Способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке рудных, россыпных, угольных, горюче-сланцевых месторождений, месторождений строительных горных пород, камнецветного сырья и некоторых других твердых полезных ископаемых. Способ включает эксплуатационную разведку, разделение массива горных пород в пределах каждого отрабатываемого горизонта карьерного поля на эксплуатационные блоки, обуривание эксплуатационных блоков горизонтальными или слабонаклонными скважинами, рыхление горных пород короткозамедленным и рассредоточенным взрыванием внутрискважинного, межскважинного и межрядного зарядов ВВ под демпфирующим укрытием, селективную отработку взорванных блоков, подготовку и переработку полезных ископаемых. Обуривание эксплуатационных блоков производят скважинами, диаметр которых находится в пределах 50-150 мм, при этом сетку скважин задают с учетом обеспечения избирательного дробления горных пород. Скважины заряжают низкобризантной взрывчатой смесью и инициируют ее лазерным импульсом через промежуточную шашку посредством системы лазерного инициирования. Воспринимают высвобождающуюся кинетическую энергию взрыва и образующихся пылегазовых выбросов демпфирующим устройством, преобразуют и передают ее через аккумулирующее устройство на экскавационное устройство, использующиеся при выполнении выемочно-погрузочной и вспомогательной работы и при загрузке горной массы в пригрузочную емкость. Пригрузочную емкость размещают на верхней площадке отрабатываемого уступа. Буровая установка, устройство для заряжения скважин, система лазерного инициирования зарядов, демпфирующее устройство, экскавационное устройство, устройство преобразования энергии, аккумулирующее устройство и пригрузочная емкость входят в состав мобильного агрегата. Изобретение направлено на повышение полноты использования энергии взрыва, эффективности взрывного разрушения горных пород и разработки месторождений твердых полезных ископаемых в целом. 2 ил.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке рудных, россыпных, угольных, горюче-сланцевых месторождений, месторождений строительных горных пород, камнецветного сырья и некоторых других твердых полезных ископаемых.
Широко известны традиционные способы разработки месторождений твердых полезных ископаемых, сложенных скальными и полускальными горными породами, рыхление которых осуществляется с применением масштабных взрывов и сопровождается высокими потерями энергии взрыва в окружающую среду, в частности, коэффициент полезного использования составляет всего 3-6%, а также отрицательными экологическими последствиями [1], [2].
В последние годы стали появляться технологии разработки месторождений твердых полезных ископаемых и производства горных работ, основанные на применении взрывания горных пород с последующим использованием энергии взрыва.
В частности, известен способ разрушения горных пород взрывом [3], включающий проходку скважин или шпуров, зарядку их взрывчатыми веществами и взрывание с отбойкой горизонтальными слоями. Перед взрыванием обжимают уступ со стороны откоса и сверху и оконтуривают обжатый объем пород под заданным углом наклона методом щелеообразования. Осуществляют последовательное взрывание сверху вниз. Мощность каждого следующего взрываемого слоя пород увеличивают пропорционально массе пригрузки от вышележащих взорванных слоев. Для осуществления способа применяют буровзрывной агрегат, имеющий в своем составе оборудование для бурения, зарядки и взрывания скважин (шпуров), и устройство для обжима уступа и для поглощения энергии взрыва.
В этом способе часть энергии взрыва используется для дробления обжатых пород уступа, однако остальная часть энергии погашается противооткатными устройствами и, в основном, не используется.
В качестве ближайшего аналога принят способ разработки твердых полезных ископаемых [4], включающий эксплуатационную разведку, дифференциацию по качеству, путем бурения скважин определенного диаметра и выбора мощности зарядов в зависимости от кондиционности полезного ископаемого, взрывание скважин под мобильным укрытием и выборочную экскаваторную обработку блоков.
Недостатком прототипа является неполное использование энергии взрыва.
Таким образом, к общим недостаткам всех этих технологий производства горных работ с взрывным разрушением горных пород можно отнести низкое использование энергии взрыва.
Техническим результатом изобретения является повышение полноты использования энергии взрыва, эффективности взрывного разрушения горных пород, разработки месторождений твердых полезных ископаемых в целом и различных строительных работ, связанных с разрушением естественных и искусственных твердых материалов взрыванием.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе разработки месторождений твердых полезных ископаемых, включающем эксплуатационную разведку, разделение массива горных пород в пределах каждого отрабатываемого горизонта карьерного поля на эксплуатационные блоки, обуривание эксплуатационных блоков горизонтальными или слабонаклонными скважинами, рыхление горных пород короткозамедленным и рассредоточенным взрыванием внутрискважинного, межскважинного и межрядного зарядов ВВ под демпфирующим укрытием, селективную отработку взорванных блоков, подготовку и переработку полезных ископаемых, обуривание эксплуатационных блоков производят скважинами, диаметр которых находится в пределах 50-150 мм, при этом сетку скважин задают с учетом обеспечения избирательного дробления горных пород, скважины заряжают низкобризантной взрывчатой смесью и инициируют ее лазерным импульсом через промежуточную шашку посредством системы лазерного инициирования, воспринимают высвобождающуюся кинетическую энергию взрыва и образующихся пылегазовых выбросов демпфирующим устройством, преобразуют и передают ее через аккумулирующее устройство на экскавационное устройство, использующиеся при выполнении выемочно-погрузочной и вспомогательной работы и при загрузке горной массы в пригрузочную емкость, которую размещают на верхней площадке отрабатываемого уступа, при этом используют мобильный агрегат, включающий буровую установку, устройство для заряжения скважин, систему лазерного инициирования зарядов, демпфирующее устройство, экскавационное устройство, устройство преобразования энергии, аккумулирующее устройство и пригрузочную емкость.
Сопоставимым анализом с прототипом установлены отличия заявляемого способа, заключающиеся в обеспечении избирательного дробления горных пород путем бурения скважин по определенной сетке, заряжании их взрывчатой смесью низкой бризантности и инициировании зарядов лазерным импульсом, а также в использовании мобильного агрегата, в состав которого входят практически все необходимые для разработки месторождения конструктивные элементы, как то: для бурения и зарядки скважин, для инициирования зарядов, для восприятия энергии взрыва и ее дальнейшего использования.
Таким образом, заявляемый способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых соответствует условию новизны. При изучении других решений в данной области техники не были выявлены признаки, отличающие данное изобретение от прототипа и направленные на достижение заявленного технического результата, и поэтому они обеспечивают ему соответствие условию изобретательского уровня.
Способ поясняется чертежами, где:
на фиг.1 схематически изображен универсальный агрегат, использующийся при разработке месторождения;
на фиг.2 - энергопреобразующее устройство.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - отрабатываемый горизонт,
2 – эксплуатационные блоки,
3 – скважины,
4 – буровая установка,
5 - мобильный агрегат,
6 – устройство для заряжания скважин,
7 – демпфирующее устройство,
8 – экскавационное устройство,
9 - демпфирующе-энергетическая установка,
10 – устройство преобразования энергии,
11 - смежные маховики,
12 - прижимные фрикционные пластины,
13 - нижняя плита,
14 – днище пригрузочной емкости,
15 - пригрузочная емкость,
16 - демпфирующее укрытие,
17 – верхняя (подвижная) плита,
18 – балластная горная масса.
Способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых осуществляется следующим образом.
Осуществляют эксплуатационную разведку, на основании которой выделяют, в пределах каждого отрабатываемого горизонта 1, эксплуатационные (вскрышные и добычные) блоки 2.
Эксплуатационную разведку могут проводить последовательно в три стадии.
На первой стадии - опережающую эксплуатационную разведку, которую выполняют с помощью проходки и опробования выработок специального назначения - борозд, канав, буровых скважин, либо перебура взрывных скважин отрабатываемого и вышележащего горизонтов, полученную при этом горно-геологическую информацию используют для выделения эксплуатационных блоков 2 в пределах массива горных пород отрабатываемого или планируемого к отработке горизонта 1.
На второй стадии осуществляют текущую эксплуатационную разведку, сопровождающую добычные работы, с использованием эксплуатационных буровых скважин и их опробования традиционными средствами.
На третьей, заключительной стадии осуществляют оперативную эксплуатационную разведку в процессе выемочно-погрузочных работ и формирования внутрикарьерных транспортных грузопотоков минерального сырья, заключающуюся в оперативном установлении рудничным геологом пространственного положения морфологически измененных взрыванием элементов полезных ископаемых, например, рудных тел или их отдельных частей, на основе параметров и формы развала с помощью номограмм, по контуру рудного тела, или угольного пласта, в развале выставляют вешки, служащие ориентиром для оператора экскавационного устройства.
После выделения эксплуатационных блоков их обуривают горизонтальными или слабо наклонными скважинами 3, диаметр которых находится в пределах 50-150 мм. Такой диапазон позволяет разделить все скважины по диаметру на три группы 50-70, 70-105, 110-150 мм.
При разработке в зависимости от залегания рудных тел или их отдельных элементов, свойств горных пород и других горно-геологических и горно-технических особенностей отрабатываемых блоков можно использовать комбинации скважин различного диаметра и наклона в ряду или между рядами.
Бурение скважин осуществляют с помощью буровой установки 4 мобильного агрегата 5, включающей применяемое в горной промышленности буровое оборудование вращательного, ударно-вращательного или шарошечного типов, каждый из которых используют в зависимости от буримости и взрываемости горных пород; при этом границы, параметры, структуру и вещественный состав слагающих блок горных пород уточняют на основе информации, оперативно полученной в процессе бурения скважин.
Пробуренные скважины заряжают низкобризантной взрывчатой смесью, при этом используют устройство для заряжания 6, смонтированное на мобильном агрегате. Устройство для заряжания 6 может быть основано на оборудовании зарядной машины, эксплуатируемой на рудниках.
Осуществляют рыхление горных пород короткозамедленным и рассредоточенным взрыванием внутрискважинного и межрядного зарядов взрывчатых веществ (ВВ) под демпфирующим укрытием 16, при этом инициируют заряды ВВ лазерным импульсом, передаваемым через промежуточную шашку посредством системы лазерного инициирования, которая также смонтирована на мобильном агрегате.
Высвобождающуюся после инициирования зарядов кинетическую энергию взрыва и образующихся пылегазовых выбросов воспринимают демпфирующе-энергетической установкой 9, состоящей из демпфирующего укрытия 10, на котором установлено демпфирующее устройство 7, которое, в свою очередь, устанавливается на демпфирующем укрытии 16, обеспечивающем избирательное взрывание добычных блоков. В состав демпфирующе-энергетической установки 9 входит устройство преобразования энергии 10.
После преобразования и накопления энергию направляют (в механической или электрической формах) на экскавационное устройство 8, использующееся при выполнении выемочно-погрузочной и вспомогательной работы и при загрузке балластной горной массы 18 в пригрузочную емкость 15.
На фиг.2 представлено устройство преобразования энергии 10 демпфирующе-энергетической установки 9, включающее систему смежных маховиков 11, систему прижимных фрикционных пластин 12, закрепленных на нижней плите 13, с помощью которых кинетическую энергию взрыва, высвобождающуюся в форме движения взорванной горной массы и пылегазовых выбросов, воспринимают и передают системе смежных маховиков 11, раскручивая их, где энергия аккумулируется в форме механической; принципиальная конструкция маховиков и принцип их действия, а также их использование в ряде машин и механизмов приведены в источнике [5]. Кинетическую энергию, накопленную в маховиках, преобразуют в аккумулированную энергию сжатого воздуха (или другого, не менее безопасного и дешевого газа) с помощью системы подвижных штоков, закрепленных на верхней (подвижной) плите 17, и системы цилиндров, прикрепленных к днищу 14 пригрузочной емкости 15.
Удержание цилиндров демпфирующе-энергетической установки 9, в которых формируется и аккумулируется энергия сжатого воздуха, в относительно неподвижном состоянии при взрывании горных пород осуществляют с помощью пригрузочной емкости 15, заполненной балластной горной массой 18 и представляющей собой простую металлическую конструкцию коробчатой формы, состоящую из нижнего несущего цилиндры днища, неподвижного относительно расположенного над ним второго днища, несущего балластную горную массу, вертикальных стенок, фронтальную из которых шарнирно закрепляют в верхней части емкости и при необходимости с ее помощью образуют выпускную щель для освобождения от балластной горной массы.
При этом, как указано выше, буровая установка 4, устройство для заряжения скважин 6, система лазерного инициирования зарядов, демпфирующее устройство 7, экскавационное устройство 8, устройство преобразования энергии 10, аккумулирующее устройство и пригрузочная емкость 15 входят в состав мобильного агрегата 5.
Таким образом, обеспечивается качественное дробление горной породы, селективная экскавационная отработка взорванного добычного блока с разделением его на однородные миниблоки и селективную внутризабойную выемку горной массы в пределах миниблоков; внутризабойное и межзабойное усреднение разносортного минерального сырья на отдельные сорта, но исключая усреднение разнотипного минерального сырья; усреднение в карьерных, прикарьерных и прифабричных складах и штабелях, подготовка и переработка полезных ископаемых.
Таким образом, заявляемый способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых обеспечивает повышение полноты использования энергии взрыва, эффективности взрывного разрушения горных пород и добычи твердых полезных ископаемых в целом. Способ может применяться, в частности, при разработке Чинейского месторождения титаномагнетитовых ванадийсодержащих руд, представленного горными породами скального типа, рудными телами сложного строения и вещественного состава.
Источники информации
1. Открытые горные работы. Справочник. М.: Горное дело, 1994.
2. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. М.: Недра, 1978, 543 с.
3. Патент РФ RU №2039253, Е 21 С 37/00.
4. Патент РФ RU №2181834, E 21 С 41/00.
5. Новый политехнический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000, с. 115, 165, 182, 288.
Формула изобретения
Способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых, включающий эксплуатационную разведку, разделение массива горных пород в пределах каждого отрабатываемого горизонта карьерного поля на эксплуатационные блоки, обуривание эксплуатационных блоков горизонтальными или слабонаклонными скважинами, рыхление горных пород короткозамедленным и рассредоточенным взрыванием внутрискважинного, межскважинного и межрядного зарядов ВВ под демпфирующим укрытием, селективную отработку взорванных блоков, подготовку и переработку полезных ископаемых, отличающийся тем, что обуривание эксплуатационных блоков производят скважинами, диаметр которых находится в пределах 50-150 мм, при этом сетку скважин задают с учетом обеспечения избирательного дробления горных пород, скважины заряжают низкобризантной взрывчатой смесью и инициируют ее лазерным импульсом через промежуточную шашку посредством системы лазерного инициирования, воспринимают высвобождающуюся кинетическую энергию взрыва и образующихся пылегазовых выбросов демпфирующим устройством, преобразуют и передают ее через аккумулирующее устройство на экскавационное устройство, использующиеся при выполнении выемочно-погрузочной и вспомогательной работы и при загрузке горной массы в пригрузочную емкость, которую размещают на верхней площадке отрабатываемого уступа, при этом используют мобильный агрегат, включающий буровую установку, устройство для заряжения скважин, систему лазерного инициирования зарядов, демпфирующее устройство, экскавационное устройство, устройство преобразования энергии, аккумулирующее устройство и пригрузочную емкость.
