Способ открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых площадного залегания

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при открытой разработке горизонтальных и наклонных месторождений осадочного происхождения: известняков, доломитов, сланцев, песков. С целью снижения затрат при эксплуатации и дальнейшем переделе полезного ископаемого за счет осушения карьерного поля, карьер располагают одним из нерабочих бортов со стороны потока подземных вод водоносной толщи, карьерное поле вскрывают первоначальным карьером или котлованом до дна в месте наибольшего понижения почвы водоносной толщи и формируют на дне карьера стационарный водосборник, добычные уступы отрабатывают по восстанию гипсометрии подошвы водоносной толщи и подготавливают к осушению путем проходки опережающих дренажных траншей или щелей и организуют сбор водопритоков водоотводными канавами и сброс воды в стационарный водосборник на дно карьера. 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке горизонтальных и наклонных месторождений осадочного происхождения.

Область применения изобретения: открытая разработка обводненных месторождений, характеризующихся наличием 1-3 водоносных горизонтов, неоднородность фильтрационных показателей, наличием зон повышенной трещиноватности и карстообразования. Наиболее типичными месторождениями будут являться месторождения известняков, доломитов, сланцев, песков при мощности их залегания до 50-70 и более метров.

Известны приемы осушения обводненных уступов высотой до 30-40 м опережающими дренажными траншеями.

(см. Абрамов С. К., Скиргелло О.Б. Способы, системы и расчеты осушения шахтных и карьерных полей, - М.: Недра, 1968, с. 11-12; Абрамов С.К. и др. Защита карьеров от воды, - М.: Недра, 1976, с.13, с.60; Г.Л.Фисенко, В.А. Мироненко Дренаж карьерных полей, -М.: Недра, 1972, с.77; И.Ф.Оксанич и др., Осушение месторождений при строительстве железорудных предприятий, -М.: Недра, 1977, с.26, с.30 рис.1а).

Известны способы осушения месторождений с применением опережающих дренажных выработок (авт.св. СССР N 643640), разрезной траншеи с целиками и целиковыми перемычками (авт. св. СССР N 1768754), а также уступов с применением горизонтальных дренажных скважин (авт. св. СССР N 1687785) и дренажных канав и траншей с формированием целиков (авт. св. СССР N 1800033).

Известен способ открытой разработки обводных скальных пород (авт. св. СССР N 400703).

Основные технологические решения способа: предварительное обуривание на всю высоту уступа и взрывание флангов участка (блока); отгрузка взорванной горной массы на флангах участка параллельно с бурением скважин на оконтуренном участке.

Целью данного изобретения является осушение участка (блока) пород, представленного одним уступом, перед его оборудованием для замены водоустойчивых ВВ на более дешевые обычные.

Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях [1].

Основные технологические решения способа: проведение опережающей дренажной траншеи по тальвегу или склону балки; проведение траншей по склону балки под углом к опережающей дренажной траншее; породы от проходки всех опережающих траншей укладывают на склоне балки и отрабатывают их совместно с бортом карьера.

Целью этого изобретения является сокращение объемов работ при опережающем осушении разрабатываемых вскрышных уступков.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях залегания (патент РФ N 1799 420).

Основные технологические решения способа: применение экскаваторов драглайнов при отработке месторождения; проведение дренажной траншеи вдоль заходки с уклоном в направлении водосборника; формирование целика при отработке заходки; формирование подошвы уступа с уклоном в направлении водосборника;
формирование дренажной траншеи на подошве уступа посредством отсыпки вскрышных пород.

Целью данного изобретения является повышение производительности выемочно-погрузочного оборудования за счет осушения отрабатываемого массива.

Наиболее близким к изобретению является способ отработки уступов на карьерах [2].

Основные технологические решения изобретения:
бурение опережающих дренажных скважин глубиной 1,3 - 1,5 высоты уступа;
одновременное взрывание опережающих дренажных и отбойных скважин на уступе с образованием дренажных щелей;
после отгрузки породы уступа проходка дренажной траншеи в подошве уступа.

Цель указанного изобретения - повышение эффективности осушения подготавливаемого к отработке уступа.

Недостатками способа являются
проходка дренажной траншеи на уступе и перенос насосной станции и частично водовода в новое положение после отгрузки очередного взорванного блока на уступе;
при наличии на карьере нескольких обводненных уступов в эксплуатации трудоемкость по проходке дренажных траншей и оборудования их средствами водоотлива резко возрастает.

Целью изобретения является снижение затрат при эксплуатации и дальнейшем переделе полезного ископаемого за счет осушения карьерного поля.

Положительный эффект имеет место за счет:
создания нормальных условий при эксплуатации горнотранспортного оборудования;
снижения естественной влажности полезного ископаемого при добыче и уменьшения затрат в металлургическом процессе (флюсовое сырье) и при получении цемента, щебня и других продуктов;
снижения затрат при буровзрывных работах за счет уменьшения доли использования водоустойчивых ВВ;
ликвидации смерзаемости полезных ископаемых при хранении на складах в зимний период года.

Опыт эксплуатации обводненных месторождений рассматриваемого типа показывает, что способ осушения месторождений с помощью водопонижающих скважин мало эффективен. Это вызвано тем, что как правило указанные месторождения неоднородны по фильтрационным характеристикам и имеют зоны повышенной трещиноватности и карстообразования. Поэтому предлагается осуществить дренирование карьерного поля с помощью средств открытого водоотлива и системы опережающих траншей на обводненных рабочих уступах.

Эффект осушения добычных забоев в предлагаемом техническом решении осуществляется путем строго определенного порядка формирования карьерного пространства и организованного водосбора притоков в карьере с целью понижения уровня подземных вод в карьере и создания необходимой депрессионной кривой:
вскрытие карьерного поля первоначальным карьером или котлованом в месте наибольшего понижения почвы водоносной толщи и формирование на дне карьера стационарного водосборника, оборудованного средствами открытого водоотлива;
расположение карьера одним из нерабочих бортов со стороны направления потока подземных вод водоносной толщи;
подготовка добычных уступов водоносной толщи к осушению путем проходки на каждом уступе опережающих дренажных траншей или щелей со стороны нерабочих бортов карьера;
отработка уступов водоносной толщи по восстанию гипсометрии подошвы толщи с естественным уклоном в сторону водосборника на каждом уступе;
организованный сбор водопритоков со стороны нерабочих бортов карьера путем устройства водоотводных канав на добычных уступах водоносной толщи и сброс воды в стационарный водосборник на дно карьера.

В период формирования первоначального карьера до достижения дна карьера на каждом нижележащем уступе также формируется временный водосборник, на рабочих уступах система опережающих дренажных траншей и организованный сбор водопритоков системой водоотводных канав. По мере понижения горных работ водосборник организуется на нижележащем уступе. Если карьер неглубокий, то сразу формируется водосборник в виде котлована в самом низком месте подошвы водоносного горизонта. Если водоносный горизонт или водовмещающая толща в целом имеют высокие фильтрационные свойства, то достаточно формировать опережающие дренажные щели. Длина опережающих дренажных траншей (щелей) определяется расчетом и зависит от фильтрационных характеристик осушаемого массива.

Расчеты показывают, что для известняков, доломитов, сланцев, песков, обладающих достаточно высокими фильтрационными свойствами, депрессионная кривая в направлении подвигания фрона работ будет достаточно пологой и добычные блоки на рабочих уступах будут осушенными.

На фиг. 1 показан план горных работ в карьере при достижении горными работами дна карьера; на фиг. 2 - то же, при достижении горными работами гор 3; на фиг.3 - поперечное сечение А-А на фиг.1.

Элементы изобретения, изображенные на фиг. 1, 2, 3:
1 - покрывающие рыхлые породы (суглинки, глины, супеси); 2 - обводненные известняки; 3 - водоупорные породы, подстилающие обводненную толщу известняков; 4 - граница распространения обводненной толщи известняков; 5 - конечный контур карьера по поверхности; 6 - депрессионная кривая; 7 - направление потока подземных вод обводненной толщи известняков; 8 - направление падения толщи известняков; 9 - направление отработки карьерного поля; 10 - водосборник; 11 - водоотводные канавы на уступах; 12 - насосная станция на понтоне; 13 - водовод; 14 - осушенные блоки известняков на уступах; 15 - вскрышной уступ г. 1; 16 - добычные уступы г.2, 3, 4; 17 - постоянные автомобильные съезды; 18 - внешняя въездная траншея; 19 - опережающие дренажные траншеи.

Пример. Месторождение флюсовых известняков покрыто сверху суглинками, супесями, озерно-ледниковыми песками мощностью около 6,0 м. В первоначальную разработку вовлекается промышленная толща известняков мощностью около 45,0 м. По структурному составу известняки сильно различаются и представлены плитчатыми, органогенно-обломочными, пелитоморфными и тонкокристаллическими разностями, естественная влажность известняков до 14%.

В обводнении карьера участвуют известняки протвинско-подольского водоносного комплекса, обводненность комплекса неравномерна по фронту, наличие локальных мест с фонтанирующими водотоками указывает на напорный характер движения подземных вод и фильтрационную неоднородность известняков комплекса. Мощность водоносного комплекса достигает 60 м, коэффициент фильтрации в среднем 5,73 м/сутки, в зонах повышенной трещиноватости и закарстованности до 60,0 м/сутки. Верхним водоупором комплекса являются суглинки, нижним водоупором - песчано-глинистая пачка мощностью 2,5-5,0 м. Разгрузка водоносного комплекса осуществляется в реку, питание водоносного комплекса за счет инфильтрации атмосферных осадков через "окна" гидравлической связи с озерно-ледниковыми песками вышележащего четвертичного водоносного комплекса. Уровни подземных вод комплекса залегают на абс. отметках 118 - 123 м, а в непосредственной близости от границ карьера на отм. 100 - 110 м.

На основе анализа гидрогеологических условий месторождения и фактической обводненности карьера дренирование провинско-подольского водоносного комплекса известняков предлагается осуществлять с помощью средств открытого водоотлива и системы опережающих дренажных траншей, проходимых на горизонтах 80, 85, 93, 103 м. Оценка эффективности предлагаемого способа осушения выполнялась на численной модели с помощью методов численного моделирования на ЭВМ типа РС IBM.

Применение предлагаемого способа осушения известняков позволит за счет снижения естественной влажности известняков при добыче на 50 - 70% и снижения уровня подземных вод в карьере до отм. 90 м получить снижение затрат в доменном и конверторном процессах получения металла на металлургическом комбинате; снижение на 80% расхода водоустойчивых взрывчатых \веществ в общем объеме взрывчатых веществ при рыхлении известняков на уступах 103, 93, 86 м; ликвидировать смерзаемость товарного известняка в зимний период года на складах металлургического комбината.

Формула изобретения

Способ открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых площадного залегания, включающий бурение дренажных скважин с опережением по фронту горных работ, взрывание дренажных скважин, проходку опережающих дренажных траншей, отработку взорванной горной массы заходками с размещением экскавационного оборудования на рабочей площадке уступа, отличающийся, тем, что карьер располагают одним из нерабочих бортов со стороны потока подземных вод водоносной толщи месторождения, карьерное поле вскрывают первоначальным карьером или котлованом до дна в месте наибольшего понижения почвы водоносной толщи и формируют на дне карьера стационарный водосборник на весь срок эксплуатации месторождения, оборудованный средствами открытого водоотлива, добычные уступы отрабатывают по восстанию гипсометрии подошвы водоносной толщи с уклоном в сторону водосборника и отработку каждого уступа ведут путем проходки опережающих дренажных траншей или дренажных щелей со стороны нерабочих бортов карьера, сбор водопритоков организуют со стороны нерабочих бортов карьера путем устройства водоотводных канав на добычных уступах водоносной толщи и сброса воды в стационарный водосборник на дно карьера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3