Способ разработки вскрышных пород

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открытой комбинированной разработке пластовых месторождений с двумя угольными пластами, с поочередной выемкой пластов и междупластья и технологией вскрышных работ на базе транспортно-бестранспортной системы разработки. Техническим результатом является снижение себестоимости вскрышных работ и уменьшение вредных выбросов в атмосферу от автотранспорта. Для этого на заранее определенных участках, пригодных для отработки междупластья по бестранспортной технологии, драглайн смещают на необходимую величину в сторону выработанного пространства и создают специальные отвальные емкости, предназначенные впоследствии для экскавации в них пород междупластья. Объемы и количество этих емкостей определяются в зависимости от горнотехнических условий разработки и параметров вскрышного оборудования. Таким образом, происходит перераспределение части объемов транспортной вскрыши на бестранспортную. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открытой комбинированной разработке пластовых месторождений с двумя угольными пластами, с поочередной выемкой пластов и междупластья и технологией вскрышных работ на базе транспортно-бестранспортной системы разработки.

Известен способ бестранспортной разработки вскрышных пород для поочередной выемки двух угольных пластов и междупластья, включающий ряд усложненных технологических схем [1].

Общим в этих схемах является наличие подготовленного пространства со стороны внутренних отвалов для укладки внешней и внутренней вскрыши (междупластья). Междупластье может разрабатываться как непосредственно с его кровли, так и с предотвала. Экскавация по этим схемам осуществляется с верхним и нижним черпанием, и предусматривается последовательная расстановка оборудования (работа друг за другом). Основным недостатком этих схем являются значительные объемы переэкскавации, неадаптированность их к условиям месторождений зоны многолетней мерзлоты (криолитозоны).

Месторождения криолитозоны характеризуются такими особенностями, при которых прямое использование вышеуказанных технологических схем невозможно. К этим особенностям следует отнести обязательную буровзрывную подготовку, смерзание взорванных пород после взрыва, невозможность работы с верхним черпанием и обычно - отсутствие емкостей для внутренней вскрыши (междупластья) со стороны внутренних отвалов.

Смерзание породы ограничивает длину экскаваторного блока. По правилам безопасности расстояние между экскаваторами должно быть не менее 2-х радиусов черпания (с учетом заброса ковша - для драглайнов). Учитывая значительные объемы переэкскавации по вышеуказанным схемам, а также время подготовительных операций по установке экскаватора на предотвал, планировочные работы, последовательная работа драглайнов представляется весьма проблематичной.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является способ разработки вскрышных пород, в котором посредством специальной организации работ и путем ограничения длины экскаваторного блока в зависимости от определяющих факторов можно значительно снизить или даже полностью исключить влияние вторичного смерзания породы.

Данная технология включает: бурение и взрывание верхнего подуступа, экскавацию взорванных пород с кровли нижнего подуступа в предотвал, бурение и взрывание нижнего подуступа и экскавацию взорванных пород в конечный контур отвала.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале двумя заходами отрабатывают взорванные на сброс породы верхнего подуступа. При выполнении первой заходки драглайн готовит площадку стояния, снимая верхнюю часть развала, расположенного на кровле нижнего подуступа. Двигаясь вдоль фронта работ, он экскавирует часть объемов верхнего подуступа в направлении выработанного пространства, создавая предотвал. По окончании работ на первой заходке драглайн переходит на предварительно спланированный предотвал. Работая здесь, он перемещает предотвал и породы верхнего подуступа, не попавшие в конечный контур отвала в пределы этого контура.

Затем организуются работы на нижнем подуступе. После его взрывания на поверхность откоса отвала драглайн, выполняя третью заходку, готовит себе площадку стояния и одновременно экскавирует объемы второго подуступа в конечный контур отвала.

Экскавационные работы в блоке должны быть выполнены до завершения процесса смерзания, при этом длина экскаваторного блока должна быть не более [2]:

,

где Q_э - эксплуатационная производительность экскаватора;

Т_п - температура породы;

d_cp - средний размер куска;

а - температуропроводность породы;

Т_в - температура воздуха;

В - ширина экскаваторной заходки;

h - высота подуступа;

K_р, K_с, K_n - соответственно коэффициенты разрыхления, сброса и переэкскавации.

Данный принцип с ограничением длины взрываемого блока успешно применяется и при отработке одного вскрышного уступа.

Недостатком этого способа является то, что он предусматривает отработку междупластья по транспортной схеме (ЭКГ + автотранспорт), что приводит к высокой себестоимости вскрышных работ и увеличивает вредные выбросы в атмосферу карьера. Следует отметить, что себестоимость разработки 1 м³ вскрышных пород по бестранспортной технологии в 2,5-5,4 и более раз меньше, чем себестоимость отработки 1 м³ по транспортной технологии, и было бы весьма целесообразно производить отработку междупластья также по бестранспортной технологии. То есть необходимо при отсутствии свободного пространства со стороны внутренних отвалов перераспределить объемы или часть объемов транспортной вскрыши (междупластья) на бестранспортную технологию и произвести экскавацию междупластья драглайном в конечный контур отвала.

Решить эту задачу можно, создавая на заранее определенных участках, пригодных для отработки междупластья по бестранспортной технологии, специальные отвальные емкости по фронту работ. При этом в процессе разработки уступа внешней вскрыши драглайн смещают на расчетную величину в сторону выработанного пространства и создают специальную отвальную емкость, в которую впоследствии экскавируют породы междупластья.

Такое решение проблемы требует тщательного изучения горнотехнических условий разработки по фронту работ, предварительной оценки возможности укладки драглайном пород междупластья в конечный контур отвала в стесненных условиях нижней части рабочей зоны карьера и выделения участков бестранспортной отработки междупластья.

Оценка возможности укладки драглайном пород междупластья в конечный контур отвала и выделение участков его бестранспортной отработки осуществляют исходя из параметров экскаватора и параметров рабочей зоны: мощностей вскрыши, пластов полезного ископаемого, мощности междупластья, ширины заходки.

Длина создаваемой емкости определится следующим образом.

Пусть h_м - мощность междупластья, м;

А_зах - ширина экскаваторной заходки, м;

L_бестр - длина участка по фронту работ, на котором возможно применение бестранспортной технологии отработки междупластья;

V_м - объем междупластья на данном участке фронта работ, м³.

V_m=h_м·А_зах·L_бестр;

h_отк - длина откоса отвала, м;

m - принятая глубина емкости, м;

L_емк - длина создаваемой емкости, м.

Объем создаваемой емкости должен быть равен объему междупластья, который необходимо уложить в отвал драглайном.

.

И тогда необходимая длина создаваемой емкости:

.

Параметр m характеризует также величину смещения оси драглайна в сторону выработанного пространства при создании специальной емкости. Этот параметр зависит от мощности междупластья и объемов переэкскавации при создании отвальной емкости.

При создании отвальных емкостей произойдет некоторое увеличение объемов переэкскавации, которое впоследствии будет компенсировано разницей себестоимости разработки по транспортной и бестранспортной технологиям.

Из анализа вышеприведенных аналогов видно, что при открытой комбинированной разработке пластовых месторождений с двумя угольными пластами, с поочередной выемкой пластов и междупластья бестранспортная отработка междупластья известна, но при наличии свободного пространства со стороны внутренних отвалов. В условиях, когда такого пространства нет, формирование его по всему фронту работ на месторождениях криолитозоны практически неосуществимо, так как влечет за собой существенные затраты, такие как планировка внутренних отвалов, бурение их, взрывание и повторную экскавацию в сторону выработанного пространства. К тому же в условиях сезонности работ выполнение этих операций сорвет вскрышные работы и соответственно подготовку запасов полезного ископаемого.

Предлагаемый способ разработки вскрышных пород, включающий бурение блока и взрывание вскрышного уступа, экскавацию взорванных пород с кровли верхнего пласта полезного ископаемого в предотвал, последующую экскавацию предотвала и оставшихся объемов породы в конечный контур отвала, бурение, взрывание и отработку верхнего пласта полезного ископаемого, бурение, взрывание и отработку междупластья отличается тем, что на заранее определенных участках, пригодных для отработки междупластья по бестранспортной технологии, драглайн смещают на расчетную величину в сторону выработанного пространства и создают специальную отвальную емкость, предназначенную впоследствии для экскавации в нее объемов междупластья, при этом длина этой емкости определится из выражения:

.

Все это говорит о том, что предлагаемое изобретение обладает новизной и изобретательным уровнем.

Предлагаемая технология имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- в 2,5-5,4 раза снижается себестоимость разработки междупластья;

- сокращаются объемы транспортной вскрыши, вследствие чего часть парка автотранспорта высвобождается для работы на других, более сложных участках разработки;

- уменьшаются вредные выбросы в атмосферу.

Возможность осуществления данного способа перераспределения объемов транспортной вскрыши на бестранспортную зависит от горнотехнических условий разработки, параметров рабочей зоны карьера и параметров вскрышного оборудования - экскаватора-драглайна.

На чертеже показан способ разработки вскрышных пород с предварительно создаваемыми специальными отвальными емкостями для пород междупластья.

Способ осуществляется следующим образом. После производства буровзрывных работ на уступе внешней вскрыши экскаватор начинает экскавацию развала взорванной породы в конечные контуры отвала. При этом на заранее определенных участках, пригодных для отработки междупластья по бестранспортной технологии, драглайн смещают на необходимую величину m в сторону выработанного пространства и создают специальную отвальную емкость. Длина этой емкости определится из выражения .

На участках, где невозможно создать такую емкость, отсыпку отвала осуществляют обычным способом, без смещения оси экскаватора.

После отработки вскрышного уступа отрабатывают верхний пласт полезного ископаемого. Затем приступают к отработке междупластья. После производства буровзрывных работ на участках с предварительно созданными отвальными емкостями экскавируют междупластье драглайном в конечный контур отвала. На других участках междупластье отрабатывают по транспортной технологии. После этого отрабатывают нижний пласт полезного ископаемого.

Рассмотрим конкретный пример расчета обоснования параметров m и L_емк на примере разреза "Кангаласский" ОАО ХК "Якутуголь".

Горно-геологические условия угленосных отложений Кангаласского месторождения предопределили границу разделения принятых на разрезе транспортной и бестранспортной систем разработки.

Границей разделения в настоящее время является кровля пласта "Верхний". Принятое решение обусловлено значительными мощностями вскрышных пород, достигающими 38 м.

Внешняя вскрыша на разрезе "Кангаласский" выше пласта "Верхний" отрабатывается по бестранспортной технологии драглайном ЭШ-10/70 с отсыпкой во внутренние отвалы.

Присутствующая на разрезе внутренняя вскрыша (междупластье), представленная глинами, алевролитами и песчаниками, отрабатывается по транспортной технологии с экскавацией ЭКГ-5А и транспортированием самосвалами БелА3-75405 также во внутренние отвалы.

Мощность внешней вскрыши на участках месторождения колеблется в диапазоне 3-х характерных значений. Это участки с мощностью вскрыши до 10 м, участки, имеющие среднюю мощность вскрыши порядка 25 м, и участки с мощностью вскрышных отложений до 38 м.

Для обоснования параметров m и L_емк необходимо вначале определить возможность экскавации внутренней вскрыши в конечный контур отвала в данных условиях.

Обоснование параметров расстановки драглайна для экскавации внутренней вскрыши в конечный контур отвала производилось графоаналитическим методом в соответствии с принятыми параметрами системы разработки на рассматриваемом предприятии. При этом были рассмотрены варианты с различными мощностями внешней вскрыши и шириной экскаваторной заходки 40-60 м. Принятая в расчетах мощность внутренней вскрыши 2,5-3,0 м. Глубина создаваемой емкости принималась в диапазоне 2-10 м, с интервалом в 2 м. Критерии оценки - свободное прохождение ковша драглайна над любой точкой отвала во время его разгрузки при соблюдении безопасных расстояний в соответствии с нормативными документами. То есть такие технические параметры, как высота и радиус разгрузки, являются ограничивающим фактором для параметров отвальной насыпи.

В результате расчетов было установлено, что в данных горнотехнических условиях максимальная высота уступа внешней вскрыши, при которой возможно создание специальных отвальных емкостей, составляет 20 м.

После этого производился расчет технологической схемы отработки уступа внешней вскрыши со смещением драглайна и созданием отвальной емкости. Смещение, или глубина отвальной емкости m принималась 2, 4, 6...10 м. Результаты расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1
Приращение объемов переэкскавации при различных мощностях вскрыши и параметрах экскаваторной заходки в %
Ширина заходки	Высота уступа 10 м
	2 м	4 м	6 м	8 м	10 м
А=40 м	18,75	40	85	120,25	166,25
А=50 м	11,25	27,7	44,4	64,16	79,03
А=60 м	16	45,83	64,83	91,66	130
Среднее, %	15,33	37,86	64,75	92,02	125,26
	Высота у ступа 15 м
А=40 м	12,21	25,58	46,74	69,77	94,92
А=50 м	15,10	34,39	45,92	89,79	130,20
А=60 м	18,65	40,27	75,67	107,84	152,16
Среднее, %	15,32	33,45	56,11	89,13	125,59

Длина участка с мощностью вскрыши 15 м составляет 100 м. Объем междупластья при ширине заходки 50 м и мощности междупластья 2,5 составляет 2,5·100·50=12500 м³.

Высота отвала равна 21 м и длина откоса контура отвала составляет 30 м. Тогда, принимая смещение оси драглайна равным 4 м, получим длину создаваемой емкости:

.

Источники информации

1. М.И.Щадов, К.Е.Винницкий, М.Г.Потапов и др. Развитие техники и технологии открытой угледобычи. - М.: Недра, 1987. - 237 с.

2. Авторское свидетельство №1624152, Кл. Е21С 41/00. Способ разработки вскрышных пород / И.И.Заудальский, А.С.Марченко, С.Н.Петров и др. (СССР). Заявл. 17.10.1998. Опубл. 01.10.1990. // Открытия, изобретения. - 1991. №4. - С.89.

Способ разработки вскрышных пород, включающий бурение блока и взрывание вскрышного уступа, экскавацию взорванных пород с кровли верхнего пласта полезного ископаемого в предотвал, последующую экскавацию предотвала и оставшихся объемов породы в конечные контуры отвала, бурение, взрывание и отработку верхнего пласта полезного ископаемого, бурение, взрывание и отработку между пластья, отличающийся тем, что на заранее определенных участках, пригодных для отработки междупластья по бестранспортной технологии, драглайн смещают на необходимую величину в сторону выработанного пространства и создают специальную отвальную емкость, куда экскавируют впоследствии объемы междупластья, при этом длина этой емкости определится из выражения

L_емк=V_м/h_откm, м,

где V_м - объем междупластья на данном участке фронта работ, м³;

h_отк - длина откоса отвала, м;

m - принятая глубина емкости, м;

L_емк - длина создаваемой емкости, м.