Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых

 

Способ открытой разработки месторождения полезных ископаемых. Цель изобретения - увеличение результирующего угла наклона рабочего борта карьера. Способ открытой разработки месторождения полезных ископаемых заключается в разделении части рабочей зоны карьера в плане на участки, формировании на участках рабочей зоны участков временно нерабочего борта, чередующихся по глубине карьера с рабочими горизонтами по их разносу, разносе верхних горизонтов временно нерабочего борта одновременно с его формированием посредством приведения во временно нерабочее положение ниже расположенных рабочих горизонтов, производстве разноса очередного горизонта временно нерабочего борта на каждом из участков рабочей зоны после приведения во временно нерабочее положение уступа этого горизонта на смежном участке рабочей зоны карьера. 1 ил.

Изобретение относится к области горной промышленности и может найти применение при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий разделение карьерного поля на участки, отработку одних участков на рабочем борту карьера с транспортированием горной массы, формирование временно нерабочего борта на других участках и расконсервацию временно нерабочих участков, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности разработки месторождений с применением железнодорожного, автомобильного или автомобильно-конвейерного транспорта за счет увеличения объемов горной массы, извлекаемых на одно положение транспортных коммуникаций, транспортные коммуникации формируют на временно нерабочем борту и по ним транспортируют добытую горную массу, а при перемещении уступов участка рабочего борта на величину где B_ц шаг передвижки целика, м; V_п средняя скорость подвигания рабочего борта, определяемая скоростью и направлением углубки карьера, м/год; H_ц суммарная высота уступов блока горизонтов временно нерабочего борта, м; ϕ_ц угол наклона рабочего борта, градус; Ψ угол наклона временно нерабочего борта, градус; V_ц средняя скорость подвигания уступов при разносе временно нерабочего борта, м/год, производят переформирование рабочего борта во временно нерабочий борт с переносом на него транспортных коммуникаций и отработку при расконсервации временно нерабочего борта другого участка (см. положительное решение на изобретение "Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых" по заявке института Гипроруда N 4620365/27-03 (172341).

При этом способе разработки поставленная цель увеличение объемов горной массы, извлекаемой на одно положение транспортных коммуникаций достигается созданием опережения в продвигании блока горизонтов на величину шага передвижки и формированием участков временно нерабочего борта, на которых располагают транспортные коммуникации. При этом высота временно нерабочего борта, по крайней мере теоретически, не ограничивается.

Следовательно, сформировав временно нерабочий борт достаточно большой высоты, можно увеличить результирующий угол наклона всего рабочего борта карьера и, тем самым, уменьшить текущий коэффициент вскрыши в определенный период эксплуатации предприятия.

Но с другой стороны, создание опережения в продвигании блока горизонтов на величину шага передвижки целика B_ц возможно только при большой разности между скоростью подвигания уступов при разносе временно нерабочего борта V_ц и скоростью подвигания рабочего борта, определяемой скоростью и направлением углубки карьера V_п. В противном случае, значение знаменателя в аналитическом выражении будет достаточно малым, а величина шага передвижки, особенно при увеличенной высоте временно нерабочего борта, будет большой. Это означает, что на нижнем горизонте участка временно нерабочего борта потребуется создать рабочую площадку большой ширины, что приведет к резкому выполаживанию всего рабочего борта карьера и, несмотря на создание участка временно нерабочего борта, к уменьшению результирующего угла наклона рабочего борта карьера. Поскольку величина V_ц всегда ограничена возможностями транспортной схемы карьера, то скорость V_п всегда должна быть значительно меньше половины величины скорости V_ц, что свидетельствует о том, что область применения способа по рассматриваемому аналогу ограничивается карьерами с достаточно низкой интенсивностью ведения горных работ. Кроме того, рассматриваемый способ разработки ограничивается условием применения временных транспортных коммуникаций.

Таким образом, рассмотренный аналог, обеспечивая высокую эффективность при использовании в карьере временных транспортных коммуникаций при достаточно низкой интенсивности ведения горных работ за счет увеличения продолжительности периода эксплуатации транспортных коммуникаций в одном положении, является малоэффективным способом увеличения результирующего угла наклона рабочего борта карьера.

Ниже рассматриваются способы разработки месторождений, реализация которых непосредственно направлена на увеличение результирующего угла наклона рабочего борта карьера и снижение текущего коэффициента вскрыши в определенные периоды его работы.

Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых с оставлением в пределах карьера временно нерабочего борта с площадками уменьшенной ширины. Это обеспечивает в первый период работы карьера снижение эксплуатационного коэффициента вскрыши. Через определенный период времени, когда высота временно нерабочего борта достигнет установленной величины, начинают его разнос до конечных контуров карьера. При этом скорость подвигания уступов должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить своевременный разнос временного борта и бесперебойную работу карьера по добыче руды (см. монографию А. И. Арсентьева "Определение производительности и границ карьеров". М. Недра, 1970, стр. 109-115).

При этом способе разработки по высоте рабочей зоны формируют один участок временно нерабочего борта, чем не используются все возможности по увеличению угла наклона всего рабочего борта.

Известен способ открытой разработки месторождений с выделением в карьере этапов (очередей) разработки. При этом способе внутри конечного контура карьера выделяют промежуточные контуры с углом наклона борта, превышающим угол наклона рабочего борта. Горные работы на горизонтах, достигающих контура карьера первой очереди, останавливаются, формируя временно нерабочий борт.

При достижении временно нерабочим бортом на контуре первой очереди расчетной высоты начинают его разнос с целью последовательного перемещения уступов до контура карьера второй очереди, где также начинают формировать временно нерабочий борт и т.д. (см. монографию А.И.Арсентьева "Определение производительности и границ карьеров". М. Недра, 1970, стр. 297-303; монографию В. В.Ржевского "Технология и комплексная механизация открытых горных работ". М. Недра, 1980, стр. 527; брошюру В.С.Хохрякова, П.Т.Церенщикова "Поэтапное развитие горных работ на карьерах". М. издание института "Цветметинформация", 1968, стр. 6, 20; книгу В.С.Хохрякова, А.Т.Шелеста "Проектирование карьеров". М. Недра, 1969, стр. 181; статью В.П.Линева "Определение параметров рабочей зоны карьера с участками временно нерабочего борта". "Горный журнал", N 5, 1986, стр. 15-17).

Из известных способов открытой разработки месторождений наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ с выделением в карьере этапов его разработки.

Основным технологическим признаком прототипа является чередование по глубине карьера участков временно нерабочего борта с рабочими горизонтами по их разносу и разнос верхних горизонтов временно нерабочего борта одновременно с его формированием посредством приведения во временно нерабочее положение ниже расположенных рабочих горизонтов.

Действительно, при достижении временно нерабочим бортом на контуре первого этапа расчетной высоты начинают разнос его верхних горизонтов, но при этом продолжается и наращивание высоты временно нерабочего борта снизу вследствие продолжающейся углубки карьера. Таким образом, участок временно нерабочего борта "скользит" по контуру этапа, постепенно уменьшая свою высоту вследствие разности скоростей его разноса и наращивания снизу. В этом и заключается основное технологическое отличие прототипа от рассмотренного выше первого аналога. Экономическая эффективность способа разработки по прототипу достигается снижением текущего коэффициента вскрыши за счет отнесения части объемов вскрышных работ на более поздние периоды разработки месторождения. Причем эффективность возрастает с увеличением объема временно консервируемых пород, т.е. с увеличением размеров участка временно нерабочего борта его высоты и длины.

Возможная высота временно нерабочего борта на участке, а следовательно, и результирующий угол наклона всего рабочего борта карьера, увеличиваются с увеличением скорости его разноса, т.е. с увеличением скорости подвигания уступа на рабочих горизонтах по разносу временно нерабочего борта (см. например, статью В.П.Линева "Определение результирующего угла наклона рабочего борта карьера", "Горный журнал", N 10, 1987, стр. 29-31).

Однако в условиях действующего карьера при сложившейся транспортной схеме возможная производительность каждого горизонта ограничивается пропускной способностью схемы, что особенно жестко проявляется на железнодорожном транспорте. Т. к. производительность горизонта определяется произведением его длины в пределах участка временно рабочего борта и скорости подвигания уступа на горизонте, то при фиксированном ее значении увеличение длины участка временно нерабочего борта неизбежно приведет к снижению скорости подвигания уступов на рабочих горизонтах по разносу временно нерабочего борта, а следовательно, к уменьшению результирующего угла наклона всего рабочего борта карьера, что и является основным недостатком рассматриваемого прототипа.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка и повышение эффективности способа разработки месторождений за счет увеличения результирующего угла наклона рабочего борта карьера путем повышения скорости подвигания уступов на рабочих горизонтах по разносу временно нерабочих бортов.

Указанная цель достигается разделением части рабочей зоны карьера в плане на участки, формированием на участках рабочей зоны участков временно нерабочего борта, чередующихся по глубине карьера с рабочими горизонтами по их разносу, разносом верхних горизонтов временно нерабочего борта одновременно с его формированием посредством приведения во временно нерабочее положение ниже расположенных рабочих горизонтов, производством разноса очередного горизонта временно нерабочего борта на каждом из участков рабочей зоны после приведения во временно нерабочее положение уступа этого горизонта на смежном участке рабочей зоны карьера.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой схематически изображена часть рабочей зоны карьера, разделенная в плане на два участка l и II. Условная граница между участками изображена прямой штриховой линией, хотя в общем случае она может быть и ломаной линией. Цифрами указаны номера горизонтов сверху вниз.

Из приведенной на фиг. 1 схемы следует, что на l участке рабочей зоны сформированы участки временно нерабочего борта из горизонтов 1, 2, 3 и 7, 8, 9. Уступы на этих же горизонтах на II участке рабочей зоны интенсивно продвигаются.

На участке II рабочей зоны временно нерабочие борта сформированы из горизонтов 4, 5, 6 и 10, 11, 12, которые, в свою очередь, отрабатываются на I участке. Таким образом, обеспечивается чередование по глубине карьера участков временно нерабочего борта и рабочих горизонтов по их разносу.

Разнос временно нерабочих бортов, например, сформированного на I участке из горизонтов 7, 8, 9, производят начиная с верхнего горизонта. В данном случае обеспечены условия для разноса горизонта 7, т.к. на выше расположенном горизонте 6 образована рабочая площадка расчетной ширины. Одновременно с разносом горизонта 7 производят наращивание высоты этого временно нерабочего борта за счет приведения во временно нерабочее положение уступа на горизонте II. При этом разнос горизонта 7 на I участке рабочей зоны производят после приведения во временно нерабочее положение уступа этого горизонта на II участке рабочей зоны карьера. Аналогично производят разнос верхних горизонтов и на других участках временно нерабочего борта: разнос горизонта l производят после остановки уступа этого горизонта на участке II, разнос горизонтов 4 и 10 после приведения во временно нерабочее положение уступов на этих горизонтах на I участке.

Экономическая эффективность предлагаемого способа обеспечивается за счет увеличения результирующего угла наклона рабочего борта по породе, что достигается увеличением скорости подвигания уступов на рабочих горизонтах по разносу временно нерабочих бортов и повышением на этой основе величины допустимой высоты временно нерабочего борта.

Например, если участки рабочей зоны равновелики по длине, то применение способа позволит в два раза увеличить скорость подвигания уступов на рабочих горизонтах по разносу временно нерабочих бортов при фиксированной пропускной способности транспортной схемы.

Проведенные расчеты показывают, что, например, при формировании участков временно нерабочего борта со стороны висячего бока залежи, угле падения рудного тела 60^o, скорости углубки карьера 8 м/год и угле наклона временно нерабочих бортов 35^o, повышение скорости подвигания уступов на рабочих горизонтах по разносу временно нерабочих бортов с 40 до 80 м/год позволит увеличить результирующий угол наклона рабочего породного борта карьера на 4^o. Для условий действующих крупных железорудных карьеров это обеспечит возможность отнесения выемки десятков миллионов кубометров породы на последующие периоды на каждом карьере.

Основные признаки предлагаемого способа, как известные, так и новые, являются существенными, т. к. отсутствие любого из них не дает возможности достигнуть поставленной цели.

Действительно, если не разделять в плане рабочую зону на участки, то, очевидно, разнос очередного горизонта временно нерабочего борта будет производиться по всей длине борта рабочей зоны, что не дает возможности увеличить скорость разноса. Отказ от чередования по глубине карьера участков временно нерабочего борта с рабочими горизонтами по их разносу предопределяет формирование в рабочей зоне только одного такого участка, что не позволит полностью использовать возможности по увеличению результирующего угла всего рабочего борта карьера. Отказ от принципа одновременности разноса временно нерабочего борта сверху и наращивания его высоты снизу за счет приведения во временно нерабочее положение нижних горизонтов приведет к тому, что вначале будет сформирован временно нерабочий борт расчетной высоты, а затем будут осуществлять его разнос. Но для того, чтобы не допустить остановки уступов на ниже расположенных рабочих горизонтах в период разноса сформированного временно нерабочего борта, на горизонте его нижнего основания потребуется создать площадку опережения достаточной ширины, что приведет к уменьшению результирующего угла наклона всего рабочего борта карьера. И наконец, о существенности нового признака изобретения: отказ от предлагаемой последовательности действий по разносу очередного горизонта временно нерабочего борта на смежных участках рабочей зоны приведет к невозможности увеличения скорости подвигания уступа на этом горизонте. Если, например, приступить к разносу горизонта 7 на участке 1 до того, как уступ на этом горизонте будет остановлен во временно нерабочем положении на II участке, то необходимо продвигать этот уступ одновременно на обоих участках рабочей зоны, что приведет к снижению скорости подвигания уступа, а следовательно, к уменьшению допустимой высоты временно нерабочего борта и уменьшению результирующего угла наклона рабочего борта карьера.

Новизна предлагаемого способа заключается в новом порядке чередования действий по формированию и разносу участков временно нерабочего борта на смежных участках рабочей зоны карьера при одновременном выполнении этих операций на каждом из участков рабочей зоны.

Изобретение может быть применено как для увеличения результирующего угла рабочего борта карьера, представленного горизонтами, на которых сформированы рабочие площадки расчетной ширины, так и для разноса временно нерабочих бортов с большими размерами по глубине и в плане, сформированных на промежуточном контуре, что особенно характерно для многих крупных железорудных карьеров в настоящее время.

В первом случае реализация предлагаемого способа заключается в следующем.

Допустим, что проектом установлена возможность и целесообразность формирования на обоих участках рабочей зоны по два участка временно нерабочего борта, т.е. как это представлено на фиг.1. В этой ситуации уступ на горизонте 1 останавливают на l участке рабочей зоны, что является началом формирования участка временно нерабочего борта из горизонтов 1, 2 и 3. После того как этот борт будет окончательно сформирован, останавливают уступы на горизонтах 4, 5, 6 и 7, что обеспечивает начало формирования временно нерабочего борта на этом же участке рабочей зоны, состоящего из горизонтов 7, 8, 9. В период формирования временно нерабочего борта на l участке рабочей зоны из горизонтов 1, 2, 3 формируют участок временно нерабочего борта из горизонтов 4, 5, 6 на II участке рабочей зоны и т.д. После окончательного формирования всех предусмотренных проектом участков временно нерабочего борта дальнейшую отработку горизонтов производят по вышеизложенной технологии.

Во втором случае при разносе нерабочего борта, сформированного на промежуточном контуре, реализацию предлагаемого изобретения производят в обратной последовательности действий: на II участке рабочей зоны (см. фиг.1) осуществляют разнос горизонтов 1, 2 и 3 с формированием на них рабочих площадок расчетной ширины, после чего уступ на горизонте 1 останавливают и приступают к разносу этого горизонта на l участке рабочей зоны. Остановка уступа на горизонте 1 является началом формирования временно нерабочего борта из горизонтов 1, 2 и 3 на II участке рабочей зоны. По мере приведения во временно нерабочее положение уступов на этих горизонтах производят их разнос на смежном l участке рабочей зоны карьера.

В настоящее время предлагаемое изобретение реализуется в проектной документации, разрабатываемой институтом Гипроруда для карьера Криворожского Южного железорудного горно-обогатительного комбината.

Формула изобретения

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий разделение части рабочей зоны карьера в плане на участки, формирование на участках рабочей зоны участков временно нерабочего борта, чередующихся по глубине карьера с рабочими горизонтами по их разносу, разнос верхних горизонтов временно нерабочего борта одновременно с его формированием посредством приведения во временно нерабочее положение ниже расположенных рабочих горизонтов, отличающийся тем, что, с целью увеличения результирующего угла наклона рабочего борта карьера за счет повышения скорости подвигания уступов на рабочих горизонтах по разносу временно нерабочих бортов, разнос очередного горизонта временно нерабочего борта на каждом из участков рабочей зоны производят после приведения во временно нерабочее положение уступа этого горизонта на смежном участке рабочей зоны карьера.

РИСУНКИ

Рисунок 1