Способ разработки пластовых месторождений драглайнами
Владельцы патента RU 2584334:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") (RU)
Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при разработке пластов песков россыпей, угля, пологих или наклонных залежей полезных ископаемых с применением бестранспортных систем разработки. Первоначально с торцевой стороны заходки отрабатывают нижнюю часть уступа, создают по ширине заходки на подстилающих породах свободную полосу до нижней бровки торцевой стороны уступа и вынутые пустые породы отсыпают в отвал с продольной стороны уступа без его подсыпки. Полезное ископаемое отсыпают в навал на поверхности. Затем вынимают породы из торцевой стороны верхней части уступа и размещают их в отвал на созданную полосу у торцевой нижней части уступа и откоса борта карьера, расширяют отвал по дуге в направлении отвала, размещенного с продольной стороны уступа. Для создания рельефа поверхности, отвечающего принятому направлению рекультивации, отвал в выработанном пространстве в точках отсыпки формируют разной высоты. Технический результат изобретения заключается в увеличении объема внутреннего отвала, отсыпаемого с одного места стояния экскаватора, за счет использования дополнительного выработанного пространства в торцевой части уступа, а также выполнение рекультивации, включающей предварительное выравнивание поверхности с выполнением основного объема земляных работ драглайном. 4 ил.
Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при разработке пластов песков россыпей, угля, пологих или наклонных залежей полезных ископаемых с применением бестранспортных систем разработки.
Бестранспортные системы разработки нашли широкое применение при добыче полезных ископаемых всех видов, в том числе угля, золота и строительных материалов. Использование экскаваторов драглайнов позволяет выполнять и совмещать во времени вскрышные, добычные и рекультивационные работы одним оборудованием. Как правило, технический этап рекультивации земель включает предварительное выравнивание поверхности с выполнением основного объема земляных работ и последующее окончательное выравнивание поверхности с исправлением микрорельефа при незначительных объемах земляных работ. В большинстве случаев работы по рекультивации относят на конечные периоды отработки месторождений, что при необходимости последующих мелиоративных мероприятий значительно отдаляет возврат земель в народное хозяйство.
Заявляемое изобретение решает вопросы восстановления нарушенных горными работами территорий и относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с. 110], так как направлено на увеличение объема внутреннего отвала, отсыпаемого с одного места расположения стоянки экскаватора, за счет использования дополнительного выработанного пространства с торцевой стороны нижней части уступа, а также выполнение рекультивации, включающей предварительное выравнивание поверхности с выполнением основного объема земляных работ драглайном.
Известен и широко применяется способ разработки месторождений полезных ископаемых продольными заходками с размещением вскрышных пород в выработанное пространство драглайном со стороны продольного откоса уступа (Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть 2. Технология и комплексная механизация. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1985, стр. 167-168).
Общим признаком аналога, сходным с существенным признаком заявляемого способа, является отработка уступов пустых пород драглайном продольными заходками с отсыпкой пустых пород в выработанное пространство в отвалы с продольной стороны поверхности уступа.
Недостатком способа является то, что при отработке конечной прибортовой заходки вдоль контура карьера остается незаполненное выработанное пространство между откосом борта карьера и внутренним отвалом, образованным из пустых пород прибортовой заходки, которое при последующей рекультивации необходимо засыпать, планировать поверхность, создавать необходимые уклоны, то есть выполнять при этом дополнительные объемы земляных работ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки труднодрагируемых россыпей (а.с. №1788267, кл. Е21С 41/32. Тальгамер Б.Л., Гуричев А.В., Кудряшев В.А., опубликовано 27.11.95 г., бюл. №33), включающий подготовку месторождения, вскрытие котлованом до плотика (подстилающих пород), отсыпку отвала на плотик и его наращивание, перемещение пустых пород целика в выработанное пространство, создание первоначального котлована (свободная полоса на подстилающих породах) на всю ширину россыпи, расположение экскаватора на целике пустых пород, отработку с одного места стоянки, размещение отвала на борт котлована (борт карьера) и части подстилающих пород, прилегающих к бортам, укладку пустых пород на плотик и откосы отвала, формирование нового котлована, перемещение экскаватора на следующее место стояния и повторение операции.
Общими признаками прототипа с заявляемым объектом является одновременная отработка вскрыши и полезного ископаемого вдоль контура борта карьера (котлована) с одного места стоянки экскаватора и отсыпка пустых пород, вынимаемых из заходки обратно на борт карьера, подстилающие породы, прилегающие к бортам и откосы отвала, перемещение экскаватора на новое место стоянки и повторение операции.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что недостатком способа является неполное заполнение создаваемого экскаватором котлована породами из целика по его длине, то есть длина полосы для размещения пород из целика на плотике меньше шага передвижки. Это объясняется тем, что первоначальное выработанное пространство с торцевой стороны заходки экскаватора формируется с одного места расположения стоянки экскаватора и при отработке заходки по ее длине с периодическим перемещением экскаватора не может превышать расстояние передвижки между стоянками экскаватора на уступе. Для отсыпки пород на плотик со следующего места расположения стоянки экскаватора, то есть для выполнения повторения операции, требуется иметь уже готовое выработанное пространство, поэтому выработанное пространство, созданное с предыдущего места расположения стоянки, не может быть заполнено по длине отвалами полностью, иначе процесс отсыпки пород не повторить.
Вторым недостатком является то, что рельеф поверхности создается в выработанном пространстве рассредоточенными по ширине котлована отвалами, а отвалы от промывки песков драгой представлены промытой галечной фракцией и в последующем требуют дополнительной засыпки их хотя бы потенциально плодородными породами.
Необходимость оставления на подстилающих породах после окончания отсыпки отвалов с одного места стояния экскаватора свободной полосы с фронтальной стороны уступа по его длине и рассредоточение отвалов пустых пород по ширине заходки не позволяют размещать большие объемы пустых пород в выработанное пространство и, соответственно, отрабатывать высокие уступы. Размещение отвалов пустых пород только вдоль бортов карьера не позволяет управлять направлением уклонов при рельефообразовании.
Заявленное техническое решение направлено на увеличение объема внутреннего отвала, отсыпаемого с одного места расположения стоянки экскаватора, за счет использования дополнительного выработанного пространства в торцевой части уступа, а также выполнение рекультивации, включающей предварительное выравнивание поверхности с выполнением основного объема земляных работ драглайном.
Технический результат заключается в формировании внутреннего отвала увеличенной емкости с регулируемым уклоном поверхности, отвечающим требованиям различных направлений рекультивации, путем заполнения пустой породой с торцевой стороны нижней части вынимаемого уступа всего создаваемого с одного места расположения стоянки экскаватора выработанного пространства и использования выработанного пространства с продольной стороны уступа. Рельефообразующий профиль поверхности создается путем формирования в точках разгрузки породы навалов различной высоты или использования веерной разгрузки ковша драглайна.
Технический результат достигается тем, что при разработке месторождения производят вскрытие месторождения, разделение уступа по высоте, разработку пустых пород и полезного ископаемого одним драглайном по длине выемочного участка, отрабатываемого с одного места расположения стоянки экскаватора, создают с торцевой и продольной сторон уступа выработанное пространство, ограниченное подстилающими породами, откосами бортов и откосами отвалов, при этом сформированное при выемке полезного ископаемого выработанное пространство с торцевой стороны заходки заполняют пустыми породами верхней части уступа по дуге до нижней бровки откоса пласта полезного ископаемого. Для создания рельефа поверхности, отвечающего принятому направлению рекультивации, отвал в выработанном пространстве в точках отсыпки формируют разной высоты.
Создание в нижней части уступа со стороны торцевой части заходки полосы на подстилающих породах и ее заполнение по длине породами вскрыши до нижней бровки торцевой стороны нижней части уступа позволяет увеличить объем пород размещаемых в отвал.
Создание выработанного пространства с продольной стороны заходки и отсыпка в него пустых пород дает возможность увеличить высоту уступа и объем отсыпки пустых пород в отвал при отработке одной заходки.
Отсыпка пустых пород по дуге окружности на откос борта карьера, подстилающие породы и откос отвала, сформированного с продольной стороны уступа, позволяет увеличить площадь отвалообразования, управлять формируемым рельефом поверхности и размещать дополнительно объем пустых пород между отвалами, созданными с торцевой и продольной частей уступа.
Разделение уступа по высоте на подуступы позволяет при опережающей разработке его нижней части создать по длине заходки выработанное равное максимально возможному шагу передвижки драглайна из условия не подсыпки забоя и применить попеременную отсыпку пустой породы с продольной и торцевой сторон заходки.
Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа, т.е. соответствует требованиям, предъявляемым к изобретению по критерию «новизна».
Из уровня техники неизвестны признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного способа, однако выявлены признаки, сходные с отличительными признаками.
Известна раздельная разработка пустых пород вскрышного уступа по высоте драглайном, расположенным на промежуточном горизонте, когда пустые породы нижнего подуступа укладывают в отвал, а потенциально плодородные породы верхнего подуступа между гребнями (Техника и технология рекультивации на открытых разработках. И.: Недра, 1977. 214 с., стр. 131-132. Авт.: А.К. Полищук, A.M. Михайлов, И.И. Заудальский и др.).
Такая схема разработки и укладки пустых пород в выработанное пространство применяется при селективной разработке и отсыпке пустых пород в отвал для создания в его верхней части слоя потенциально плодородных или плодородных пород и предусматривает стороны откоса уступа. В заявленном техническом решении раздельная отработка уступа по высоте позволяет создать дополнительно выработанное пространство с торцевой стороны уступа и не связана с необходимостью селективного отвалообразования.
Таким образом, из уровня техники не известно влияние сходных с отличительными признаков на достигаемый технический результат, заключающийся в увеличении площади восстановленной поверхности, формировании внутреннего отвала увеличенной емкости с управляемым уклоном поверхности при отработке заходки.
Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами, где
- на фиг. 1 показана план схема отработки нижней части уступа и отсыпку отвала с продольной стороны заходки;
- на фиг. 2 представлен продольный разрез по линии II-II в месте размещения отвала с торцевой стороны заходки при отработке верхней части уступа;
- на фиг. 3 представлен поперечный разрез по линии I-I в месте размещения отвала с продольной стороны заходки при отработке нижней части уступа;
- на фиг. 4 представлена план-схема формирования отвала с торцевой стороны заходки и всего отвального комплекса в выработанном пространстве, образованном отработкой прибортовой и предшествующей ей заходками.
Элементы, позиции на чертежах обозначаются следующими цифрами и буквенными обозначениями:
1 - верхняя часть уступа;
2 - нижняя часть уступа;
3 - положение откоса нижней части уступа в начале отработки с торцевой стороны;
4 - свободная полоса, создаваемая на подстилающих породах в процессе отработки нижней части уступа;
5 - полоса на подстилающих породах, создающая выработанное пространство при отработке предыдущей заходки;
6 - отвал, отсыпаемый с продольной стороны уступа, из пород, вынутых из нижней части уступа;
7 - навал полезного ископаемого на поверхности;
8 - гребень отвала, отсыпаемого с торцевой части уступа;
9 - отвал, формируемый с торцевой стороны заходки из пород верхней части уступа;
10 - нижняя бровка отвала формируемого с торцевой стороны заходки из пород верхней части уступа;
11 - нижняя бровка пласта полезного ископаемого с торцевой стороны заходки;
12 - откос борта карьера;
Rp - радиус разгрузки экскаватора драглайна;
Rч - радиус черпанья экскаватора драглайна;
А - ширина экскаваторной заходки;
НУВ - мощность верхней части вскрышного уступа;
НУН - мощность нижней части вскрышного уступа;
hп.и. - мощность полезного ископаемого;
ау - угол откоса вскрышного уступа;
b - угол откоса добычного уступа;
ао - угол откоса отвала вскрышной породы;
Но - высота отвала вскрышной породы;
ПБ - берма безопасности.
Способ разработки месторождений, полезное ископаемое которых представлено пластом или горизонтальными либо пологими залежами, перекрытыми пустыми породами, осуществляется следующим образом.
Выполнение вскрышных и добычных работ на месторождении осуществляется по бестранспортной системе разработки параллельными заходками с внутренним отвалообразованием. При вскрытии месторождения посредством первой заходки вдоль контура месторождения создается выработанное пространство, в которое в последующем размещают пустую породу от последующей заходки, таким образом каждая отработанная заходка образует выработанное пространство для размещения пустой породы каждой последующей заходки.
При отработке прибортовой части карьера, фиг. 1, фиг. 2, вскрышной уступ по высоте разделяется на две части, при этом верхняя часть 1 опережает нижнюю 2 на величину, равную длине рабочей площадки драглайна. Первоначально экскаватором из нижней части уступа 2 в торцевой стороне нижней части уступа 3 продольной заходки вынимают пустые породы и полезное ископаемое и создают по ширине заходки на подстилающих породах полосу 4. Вынутые пустые породы, фиг. 3, отсыпают в выработанное пространство 5, образованное ранее от выемки пустых пород предыдущей заходки, формируя отвал пустой породы 6. Полезное ископаемое отсыпают в навал 7 на поверхности. Далее, фиг. 4, драглайном отрабатывают верхнюю часть 1 уступа и вынутые породы отсыпают с торцевой стороны нижней части 2 уступа на полосу 4. Отсыпку пустых пород производят по дуге, которая образует гребень 8 отвала 9, нижняя бровка 10 которого доходит до нижней бровки 11 пласта полезного ископаемого. Например, при отсыпке по дуге с радиусом окружности, равным радиусу разгрузки драглайна по «веерной схеме» при изменении угла поворота экскаватора, заполняя выработанное пространство, пустые породы отсыпают на откосы борта 12 и отвала 6, в точках отсыпки, находящихся на дуге, формируется поверхность с горизонтальным рельефом. Последующая засыпка при планировке межгребневых пространств в точках примыкания к отвалу 6 и откосу борта 12 позволяет окончательно сформировать рельеф поверхности, отвечающий требованиям восстановления нарушенных территорий.
Выполненное таким образом отвалообразование позволяет создать уклон и произвести выравнивание поверхности отвала, а также выполнить основной объем земляных работ, входящих в комплекс рекультивационных мероприятий в пределах выработанного пространства, создаваемого прибортовой и предшествующей ей заходками. При создании волнообразных форм рельефа это может быть достаточным. При необходимости последующая чистовая планировка, включающая окончательное выравнивание поверхности и исправление микрорельефа, например засыпка межгребневых пространств в точках примыкания к отвалу 6 и откосу борта 12, может быть выполнена специальным оборудованием.
В зависимости от мощности пустых пород и пропорций разделения ее на подуступы (верхняя и нижняя части уступа) отвалы, отсыпаемые с фронтальной и продольной сторон заходки, могут быть разной высоты, что позволяет управлять уклоном создаваемой поверхности.
Способ разработки пластовых месторождений драглайнами, включающий вскрытие месторождения, разделение уступа по высоте, разработку пустых пород и полезного ископаемого одним драглайном по длине выемочного участка, отрабатываемого с одного места расположения стоянки экскаватора, создание с торцевой и продольной сторон уступа выработанного пространства, ограниченного подстилающими породами, откосами бортов и откосами отвалов, размещением пустых пород в выработанное пространство без переэкскавации, формирование в процессе отсыпки пустых пород экскаватором уклона поверхности отвала, приемлемого для рекультивации, отличающийся тем, что пустые породы нижней части уступа размещают в отвал с его продольной стороны, а полезное ископаемое отсыпают в навал, расположенный на поверхности, при этом сформировав выработанное пространство с торцевой стороны заходки, затем заполняют его пустыми породами верхней части уступа по дуге до нижней бровки откоса пласта полезного ископаемого.
