Способ отстройки нерабочего борта глубокого карьера
Владельцы патента RU 2713844:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" (RU)
Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и создано применительно к условиям разработки глубоких кимберлитовых карьеров в экстремальных условиях криолитозоны Севера. Техническим результатом является обеспечение безопасности ведения горных работ в процессе отработки глубокого карьера и сокращение объемов удаляемых вскрышных пород из его контура за счет увеличения угла наклона нерабочего борта. Способ включает формирование борта горизонтальными, наклонными и наклоненными бермами безопасности. При этом отстройку борта ведут с сооружением над спиральным съездом по всему периметру борта карьера крутонаклонных берм безопасности, причем в конце каждой бермы создают рабочие площадки для накопления и последующей отгрузки на поверхность собранной осыпавшейся породы, для чего дополнительно сооружают полутраншею, связывающую рабочую площадку и спиральный съезд. 1 табл., 3 ил.
Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и создано применительно к условиям разработки глубоких кимберлитовых карьеров в экстремальных условиях криолитозоны Севера.
Известен способ отстройки нерабочего борта карьера с горизонтальными бермами безопасности, оставляемыми для обеспечения достаточной устойчивости борта не менее, чем каждые три уступа (см. Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, механизация и организация открытых горных работ: Учебник для вузов. - 3-е изд. перераб. - М.: Изд-во Моск. горного ин-та, 1992. – 464 с., С. 32-34).
Недостатком известного решения является значительные объемы производства вскрышных работ в контуре отработки карьера.
Известен также способ отстройки нерабочего борта карьера с наклонными предохранительными бермами (см. Галкин А.М., Галкин В.А., Попов В.Н. Опыт проектирования и строительства карьеров с наклонными предохранительными бермами. - М.: Обзорная информация, серия: Горное дело, 1977. - 37 с.).
Известный способ также характерен значительными объемами производства горноподготовительных работ по вскрытию горизонтов карьера и малой производительностью горнотранспортного оборудования при работе на наклонных уступах.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ отстройки нерабочего борта глубокого карьера с наклоненными бермами безопасности (см. Власов В.М., Андросов А.Д. Технологии открытой добычи алмаза в криолитозоне / Отв. ред. О.И. Слепцов. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2007 - 388 с., С. 206).
При этом низкая эффективность известного решения обусловлена значительными объемами производства вскрышных работ в контуре карьера и повышенной опасностью работ горнотранспортного оборудования при работе под высокими уступами.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и безопасности ведения горных работ на глубоких карьерах.
Для решения поставленной задачи по способу отстройки нерабочего борта глубокого карьера отстройку ведут с сооружением над спиральным съездом крутонаклонных берм безопасности по всему периметру борта карьера, по которым осыпающиеся с откосов уступов породы скатываются и накапливаются на специальные оборудованные рабочие площадки, откуда производится последующая погрузка собранной породы в автосамосвалы и вывоз во внешние отвалы с использованием полутраншей.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
В предлагаемом способе новыми признаками в сравнении с прототипом являются:
- использование в конструкции борта нового принципа улавливания осыпающихся с борта карьера пород в крутонаклонных бермах безопасности;
- перемещение осыпающихся с борта карьера пород по крутонаклонной берме безопасности до специально оборудованных рабочих площадок;
- использование специально оборудованных рабочих площадок для сбора осыпавшейся породы, отгрузки их в автосамосвалы и вывоз во внешние отвалы.
Указанные новые признаки исключают недостатки существующих способов отстройки нерабочего борта глубокого карьера и обеспечивают следующие усиленные новые положительные свойства:
- применение крутонаклонных берм безопасности существенно снижает объемы производства вскрышных работ в контуре отработки карьера;
- перемещение осыпающихся пород по крутонаклонной поверхности обеспечивает безопасные условия работы горнотранспортному оборудованию в рабочей зоне карьера;
- создание специально оборудованных рабочих площадок снижает трудоемкость работ по очистке берм безопасности.
Крутонаклонная берма безопасности представляет собой своеобразный «желоб», по которым сваливающиеся с откосов борта горные породы скатываются до рабочей площадки с последующей их выгрузкой в автосамосвалы и вывозом во внешние отвалы.
Заявленное техническое решение поясняется чертежами, где на фигуре 1 схематично показан план карьера на конец отработки с расположением крутонаклонных берм безопасности; на фигуре 2 - поперечные разрезы по карьеру; на фигуре 3 - расчетная схема к определению объемов работ в контурах отработки карьера.
Способ отстройки нерабочего борта глубокого карьера осуществляется следующим образом.
При отстройке его бортов крутонаклонными предохранительными бермами отработку карьера ведут в следующей последовательности. Вначале карьер с отметкой 0 м отрабатывают с отстройкой бортов традиционными бермами безопасности до глубины с отметкой -300 м. При этом нерабочий борт карьера достигает предельного контура 1 (см. фиг. 1, 2). Далее по всему периметру карьера оставляют промежуточную площадку 2. Дальнейшую глубину карьера ниже отметки -300 м ведут в новом контуре 3 с прокладкой спирального съезда 4 на всю глубину карьера и формируют крутонаклонные бермы безопасности 5 по всему периметру рабочей зоны карьера, например, через каждые 2-3 уступа по высоте рабочей зоны карьера.
В конце каждой крутонаклонной бермы безопасности создают рабочие площадки 6 для размещения осыпающихся с откосов пород (камней) 7 (см. фиг. 2). После накопления камней на рабочей площадке 6, осыпавшиеся породы отгружают в автосамосвалы и вывозят на поверхность через полутраншеи 8 и спиральный съезд 4. Таким образом, периодически по мере накопления пород производится их удаление из карьерного пространства, обеспечивая безопасные условия работе горнотранспортного оборудования при доработке глубоких горизонтов карьера.
Техническая сущность и преимущества нового технического решения раскрыты на примере отработки кимберлитового карьера, эксплуатируемого в экстремальных климатических условиях криолитозоны Севера при вскрытии глубоких горизонтов спиральными съездами внутреннего заложения.
Пример конкретной реализации заявленного способа отстройки нерабочего борта глубокого карьера.
Исходные данные для расчетов приняты следующие:
- глубина карьера, Нк=590 м;
- глубина отработки с традиционной технологией отстройки борта, Нт=270 м;
- глубина отработки с применением крутонаклонных берм безопасности, Нр=320 м;
- угол откоса высокого уступа при погашении, α=75°;
- угол откоса борта карьера при традиционной технологии отстройки, β=45°;
- угол откоса борта карьера при рекомендуемой технологии, γ=60°;
- диаметр кимберлитовой трубки, d=200 м;
- количество крутонаклонных берм безопасности, сооружаемых на борту карьера, n6=4;
- угол крутонаклонной берсы безопасности, б=50°;
Расчеты выполнены в следующей последовательности (см. фиг. 3):
1. Объемы работ в контуре карьера при традиционной технологии отстройки борта - VАВСД,
VАВСД=0,5×Нк×[π()2+π(
kctgβ)2],
где АВСД - контур карьера при традиционной технологии.
VАВСД=295[3,14×1002+3,14(100+590ctg45°)2]=331708030,0 м3
2. Объемы работ в контуре карьера при рекомендуемой технологии отстройки борта - VEFGBCHKΛ
VEFGBCHKΛ= VEFKΛ+ VGBCH,
где EFGBCHKΛ - контур карьера при рекомендуемой технологии.
VEFKΛ=0,5×Нт[π(
)2+π(
2],
VEFKΛ=0,5×270[3,14(
)2+3,14(
)2]=43983945,0 м3
VGBCH=0,5×Hp[π()2+π(p×ctgd)2]=
=0,5×320[3,14×1002+3,14(100+320ctg75°)2]=22348960,0 м3
VEFGBCHKΛ=43983945,0+22348960,0=66332905,0 м3=66332,9 тыс. м3.
3. Сокращение объемов горных работ в результате внедрения новой технологии отстройки нерабочего борта глубокого карьера - ΔVр,
ΔVр=VАВСД-VEFGBCHKL=331708030-66392905=265375125 м3=265,375 млн. м3
4. Ожидаемое снижение затрат от внедрения рекомендуемого способа отсройки нерабочего борта за счет сокращения объемов горных работ в контуре отработки карьера Э1 составит,
Э1=ΔVр×Ср,
где Ср - себестоимость разработки 1 м3 горных пород,
Ср=3,41 
Э1=265,375×3,41=904,925 млн.долл.
5. Затраты на сооружение четырех крутонаклонных берм безопасности - З1,
З1=LБ×ШБ×hБ×Ср,
где LБ - средняя длина одной крутонаклонной бермы безопасности, м;
ШБ - ширина крутонаклонной бермы безопасности, ШБ=17 м;
hБ - средняя глубина крутонаклонной бермы безопасности, hБ=2 м.
LБ=
где δ - уклон крутонаклонной бермы безопасности, град.
LБ
= 104 м.
Объемы работ по сооружению крутонаклонной бермы безопасности - VБ,
VБ=ШБ× LБ×hБ=17×104×2=35428 м3,
Суммарный объем по сооружению крутонаклонных берм безопасности - 
,
nБ×VБ=4
35428=141712 м3,
Откуда,
З1= Ср
=3,41×141712=483237 долл.=483,238 тыс. долл.
Экономический эффект Э от внедрения рекомендуемого способа составит,
Э=Э1-З1=904,921-0,483=904,442 млн. долл.
В расчетах экономической эффективности не учтены затраты на сооружение незначительной протяженности полутраншей, поскольку они составляют менее 5 % от стоимости сооружения 1 п.м. крутонаклонной бермы безопасности.
В таблице приведены результаты сравнительных расчетов технико-экономических показателей от внедрения рекомендуемого способа отстройки нерабочего борта глубокого карьера.
Из приведенной таблицы следует, что экономический эффект от внедрения способа составит 904,442 млн. долл., который будет достигнут благодаря снижению затрат на незавершенную вскрышу. Кроме того, будут созданы безопасные условия ведения горных работ под высокими откосами при освоении глубоких горизонтов карьера.
Таблица
Ожидаемые технико-экономические показатели от внедрения рекомендуемого технического решения (млн. долл.)
| № п/п | Наименование показателей | Традиционная технология | Рекомендуемая технология |
| 1 | Глубина карьера, м. | 590,0 | 590,0 |
| 2 | Глубина отработки при размытых способах отстройки нерабочего борта карьера, м. | 270,0 | 320,0 |
| 3 | Объемы работ в контуре карьера, млн. м3 | 331,708 | 0,0663 |
| 4 | Сокращение объемов работ в контуре отработки карьера, млн.м3 | - | 265,375 |
| 5 | Снижение затрат за счет сокращения объемов работ, млн. долл. | - | 904,442 |
| 6 | Объемы работ по сооружению крутонаклонных берм безопасности | - | 143,71 |
| 7 | Затраты на сооружение крутонаклонных берм безопасности, тыс. долл. | - | 483,238 |
| 8 | Затраты на горные работы в контуре отработки карьера, млн. долл. | 1131,12 | 226,678 |
| 9 | Экономический эффект от внедрения рекомендуемого способа отстройки нерабочего борта глубокого карьера с применением крутонаклонных берм безопасности, млн. долл. | - | 904,442 |
Способ отстройки нерабочего борта глубокого карьера, включающий формирование борта горизонтальными, наклонными и наклоненными бермами безопасности, отличающийся тем, что отстройку борта ведут с сооружением над спиральным съездом по всему периметру борта карьера крутонаклонных берм безопасности, причем в конце каждой бермы создают рабочие площадки для накопления и последующей отгрузки на поверхность собранной осыпавшейся породы, для чего дополнительно сооружают полутраншею, связывающую рабочую площадку и спиральный съезд.
