Способ разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке крутопадающих рудных тел. Техническим результатом является возможность отработки запасов руды, залегающей ниже проектной отметки дна карьера, до нижней границы разведанных запасов и повышение безопасности работ. Для этого месторождение отрабатывают до проектной глубины открытым способом. Запасы подкарьерных руд отрабатывают сверху вниз открыто-подземным способом с переходом на подземно-открытый с открытым выработанным пространством и перепуском руды по рудоспуску в центре залежи. При открыто-подземном способе отрабатывают руду в пределах породного контура, а затем - с формированием площадок и уступов с углом наклона рудных бортов не более предельных углов сдвижения руды. При подземно-открытом способе в подземно-открытом ярусе на подготавливаемых подэтажах формируют радиальные буровые орты и соединяют их сбойками с рабочими горизонтами. Руду отбивают из ортов буровзрывным способом с образованием наклонных образующих для принудительной доставки руды к рудоспуску. Угол наклона α, образующих должен удовлетворять условию ϕ≤α≤γ, где ϕ - угол естественного откоса взорванной горной массы, γ - предельный угол сдвижения рудных уступов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке крутопадающих рудных тел.
Известен способ комбинированной разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых, в соответствии с которым отрабатывают месторождение до проектной глубины открытым способом с формированием бортов карьера и вывозят отбитую горную массу. После отработки карьера до проектной глубины отрабатывают подкарьерные запасы руды подземным способом с открытым выработанным пространством. Для чего проходят подземную вскрывающую выработку: со дна карьера сооружают наклонный ствол и производят добычу руды под дном карьера с открытым выработанным пространством на глубину от 60 до 100 метров. Система разработки - подэтажное обрушение. Обрушенную руду транспортируют через наклонный ствол и далее по транспортным съездам (РФ, патент №2137921, Е 21 С 41/00, Е 21 С 41/26, 20.09.99).
Недостаток известного способа заключается в том, что способ позволяет отработать подкарьерные запасы руды только на глубину от 60 до 100 метров, что значительно меньше глубины разведанных запасов руды. При этом в известном способе для человека с увеличением глубины разработки повышается степень опасности выполнения работ. Это объясняется, во-первых, физико-механическими свойствами пород кимберлитовых карьеров, для которых для устойчивого положения открытого выработанного пространства оптимальная глубина разработки составляет от 60 до 100 м. Кроме того, с увеличением глубины разработки подкарьерных запасов перед проходкой следующей подземной вскрывающей выработки разносимый участок борта карьера должен быть отстроен под предельно допустимым углом откоса для данной породы. Однако выполнение этого условия требует отстройки вышестоящих уступив уже отработанного карьера, т.е. его расширения, что приведет к непроизводительным работам. В качестве компромисса разносимые участки бортов карьера отстраивают с более крутыми углами откоса, что снижает их устойчивость и повышает опасность выполняемых работ при разработке подкарьерных запасов руды. Кроме того, в известном способе система разработки подкарьерных запасов руды - подэтажное обрушение, что в случае неустойчивых руд (слабые породы) при выпуске руды поэтажным обрушением повышает опасность работ.
Наиболее близким к предлагаемому является способ разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых (РФ, патент №2213221, Е 21 С 41/00, 27.09.2003 г.). В соответствии со способом производят слоевую выемку полезного ископаемого до проектной глубины открытым способом с формированием площадок и уступов на бортах карьера. Затем отрабатывают подкарьерные запасы руды так же открытым способом путем углубления карьера ниже проектной глубины. Отбойку полезного ископаемого ведут горизонтальными слоями буровзрывным способом. Практически отвесные стены открыто-подземного яруса укрепляют по мере углубления. Выемку отбитой руды осуществляют посредством грейферного погрузчика или с помощью бадьи, которую поднимают на поверхность, например, краном. Погрузчик или кран устанавливают на бровке нижнего уступа карьера.
Недостаток известного способа заключается в следующем. Как и в предыдущем случае наиболее близкий к заявленному способ разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых позволяет отработать запасы руды, залегающие ниже проектной отметки дна карьера, только на глубину не более 100 м. Это значительно меньше разведанной глубины залегания полезного ископаемого. Ограничение глубины разработки месторождения обусловлено, прежде всего, соблюдением устойчивости бортов углубленной части карьера (открыто-подземного яруса), а так же сложностью обеспечения условий безопасной работы людей. Способ требует последовательного механического закрепления бортов углубленной части карьера, а так же сооружения на каждом горизонте в породных бортах открыто-подземного яруса сложных защитных сооружений для людей и техники (ниши для техники и людей), что повышает опасность работ по способу. Глубина выработки руды (до 100 метров) ограничена так же из-за сложности решения технических проблем с подъемом руды и сложности транспортировки и эвакуации буровой техники с увеличением глубины карьера. Кроме того, с увеличением глубины карьера повышается аварийный риск при выполнении этих операций, что повышает опасность работ по способу.
Таким образом, выявленные в результате патентного поиска способы разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых при осуществлении не обеспечивают достижения технического результата, заключающегося в возможности отработки запасов руды, залегающей ниже проектной отметки дна карьера, до нижней границы разведанных запасов, а так же в повышении безопасности работ.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания способа разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в возможности отработки запасов руды, залегающей ниже проектной отметки дна карьера, до нижней границы разведанных запасов, а так же в повышении безопасности работ.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых, включающем отработку месторождения открытым способом до проектной глубины карьера с формированием площадок и уступов на бортах карьера, вывоз отбитой горной массы, отработку запасов подкарьерных руд, новым является то, что подкарьерные запасы отрабатывают открыто-подземным способом с переходом на подземно-открытый с открытым выработанным пространством и перепуском руды по рудоспуску, который предварительно формируют в центре залежи, при этом отработку подкарьерных запасов начинают открыто-подземным способом в пределах породного контура сверху вниз горизонтальными слоями, которые связаны сбойками с шахтным комплексом, при этом стенки породного контура по мере отработки приводят в устойчивое положение, после чего нижележащие запасы отрабатывают в пределах породного контура сверху вниз уступами с углом наклона рудных бортов не более предельных углов сдвижения руды, при этом формируют приконтурный рудный уступ с верхней площадкой, отбитую руду перепускают в центральный рудоспуск, после формирования последнего уступа отработку подкарьерных запасов продолжают в пределах породного контура подземно-открытым способом, сохраняя приконтурный рудный уступ с его верхней площадкой, сверху вниз с открытым выработанным пространством, для этого в подземно-открытом ярусе в пределах рудных уступов открыто-подземного яруса и ниже на подготавливаемых подэтажах формируют радиальные буровые орты и соединяют их сбойками с рабочими горизонтами, при этом руду отбивают из радиальных подэтажных ортов буровзрывным способом с образованием наклонных образующих, по которым осуществляют доставку отбитой руды к центральному рудоспуску совокупным действием гравитационных сил и энергии взрыва, при этом угол наклона α образующих подземно-открытого яруса, формируемых в результате обрушения руды при буровзрывных работах, должен удовлетворять условию ϕ≤α≤γ, где ϕ - угол естественного откоса взорванной горной массы, γ - предельный угол сдвижения рудных уступов. Кроме того, породному контуру придают форму, близкую к форме круга.
Технический результат достигается следующим образом.
Отработка месторождения открытым способом с формированием площадок и уступов на бортах карьера и вывоз отбитой горной массы обеспечивает возможность отработки запасов руды до проектной глубины карьера. Формирование площадок и уступов на породных бортах карьера обеспечивает их устойчивость, а также одновременно образует трассу для вывоза отбитой горной массы и транспортировки ее к месту назначения, что обеспечивает возможность отработки запасов руды до проектной глубины карьера и обеспечивает безопасность работ.
Возможность отработки запасов подкарьерных руд позволяет проводить отработку руд месторождения, расположенных ниже проектной глубины карьера. Использование в заявленном способе комбинированного способа добычи руды, залегающей ниже проектной глубины карьера, а именно: запасы подкарьерных руд отрабатывают открыто-подземным способом с переходом на подземно-открытый с открытым выработанным пространством, снимает ограничения на глубину разработки месторождения. При этом, поскольку отработка руды постоянно идет с открытым выработанным пространством, повышается безопасность работ.
Благодаря тому, что в заявленном способе предварительно в центре залежи формируют рудоспуск, по которому перепускают отбитую руду, как при открыто-подземном, так и при подземно-открытом способах отработки руды, обеспечивается возможность концентрации руды в определенном месте, например, на горизонтальных транспортных выработках, и транспортировки отбитой руды практически с любой глубины без применения внутрикарьерного транспорта. Последнее так же повышает безопасность работ.
Поскольку отработку подкарьерных запасов начинают открыто-подземным способом в пределах породного контура, то таким образом обозначают границы залегания рудного тела.
Благодаря тому, что в заявленном способе всю отработку подкарьерных запасов руды ведут в пределах породного контура, то при отработке нижележащих запасов руды с увеличением глубины разработки исключается выход за границы породного контура, что исключает возможность разубоживания руды и позволяет уверенно отрабатывать руду на любую глубину.
Приведение в устойчивое положение стенок породного контура обеспечивает безопасность работ. Кроме того, придание породному контуру формы, близкой к форме круга, обеспечивает устойчивость его стенок, поскольку круг является наиболее устойчивой фигурой, что также повышает безопасность работ.
Отработка подкарьерных запасов открыто-подземным способом в пределах породного контура сверху вниз горизонтальными слоями позволяет формировать рабочие горизонты. Связь рабочих горизонтов посредством сбоек с шахтным комплексом обеспечивает при открыто-подземном способе возможность обслуживания добычных работ и транспортирование отбитой руды к рудоспуску.
Поскольку при открыто-подземном способе отработки руды нижележащие запасы отрабатывают уступами с углом наклона рудных бортов не более предельных углов сдвижения руды обеспечивается устойчивость рудных бортов, что повышает безопасность работ. Переход на отработку подкарьерных запасов руды подземно-открытым способом после формирования в открыто-подземном ярусе последнего уступа обеспечивает безопасность работ, поскольку учитывает ограничение рабочего пространства из-за близости рудоспуска.
Благодаря тому, что отработку руды продолжают подземно-открытым способом в пределах породного контура, сверху вниз с открытым выработанным пространством, для чего в подземно-открытом ярусе в пределах рудных уступов открыто-подземного яруса и ниже на подготавливаемых подэтажах формируют радиальные буровые орты и соединяют их сбойками с рабочими горизонтами, обеспечивается возможность последовательно и равномерно выбрать руду из под рудных уступов открыто-подземного яруса и включительно до нижней границы разведанных запасов руды, работая вокруг рудоспуска и обеспечивая тем самым возможность перепуска в него руды.
Сохранение приконтурного рудного уступа с его верхней площадкой позволяет локализовать отслоившуюся породу с неукрепленных стенок породного контура для последующего удаления ее механизированными средствами, например, по горизонтальным сбойкам, что так же повышает безопасность работ.
Поскольку на подготавливаемых подэтажах формируют радиальные буровые орты и соединяют их сбойками с рабочими горизонтами, обеспечивается возможность выхода людей с горизонтов в радиальные буровые орты для подготовки взрывных работ (руду отбивают из радиальных подэтажных ортов буровзрывным способом), обслуживания добычных работ и транспортирования отбитой руды из горизонтальных транспортных выработок, а так же обеспечивается возможность эвакуации на поверхность через шахтный комплекс людей и техники перед взрывом. Это так же обеспечивает возможность отработки подкарьерных запасов руды на любой глубине и повышает безопасность работ.
Благодаря тому, что при подземно-открытом способе отработки руду отбивают из радиальных подэтажных ортов буровзрывным способом с образованием наклонных образующих в подземно-открытом ярусе, обеспечивается возможность доставки отбитой суды к центральному рудоспуску по наклонным образующим подземно-открытого яруса совокупным действием гравитационных сил и энергии взрыва. Кроме того, поскольку при принудительной транспортировке отбитой руды отсутствует необходимость в применении для этой цели машин и механизмов, то исключается участие в этом процессе людей, что повышает безопасность работ.
При этом угол наклона α образующих подземно-открытого яруса, формируемых в результате обрушения породы при буровзрывных работах, должен удовлетворять условию ϕ≤α≤γ, где ϕ - угол естественного откоса взорванной горной массы, γ - предельный угол сдвижения рудных уступов. Это условие является результатом эксперимента и его выполнение обеспечивает принудительную доставку отбитой руды к центральному рудоспуску совокупным действием гравитационных сил и энергии взрыва.
Таким образом, из выше изложенного следует, что заявленный способ разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в возможности отработки запасов руды, залегающей ниже проектной отметки дна карьера, до нижней границы разведанных запасов, а так же в повышении безопасности работ.
На фиг.1 изображена схема разработки крутопадающего месторождения полезного ископаемого в соответствии с заявленным способом - вертикальный разрез; на фиг.2 - схема разработки крутопадающего месторождения полезного ископаемого в соответствии с заявленным способом: подземная радиальная подэтажная выработка (вид по А-А).
Схема разработки крутопадающего месторождения полезного ископаемого включает карьер 1, образованный при разработке полезного ископаемого открытым способом; дно 2 карьера в соответствии с проектной глубиной; 3 уступы и площадки 4 на бортах карьера 1, сформированные при отработке руды до проектной глубины - дно карьера 2; рудоспуск 5, предварительно формируемый в центре залежи; породный контур 6. При отработке запасов руды в пределах породного контура 6 сверху вниз горизонтальными слоями, последние связаны сбойками 7 с шахтным комплексом подземных выработок (не показано). Уступы 8 и площадки 9 открыто-подземного яруса 10, у которых угол наклона рудных бортов не более предельных углов сдвижения руды; приконтурный рудный уступ 11 с верхней площадкой 9; подземно-открытый ярус 12; горизонтальная транспортная выработка 13.
Подземная радиальная подэтажная выработка (фиг.2) содержит кольцевой штрек 14, от которого отходят радиальные буровые орты 15. Штрек 14 содержит подэтажную подходную выработку 16. Руду отбивают из радиальных подэтажных ортов буровзрывным способом с образованием наклонных образующих 17, по которым осуществляют доставку отбитой руды к центральному рудоспуску совокупным действием гравитационных сил и энергии взрыва. Разработку руды выполняют до нижней границы 18 разведанных запасов.
Способ разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых осуществляют следующим образом. Отрабатывают месторождение до проектной глубины (до дна карьера) 2 открытым способом с формированием площадок 4 и уступов 3 на бортах карьера 1. Отбитую горную массу вывозят по транспортным бермам. Затем отрабатывают запасы подкарьерных руд, лежащих ниже проектной глубины 2 карьера 1.
Запасы подкарьерных руд отрабатывают открыто-подземным способом с переходом на подземно-открытый с открытым выработанным пространством и перепуском руды по рудоспуску 5. Рудоспуск 5 предварительно формируют в центре залежи. Руда поступает по рудоспуску 5, например, на горизонтальные транспортные выработки 13, и далее - на поверхность.
Отработку подкарьерных запасов руды открыто-подземным способом начинают с отработки руды в пределах породного контура 6, сверху вниз горизонтальными слоями, которые связаны сбойками 7 с шахтным комплексом подземных выработок. Отработанные породные стенки контура 6 приводят в устойчивое положение любым известным способом. Кроме того, породному контуру 6 придают форму, близкую к форме круга.
В дальнейшем отработку нижележащих запасов руды ведут в пределах породного контура 6, не выходя за его границы.
После отработки руды в пределах породного контура 6, продолжают отрабатывать нижележащие запасы руды в пределах породного контура 6 с формированием площадок 9 и уступов 8 с углом наклона рудных бортов не более предельных углов сдвижения руды. Формируют приконтурный рудный уступ 11 с верхней площадкой 9. Отбитую руду перепускают в центральный рудоспуск 5.
После формирования в открыто-подземном ярусе 10 последнего уступа отработку подкарьерных запасов руды продолжают подземно-открытым способом, сверху вниз до нижней границы разведанных запасов 18 с открытым выработанным пространством так же в пределах породного контура 6, сохраняя приконтурный рудный уступ с его верхней площадкой (на фиг.1 показано пунктирной линией). Для формирования наклонных образующих буровзрывные работы ведут, например, одновременно из нескольких подготовленных подэтажей сверху вниз или снизу вверх, исходя из условий безопасной работы.
Для этого в подземно-открытом ярусе 12 в пределах рудных уступов 8 открыто-подземного яруса 10 и ниже на подготавливаемых подэтажах проходят кольцевые штреки 14 с подэтажными сбойками 16 для соединения радиальных буровых ортов 15 с рабочими горизонтами. Радиальные буровые орты 15 проходят из кольцевого штрека 14. Руду отбивают из радиальных подэтажных ортов 15 буровзрывным способом с образованием наклонных образующих 17 в подземно-открытом ярусе 12, по которым осуществляют доставку отбитой руды к центральному рудоспуску 5 совокупным действием гравитационных сил и энергии взрыва. При этом угол наклона α образующих 17 подземно-открытого яруса, формируемых в результате обрушения породы при буровзрывных работах, должен удовлетворять условию ϕ≤α≤γ, где ϕ - угол естественного откоса взорванной горной массы, γ - предельный угол сдвижения рудных уступов 5.
1. Способ разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых, включающий отработку месторождения открытым способом до проектной глубины карьера с формированием площадок и уступов на бортах карьера, вывоз отбитой горной массы, отработку запасов подкарьерных руд, отличающийся тем, что подкарьерные запасы отрабатывают открыто-подземным способом с переходом на подземно-открытый с открытым выработанным пространством и перепуском руды по рудоспуску, который предварительно формируют в центре залежи, при этом отработку подкарьерных запасов начинают открыто-подземным способом в пределах породного контура сверху вниз горизонтальными слоями, которые связаны сбойками с шахтным комплексом, при этом стенки породного контура по мере отработки приводят в устойчивое положение, после чего нижележащие запасы отрабатывают в пределах породного контура сверху вниз уступами с углом наклона рудных бортов не более предельных углов сдвижения руды, при этом формируют приконтурный рудный уступ с верхней площадкой, отбитую руду перепускают в центральный рудоспуск, после формирования последнего уступа отработку подкарьерных запасов продолжают в пределах породного контура подземно-открытым способом, сохраняя приконтурный рудный уступ с его верхней площадкой, сверху вниз с открытым выработанным пространством, для чего в подземно-открытом ярусе в пределах рудных уступов открыто-подземного яруса и ниже на подготавливаемых подэтажах формируют радиальные буровые орты и соединяют их сбойками с рабочими горизонтами, при этом руду отбивают из радиальных подэтажных ортов буровзрывным способом с образованием наклонных образующих, по которым осуществляют доставку отбитой руды к центральному рудоспуску совокупным действием гравитационных сил и энергии взрыва, при этом угол наклона α образующих подземно-открытого яруса, формируемых в результате обрушения руды при буровзрывных работах, должен удовлетворять условию ϕ≤α≤γ, где ϕ - угол естественного откоса взорванной горной массы, γ - предельный угол сдвижения рудных уступов.
2. Способ разработки крутопадающих месторождений полезных ископаемых по п.1, отличающийся тем, что породному контуру придают форму, близкую к форме круга.
