Способ открытой разработки полезного ископаемого
Изобретение может быть использовано при разработке крутопадающих пластов полезного ископаемого, при доработке запасов ниже проектной границы карьера. Техническим результатом является отработка запасов ниже проектной границы карьера при повышенной обводненности, особенно имеющей неравномерный по времени характер. Способ включает раздельную во времени буровзрывную отбойку вскрышных пород и полезного ископаемого и их раздельную уборку с формированием бортов карьера. При этом выемку полезного ископаемого и вмещающих пород ведут горизонтальными слоями, нижние границы которых размещают на разных уровнях, расстояние между которыми меньше толщины горизонтального слоя. Причем, при выемке полезного ископаемого и вскрышных пород используют малогабаритное мобильное буровое оборудование и малогабаритное мобильное погрузочное оборудование, обеспечивающее черпание горной массы ниже своей опорной поверхности, при этом расстояние между нижними границами слоев полезного ископаемого и вмещающих пород принимают не превышающим глубины черпания малогабаритного мобильного погрузочного оборудования. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке крутопадающих пластов полезного ископаемого, предпочтительно при доработке запасов ниже проектной границы карьера (отработке подкарьерных запасов), особенно в случаях, когда запасы полезного ископаемого представлены вертикальными телами типа штокверков или даек сравнительно небольших поперечных размеров.
Известен способ открытой разработки полезного ископаемого, включающий буровзрывную отбойку горизонтальными слоями по простиранию рудного тела, уборку отбитой горной массы с формированием бортов карьера по контакту лежачего бока рудного тела с вмещающими породами и по пустым породам, под углом к горизонтальной плоскости, максимально допустимым по условию устойчивости бортов (см. пат. РФ №2213221, кл. Е21С 41/00, 2003 г.).
Недостаток этого технического решения - сложность ведения работ в условиях повышенной обводненности, кроме того, способ может быть реализован при использовании специализированных комплектов оборудования типа грейферных погрузчиков, применительно к рудным телам средней мощности, поскольку увеличение мощности рудного тела требует увеличения габаритов опорного устройства грейферного погрузчика.
Известен также способ открытой разработки полезного ископаемого, включающий раздельную во времени буровзрывную отбойку вскрышных пород и полезного ископаемого и их раздельную уборку с формированием бортов карьера (см. Ю.П.Астафьев, Г.С.Сулима и др. Горное дело. М. - "Недра", 1973, с.356, рис.188)
Недостаток этого способа - необходимость извлечения значительных объемов вмещающих пород, особенно если необходимо отработать запасы ниже проектной границы карьера, кроме того, сложность ведения работ в условиях повышенной обводненности, кроме того, при уменьшении размеров рабочих площадок до минимума крупногабаритное оборудование не может быть эффективно использовано как из-за стесненности забоя, так и из-за сложности его эвакуации из забоя на время взрывной отбойки.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в обеспечении возможности отработки запасов ниже проектной границы карьера при повышенной обводненности, особенно имеющей неравномерный по времени характер.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в исключении необходимости применения крупногабаритного оборудования, упрощения операций его эвакуации из забоя на время взрывной отбойки. Кроме того, снижается разубоживание полезного ископаемого.
Для решения поставленной задачи способ открытой разработки полезного ископаемого, включающий раздельную во времени буровзрывную отбойку вскрышных пород и полезного ископаемого и их раздельную уборку с формированием бортов карьера, отличается тем, что выемку полезного ископаемого и вмещающих пород ведут горизонтальными слоями, нижние границы которых размещают на разных уровнях, расстояние между которыми меньше толщины горизонтального слоя, причем, при выемке полезного ископаемого и вскрышных пород используют малогабаритное мобильное буровое оборудование и малогабаритное мобильное погрузочное оборудование, обеспечивающее черпание горной массы ниже своей опорной поверхности, при этом расстояние между нижними границами слоев полезного ископаемого и вмещающих пород принимают не превышающим глубины черпания малогабаритного мобильного погрузочного оборудования. Кроме того, расстояние между нижними границами слоев полезного ископаемого и вмещающих пород принимают равным половине толщины слоя. Кроме того, транспортировку горной массы осуществляют автотранспортом, для перемещения которого используют нетронутую поверхность объема полезного ископаемого или вскрышных пород. Кроме того, отбойку полезного ископаемого производят на борт карьера, формируемый по лежачему боку его залежи, а отбойку вскрышных пород производят на противоположный борт карьера. Кроме того, в пределах забоев по полезному ископаемому и вскрышным породам вблизи бортов карьера выполняют водоприемные зумпфы, при этом, при уборке отбитой массы, в первую очередь ее убирают в пределах проектного объема водоприемного зумпфа.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
Под вскрышными породами авторы понимают пустые породы, извлекаемые для обеспечения возможности выемки полезного ископаемого.
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:
Признаки “… выемку полезного ископаемого и вмещающих пород ведут горизонтальными слоями, …” упрощают организацию работ на участках доработки подкарьерных запасов полезного ископаемого.
Признаки, “…нижние границы которых размещают на разных уровнях…” в сочетании с вышеупомянутыми признаками обеспечивают возможность постоянного нахождения буровой, погрузочной и транспортной техники выше уровня воды, поступающей в карьер (накапливающейся на его дне) при обычном режиме работы водоотливной системы.
Признаки, указывающие, что “… расстояние между нижними границами слоев “… меньше толщины горизонтального слоя …” в сочетании с признаками второго пункта формулы, обеспечивают возможность увеличения толщины горизонтального слоя (полезного ископаемого или вскрышных пород) больше глубины черпания малогабаритного мобильного погрузочного оборудования
Признаки “… при выемке полезного ископаемого и вскрышных пород используют малогабаритное мобильное буровое оборудование и малогабаритное мобильное погрузочное оборудование” обеспечивают оперативную эвакуацию оборудования на вышележащие горизонты при выполнении буровзрывных работ, поскольку эвакуация в пределах дна карьера неэффективна из-за его ограниченных размеров.
Признаки, указывающие, что в качестве погрузочного необходимо использовать оборудование, “… обеспечивающее черпание горной массы ниже своей опорной поверхности”, обеспечивают независимость эффективности работы погрузочного оборудования (при его размещении на поверхности нетронутого уступа) от интенсивности водопритока в карьер.
Признаки, указывающие, что “расстояние между нижними границами слоев полезного ископаемого и вмещающих пород принимают не превышающим глубины черпания малогабаритного мобильного погрузочного оборудования”, обеспечивают полноту уборки отбитой горной массы с дна полости, образующейся после взрывной отбойки.
Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают эффективную работу автотранспорта за счет ее независимости от влияния водопритока в карьер.
Признаки четвертого пункта формулы изобретения обеспечивают локализацию отбитого полезного ископаемого практически в пределах площади забоя по полезному ископаемому и локализацию отбитых вскрышных пород практически в пределах площади забоя по вскрышным породам.
Признаки пятого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность проведения работ по погрузке и транспортировке отбитой массы (полезного ископаемого или вскрышных пород) в условиях, экстремально больших и неравномерных водопритоков. Кроме того, обеспечивается максимальное удаление зумпфа от зоны разлета кусков полезного ископаемого или вмещающих пород при буровзрывной отбойке. Кроме того, исключается контакт воды, накапливаемой в зумпфе, с соответствующим бортом карьера, что исключает ослабление пород, его составляющих и, тем самым, способствует сохранению устойчивости борта при низкой водостойкости пород.
На фиг.1 показан вертикальный разрез по залежи полезного ископаемого, вид в процессе обуривания верхнего слоя вскрышных пород, толщина которого равна половине нормальной толщины слоя; на фиг.2 показано то же, на начальном этапе процесса уборки отбитых вскрышных пород; на фиг.3 показано то же, в процессе обуривания самого верхнего слоя полезного ископаемого; на фиг.4 показано то же, на начальном этапе процесса уборки отбитого полезного ископаемого; фиг.5 показано то же, на начальном этапе процесса обуривания слоя вскрышных пород нормальной толщины.
На чертежах показаны: вскрышные породы 1, залежь полезного ископаемого 2, борт 3 карьера, формируемый по лежачему боку залежи, противоположный борт 4 карьера, верхние 5 и нижние 6 границы горизонтальных слоев по вскрышным породам 1, верхние 7 и нижние 8 границы горизонтальных слоев по залежи полезного ископаемого 2, расстояние 9 между нижними границами 6 и 8 горизонтальных слоев, толщина 10 горизонтального слоя, малогабаритное мобильное буровое оборудование 11, малогабаритное мобильное погрузочное оборудование 12, глубина черпания 13 малогабаритного мобильного погрузочного оборудования 12, автомобиль 14, нетронутая поверхность 15 полезного ископаемого, нетронутая поверхность 16 вскрышных пород 1, водоприемные зумпфы 17, отбитые вскрышные породы 18, отбитое полезное ископаемое 19, скважины 20.
Заявленный способ применяют при доработке запасов руды, залегающих ниже проектной отметки дна карьера на глубину до 100 м (по условиям устойчивости бортов), предпочтительно, по крутопадающим залежам мощностью до 50 м.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
В качестве малогабаритного мобильного бурового оборудования 11 используют буровую установку ROC-8, обеспечивающую бурение скважин диаметром 155 мм, в качестве малогабаритного мобильного погрузочного оборудования 12 используют гидравлический экскаватор с обратной лопатой емкостью 2-3 м3. Для транспортировки отбитой горной массы используют автомобиль Белаз-540.
Конструктивно водоприемные зумпфы 17 выполнены в виде траншей (канав). Их размеры (площадь поперечного сечения и длина) определяются водопритоком. Их располагают в пределах забоев по полезному ископаемому и вскрышным породам вблизи бортов карьера так, чтобы продольная ось (не показана) располагалась вдоль борта карьера. При этом, при малых размерах рабочей площадки (площади забоя) и при выемке последнего слоя полезного ископаемого водоприемные зумпфы не формируют.
Борт 4 карьера формируют с углом наклона, превышающим угол естественного откоса.
Скважины 20 располагают под углом к горизонтали, обеспечивающим отбрасывание отбитой горной массы на соответствующий борт карьера (полезное ископаемое отбрасывают на борт 3, а вскрышные породы на борт 4).
Отбойку от уровня дна 21 отработанного карьера начинают с отбойки слоя пустой породы, толщина которого равна половине нормальной толщины слоя (фиг.1). При этом, в процессе обуривания на участке, соответствующем проектному контуру водоприемного зумпфа, глубина скважин 20 увеличивается вдвое (равна полной толщине слоя). Технология ведения буровзрывных работ и меры безопасности в отношении людей и оборудования не отличаются от известных.
После взрыва и проветривания карьера начинают работу по уборке отбитых вскрышных пород 18. В зависимости от ширины забоя по вскрышным породам 18 малогабаритное мобильное погрузочное оборудование 12 может быть установлено непосредственно на кромке нетронутой поверхности 15 полезного ископаемого (если его ковш “дотягивается” до самой удаленной точки зачищаемой поверхности 16). В противном случае мобильное погрузочное оборудование 12 вначале используют для выравнивания поверхности отбитых вскрышных пород 18 по уровню нетронутой поверхности 15 полезного ископаемого, после чего его перемещают ближе к борту 4 карьера на расстояние, обеспечивающее зачистку поверхности 16 (дна выемки, т.е. нижней 6 границы горизонтального слоя по вскрышным породам 1). Далее черпание и погрузка отбитой массы идет обычным способом с ее уборкой, в первую очередь, из пределов проектного объема водоприемного зумпфа. Уборку отбитой массы начинают со стороны, противоположной выезду автотранспорта, что позволяет существенно совместить по времени процесс уборки отбитой массы и обуривания слоя полезного ископаемого.
Далее отбойку слоев полезного ископаемого 2 и вскрышных пород 1 ведут горизонтальными слоями одинаковой толщины. Целесообразно, чтобы их толщина 10 соответствовала удвоенному расстоянию 9 между нижними границами 6 и 8 соответственно слоев вскрышных пород 1 и полезного ископаемого 2. При этом, расстояние 9 не должно превышать глубину черпания 13 малогабаритного мобильного погрузочного оборудования 12. Реально расстояние 9 принимают порядка 5 м, соответственно, толщина 10 горизонтальных слоев находится в пределах 10 м. Таким образом, после выемки “половинного” по толщине слоя вскрышных пород чередуют отбойку слоя полезного ископаемого с отбойкой вскрышных пород и так до выхода на отметку нижнего горизонта, запланированную при отработке подкарьерных запасов.
Последовательность работ при выемке слоев полезного ископаемого и руды соответствует описанной при выемке половинного” по толщине слоя вскрышных пород.
Водоприток нейтрализуется локализацией в зумпфе (откуда вода откачивается известным образом) и в отбитой массе ниже поверхности, по которой перемещается техника.
1. Способ открытой разработки полезного ископаемого, включающий раздельную во времени буровзрывную отбойку вскрышных пород и полезного ископаемого и их раздельную уборку с формированием бортов карьера, отличающийся тем, что выемку полезного ископаемого и вмещающих пород ведут горизонтальными слоями, нижние границы которых размещают на разных уровнях, расстояние между которыми меньше толщины горизонтального слоя, причем при выемке полезного ископаемого и вскрышных пород используют малогабаритное мобильное буровое оборудование и малогабаритное мобильное погрузочное оборудование, обеспечивающее черпание горной массы ниже своей опорной поверхности, при этом расстояние между нижними границами слоев полезного ископаемого и вмещающих пород принимают не превышающим глубины черпания малогабаритного мобильного погрузочного оборудования.
2. Способ открытой разработки полезного ископаемого по п.1, отличающийся тем, что расстояние между нижними границами слоев полезного ископаемого и вмещающих пород принимают равным половине толщины слоя.
3. Способ открытой разработки полезного ископаемого по п.1, отличающийся тем, что транспортировку горной массы осуществляют автотранспортом, для перемещения которого используют нетронутую поверхность объема полезного ископаемого или вскрышных пород.
4. Способ открытой разработки полезного ископаемого по п.1, отличающийся тем, что отбойку полезного ископаемого производят на борт карьера, формируемый по лежачему боку его залежи, а отбойку вскрышных пород производят на противоположный борт карьера.
5. Способ открытой разработки полезного ископаемого по п.1, отличающийся тем, что в пределах забоев по полезному ископаемому и вскрышным породам вблизи бортов карьера выполняют водоприемные зумпфы, при этом при уборке отбитой массы в первую очередь ее убирают в пределах проектного объема водоприемного зумпфа.
