проектного дна 5 выработки 4, 0/00, м,
начинают формировать съезд 6 в выработку 4, например, в целике 7 посредством разработки уступа 8 полутраншеей 9 нарезки съезда по целику (фиг. 1, 2 и 3), и соединения его с существующим съездом 1 или, например, посредством отсыпки вскрышных пород и т.п. (не показано). Например, согласно фиг. 1 B_д 272 м; L 280 м; i 0,1; B_с 272 + 280 · 0,1 B_с 272 + 28 B_с 300 м.

Выражение (1) является необходимым условием выполнения способа, поскольку для достижения отметки проектного дна 5 выработки 4 от меньшей, чем расчетная, отметки съезда 2 неизбежны излишние объемы вскрыши, а от большей, чем расчетная отметка, проектный уровень дна 5 не может быть достигнут. В целом формирование съезда 6 от рассчитанной по выражению (1) отметки съезда 2 обусловливает использование дополнительного (относительно прототипа [2]) участка съезда 2, например между отметками 310 и 300 м (фиг. 1), что уменьшает затраты и сроки формирования съезда 6 и отработки ископаемых 3.

Зависимостью элементов отрабатываемой полутраншеей 9 в целике 7 пород призмы является
Ш_вi+h_ictgω_i= h_ictgδ_i+Ш_нi (2)
где Ш_Bi и h_i соответственно ширина по верху и высота отрабатываемого полутраншеей 9 целика 7 пород в i-том сечении, м;
ω_i и δ_i результирующие углы откосов, соответственно, отрабатываемой части уступа 8 выше дна 12 полутраншеи 9 (при плоском профиле ω_i равен углу откоса уступа) и борта 13 полутраншеи 9, в i-том сечении, градус;
Ш_Hi ширина призмы по дну 12 полутраншеи 9, отрабатываемой в целике 7, в i-том сечении, м.

Граничными условиями на линии "fe" выхода верхней бровки 10 перемещаемых пород 11 целика 7 на уровень дна 12 полутраншеи 9 в борту 1 являются

где Ш_i необходимая по условиям безопасности и технической эксплуатации горно-транспортных машин ширина дна 12 полутраншеи 9, м;
K_i коэффициент изменения объема пород целика 7, перемещенных под откос уступа 8, отрабатываемого полутраншеей 9, учитывающий их разрыхление и частичный разброс при взрывании (при наличии взрывов) за пределы зоны формирования съезда в i-том сечении (при отсутствии взрывных работ K_i равен коэффициенту разрыхления пород);
Ш_H.Hi ширина призмы насыпных пород 11 на уровне нижней бровки разрабатываемого уступа 8 в i-том сечении, м;
h_yi высота разрабатываемого уступа 8 до разработки в i-том сечении, м,
и условие
Ш_н.нi+(h_уi-h_i)ctgα_i= (h_уi-h_i)ctgβ_i, (4)
где α_i и β_i результирующие углы откосов, соответственно, уступа 8 до разработки и насыпных пород 11 в i-том сечении, градус.

Условиями обеспечения формирования составного по ширине съезда 6-дна 12 полутраншеи 9 из целика 7 и насыпных пород 11 являются
Ш_i Ш_Hi + Ш_B.Hi,
где Ш_B.Hi ширина призмы насыпных пород 11 по верху в i-том сечении, м,
и на фиг. 3:

Зависимостью элементов призмы насыпных пород 11, составляющей дно 12 полутраншеи 9, являются
(h_уi-h_i)ctgβ_i+Ш_в.нi= (h_уi-h_i)ctgα_i+Ш_н.нi, (7)
Зависимостью линейных параметров формируемого съезда 6-дна 12 полутраншеи является:
h_i= i_пi·L_пi± Δh_i, (8)
где i_ni и L_ni соответственно проектные средневзвешенный допустимый уклон и длина проекции на горизонтальную плоскость съезда 6 от линии его примыкания "cd" к существующему съезду 2 на борту 1 карьера до i-го поперечного сечения, м;
Δh_i величина разности высотных отметок (уровней) верхней бровки разрабатываемого уступа 8 и площадки примыкания формируемого съезда 6 к существующему на борту 1 карьера в i-том сечении, м.

Совместное решение (3), (4), (5) и (8) дает аналитическое выражение длины съезда 6 от длины "cd" его примыкания к съезду 2 до границы "ef" выхода верхней бровки 10 перемещаемых пород 11 целика 7 в точке "f" на текущий уровень дна 12 полутраншеи 9 в борту 1

где b_i и a_i угловые коэффициенты;

где β_i, α_i, δ_i и ω_i результирующие углы откосов, соответственно, насыпных пород 11, уступа 8 до разработки, борта 13 полутраншеи 9 и отрабатываемой выше дна 12 полутраншеи 9 части уступа 8 в i-том сечении, градус.

В сдвоенном знаке "±" выражения (9) верхний знак соответствует превышению, нижний понижению уровня верхней бровки разрабатываемого уступа 8 относительно площадки 14 примыкания съездов 6 и 2.

Например, для условий K_i 1,2 и согласно фиг. 1 и 2 Ш_i 15 м, h_yi 300,4 255,2, h_yi 45,2 м; ctgβ_i 1,09; ctgα_i 0,907; B_i (1,09 0,907)/2; B_i 0,0915; ctgδ_i 0,071; ω_i= α_i ctgω_i/ 0,907; a_i (0,071 0,907)/2; a_i -0,418; Δh_i 300,4 - 300, Δh_i 0,4 м, i_n 0,1 по выражению (9) получим

Поскольку отметка верхней бровки разрабатываемого уступа превышает отметку начала формируемого съезда, в сдвоенном знаке учитывается верхний, т. е. "-"

не удовлетворяет условиям формирования съезда, поскольку согласно выражению (8) в этом случае h_i 35,4 м соответственно h_yi - h_i 9,8 м и согласно фиг. 2 при Ш_BH. 0 площадь разрыхленных пород 11 ниже съезда 6 по i-тому сечению составляет 9,8² · 0,0915 8,7877 м², соответственно из площади разрабатываемого в уступе 8 целика 7 Ш_Bi + Ш_Hi 0,21 м.

Таким образом, максимальная Ш_Hi 0,21 м (при Ш_Bi 0) не соответствует требуемой согласно (5) Ш_i 15 м > 0,21 м и не выполнима применяемым горно-транспортным оборудованием.

Таким образом, решением является 85,0776 м. Для примера, проверим аналогичным образом: при 85,0776 м; 8,508 м и с учетом Δh_i 0,4 м, h_i 8,91 м; h_yi h_i 36,29 м, тогда площадь разрыхленных пород 11 составляет (36,29)² · 0,0915=120,502 м², а т.е. Ш_Bi + Ш_Hi 22,54 м, что соответствует при Ш_Bi 15 м согласно фиг. 2 Ш_Bi=7,54 м или согласно (2)
8,91 · 0,071 + 15=7,54 + 8,91 · 0,907
15,6 м 15,6 м, т.е. тождество доказано.

Таким образом, 85,0776 м удовлетворяет условиям формирования съезда 6.

Выражение (9) является необходимым условием выполнения способа, поскольку определяет границу "ef" зоны минимальных объемов отработки целика 7 за счет дополнения съезда 6 по ширине перемещенными породами 11 целика 7 без привозных пород. При L_ni меньше рассчитанной по выражению (9) для формирования составного по ширине съезда 6 требуется отсыпка привозных пород, так как верхняя бровка 10 призмы насыпных пород 11 от целика 7 ниже дна 12 полутраншеи 9. Это удорожает и замедляет формирование съезда 6. При L_ni больше рассчитанной по (8) неизбежны избыточные объемы отработки целика 7, замедляющие и удорожающие формирование съезда 6.

Совместное решение (2), (5), (6) и (7) дает выражение для определения ширины по верху и по низу отрабатываемого целика 7 в уступе 8
Ш_Bi Ш_Hi + 2h_i · a_i,
где
Например, для вышеописанных условий (фиг. 3) при L_ni 170 м, i_ni 0,1, Δh_i 0,4 м, h_i 17,4 м, h_yi h_i 27,8 м, ctgδ_i 0,2299, a_i -0,3386 по выражению (10) и (11) определится

где
Выражение (10) является необходимым условием выполнения способа, так как при Ш_Bi больше расчетной отрабатывают излишние объемы пород уступа 8, что удорожает и замедляет формирование съезда 6 и выемку полезных ископаемых 3 из борта 1, а при Ш_Bi меньше расчетной не обеспечивается необходимая ширина съезда 6.

После создания между линиями "cd" и "fe" съезда 6 длиной, которую определяют по выражению (9), целик 7 уступа 8 отрабатывают шириной по верху, определяемой по выражению (10), и дно 12 полутраншеи 9 формируют по ширине в целике и в перемещенных в выработанное пространство породах 11 целика 7 между линиями "ef" и "nm", т.е. съезд 6 нарезают по целику и по разрыхленным породам. От линии "nm" до линии "ab" проходят траншею 15 и нарезают съезд 6 по целику и тем самым завершают формирование съезда 6 между полутраншеей 9 и проектным дном 5 выработки 4 в борту 1. При этом на втором этапе работ между промежуточным дном, например, на горизонте 310 м и проектным дном 5 в контурах выработки 5 послойно по мере создания съезда 6 отрабатывают породы и полезные ископаемые 3 с транспортировкой по соответствующим, сформированным на момент их отработки участкам съезда 6, и погашают борта выработки 4 с предохранительными бермами 16, без транспортных берм.

Преимущества и технический эффект от предлагаемого способа заключаются в следующем:
I. В уменьшении объемов и сроков производства вскрышных работ:
1) в контурах выработки 4 в борту 1 посредством формирования съезда 6 за ее пределами и отсутствия транспортных берм на ее бортах (при наличии лишь предохранительных берм 16);
2) при формировании съезда 6 за счет:
а) увеличения степени использования существующего съезда 2 на борту 1 карьера, например, по сравнению с применением прототипа [2] в конкретных условиях (фиг. 1) дополнительно используется ветвь съезда 2 (от отметки 310 м до линии "cd" примыкания к ней съезда 6), составляющая 160 м;
б) увеличения площади использования борта 1 и вовлечения тем самым больших объемов выработанного карьером пространства за счет увеличения используемого участка борта 1 по:
протяженности (например, на фиг. 1) относительно улучшенных вариантов прототипа, длина вовлекаемого участка борта увеличена на 18% (от 195 м по прототипу [2] до 230 м);
по высоте, например, на фиг. 1 на 54,8 м (между отметками 310 м и 255,2 м) против прототипа [2]
в) уменьшения мощности отрабатываемых на борту 1 пород над съездом 6:
например, от 40 м максимальной мощности по прототипу [2] до 35 38 м (фиг. 1);
например, величина относительной мощности вскрыши борта 1 на 1 п.м. длины его используемого участка составляла (по распределению в прототипе [2] 40/195 0,205 м/м (фиг. 1), а по предлагаемому способу 38/230 0,165 м/м;
г) формирования части съезда 6, между линиями "cd" и "mn" (фиг. 1), посредством проходки полутраншеи 9 с экскавацией без транспортировки пород;
д) уменьшения ширины полутраншеи 9 в целике 7 между линией "fe" (см. фиг. 1), установленной по выражению (9), и линией "mn" согласно выражению (10) за счет ее расширения до необходимой величины насыпными породами от целика 7, перемещенными под откос уступа 8, например, взрывом и горно-транспортной техникой (бульдозерами, экскаваторами, погрузчиками и т.д.);
е) формирования насыпной части 11 полутраншеи 9 без привозных пород согласно выражениям (9) и (10).

II. В уменьшении затрат на выемку полезных ископаемых 3 за счет уменьшения:
1) объемов и сроков вскрышных работ;
2) расстояния перемещения отрабатываемых пород (под откос уступа 8, фиг. 1) без транспортировки;
3) сроков выемки с уменьшением влияния инфляции: в более ранние и короткие сроки при меньших стоимостях вскрышных и добычных работ.

Источники
1. Кузнецов Н. Н. Двухстадийный разнос погашенных бортов карьеров. Горный журнал, N 3, 1979, с. 23 25.

2. Авторское свидетельство СССР N 1710754, кл. E 21 C 41/26 "Способ реконструкции карьеров". Кузнецов Н. Н. и др. БИ N 5 от 07.02.92, заявка N 4776731/03 от 04.01.90.

Формула изобретения

Способ выемки полезных ископаемых из бортов карьеров, включающий отработку пород в бортах карьеров этапами по глубине с использованием существующего съезда, погашение бортов с предохранительными бермами, формирование промежуточного дна, нарезку съезда по целику и соединение его с существующим съездом, отсыпку вскрышных пород в выработанное пространство, отработку и транспортирование полезных ископаемых, отличающийся тем, что съезд в выработку начинают формировать от высотной отметки существующего на борту съезда, которую определяют по выражению
B_с B_д + i · L,
где B_с и B_д высотные отметки соответственно съезда на борту карьера и ближней к нему границы проектного дна выработки в борту, м;
i и L соответственно средневзвешенный уклон и длина проекции на горизонтальную плоскость съезда от линии его примыкания к съезду на борту до проектного дна выработки, о/оо, м,
и после создания его длиной, которую определяют по выражению

где L_пi длина проекции на горизонтальную плоскость формируемого съезда до i-го поперечного сечения, м;
K_i коэффициент изменения объема пород, учитывающий их разрыхление и разброс при взрывании в i-м поперечном сечении;
Ш_i ширина формируемого съезда в i-м сечении, м;
h_уi высота уступа до разработки в i-м сечении, м;
b_i и a_i угловые коэффициенты


где β_i, α_i, δ_i и ω_i - результирующие углы откосов соответственно насыпных пород, уступа до разработки, борта полутраншеи и отрабатываемой части уступа в i-м сечении, град;
i_пi средневзвешенный уклон съезда до i-го поперечного сечения;
Δh_i - разность уровней площадки примыкания формируемого съезда к существующему и верхней бровки разрабатываемого уступа в i-м сечении, м (в сдвоенном знаке ± верхний соответствует превышению, нижний понижению верхней бровки уступа относительно площадки примыкания съездов),
целик отрабатывают шириной по верху, определяемой по выражению
Ш_вi 2 h_i · a_i + Ш_нi,
где Ш_вi и h_i соответственно ширина по верху и высота отрабатываемого полутраншеей целика в i-м сечении, м;
h_i = L_пi·i_пi± Δh_i
Ш_нi ширина призмы по дну полутраншеи, отрабатываемой в целике, в i-м сечении, м;

и дно полутраншеи формируют по ширине в целике и в перемещенных породах целика, а завершают формирование съезда проходкой траншеи между полутраншей и дном выработки в борту с послойной отработкой пород и полезных ископаемых в ее контурах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3