Способ открытой разработки пологих и наклонных месторождений полезных ископаемых

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при открытой разработке пологих и наклонных месторождений полезных ископаемых. Способ включает вскрытие каждого горизонта карьерного поля въездной траншеей, пройденной под углом к линии простирания продуктивной толщи, создание вдоль въездных траншей рабочего борта карьера, формирование нерабочего борта карьера под углом к линии простирания продуктивной толщи и к въездным траншеям с устройством на нем стационарной транспортной трассы, отработку вскрышных и добычных уступов с образованием на конечной глубине отработки месторождения первоочередного карьера треугольной конфигурации в плане. Рабочий борт карьера в процессе отработки выполняют ступенчатой формы в плане, каждую ступень формируют из бортов технологического блока, нарезку которого осуществляют предварительно путем проходки разрезного карьера треугольной формы, причем рабочий борт разрезного карьера после его проходки используют в качестве рабочего борта подготовленного технологического блока. Предлагаемый способ позволит управлять основными горно-техническими параметрами карьера, сократить сроки строительства и снизить капитальные вложения, улучшить технико-эксплуатационные показатели карьера. 5 з.п.ф-лы, 24 ил.

Предлагаемое изобретение относится к горному делу и может быть использовано при открытой разработке пологих и наклонных месторождений полезных ископаемых (ПИ).

Известен способ открытой разработки наклонных залежей ПИ по авт. свид. СССР N 1323715, кл. E 21 С 41/00, опубл. в БИ N 26, 1987 г., при котором карьерное поле вскрывают въездной и разрезной траншеями, причем разрезную траншею проходят под углом 45-60^o к линии простирания залежи. Укладку вскрышных пород от проходки указанных траншей осуществляют на нерабочий борт карьера. Вскрышные и добычные уступы отрабатывают экскаваторами от висячего бока залежи к лежачему с опережением отработки уступов по висячему боку залежи. При этом отгрузку вскрыши осуществляют колесным транспортом во внутренний отвал. Со стороны лежачего бока создают упорную призму, удерживающую этот бок карьера. По мере отработки залежи въездную траншею целесообразно погашать, а неиспользуемую ее часть заполнять отвалами.

Недостатками рассматриваемого способа являются: большой объем горно-капитальных работ, поскольку капитальную траншею проходят на всю длину карьера; значительные сроки ввода месторождения в эксплуатацию. Проходка разрезной траншеи под углом к линии простирания залежи от ее висячего бока к лежачему приводит к увеличению коэффициента вскрыши. Поскольку транспортировка вскрышных пород во внешний отвал происходит в одном направлении, то в первые годы эксплуатации карьера будут большие расстояния транспортирования вскрышных пород. Еще одним недостатком является низкая управляемость основными горно-техническими параметрами карьера, а именно: производственной мощностью по добыче ПИ, коэффициентом вскрыши, расстоянием транспортирования горной массы и т. д. Перечисленные выше недостатки снижают эффективность разработки месторождения.

Известен способ открытой разработки пластовых месторождений ПИ по авт. свид. СССР N 1416694, кл. E 21 С 41/00, опубл. в БИ N 30, 1988 г, включающий деление месторождения на карьерные поля и проходку между ними транспортных траншей, вскрыши первоочередного и смежного с ним карьерных полей траншеями внешнего заложения, проведение между ними разрезной траншеи, формирование фронта горных работ (ФГР) первоочередного карьерного поля и разработку уступов покрывающих пород и ПИ экскаваторными блоками, раздельное перемещение пород верхних уступов во внешний отвал, а пород нижних уступов - во внутренний отвал, засыпку вскрышными породами транспортной траншеи, противоположной смежному карьерному полю, и вовлечение в разработку указанного смежного карьерного поля.

По известному решению, после отработки участка первоочередного карьерного поля через смежное карьерное поле транспортную траншею проходят с примыканием ее транспортных полос к рабочим площадкам верхних уступов, а на борту траншеи, проходящей по границе со смежным карьерным полем, создают ФГР и объединяют его с ФГР первоочередного карьерного поля. Затем отрабатывают смежное карьерное поле с подвиганием указанного ФГР вкрест подвигания ФГР первоочередного карьерного поля, после чего формируют единый ФГР указанных первоочередного и смежного карьерных полей и отрабатывают его под углом к направлению подвигания ФГР первоочередного карьерного поля. При этом после каждого подвигания ФГР смежного карьерного поля на величину длины экскаваторного блока в границах указанного смежного карьерного поля проводят дополнительную транспортную траншею, затем после полной отработки первоочередного карьерного поля по подготовке и отработке каждого последующего карьерного поля эти операции повторяют.

Известный способ может быть использован только на пологом падении пластов, поскольку в нем предусматривается внутреннее отвалообразование при развитии ФГР по падению пластов ПИ. По возможности применения в этом случае внутреннего отвалообразования месторождения делят на пологие и наклонные. В настоящее время к пологим относят месторождения с углом падения пластов от 2 до 12-15^o. Более того, из приведенной в изобретении схемы вскрытия и подготовки карьерных полей и схемы ведения горных работ также следует, что данный способ разработки построен на применении пройденных по падению пласта ПИ прямых съездов 5-7, 22 (поз. по аналогу) в карьер, что возможно обеспечить (в случае использования железнодорожного или автомобильного транспорта) только при углах падения пласта до 3-5^o.

Таким образом, данный способ разработки ограничен в применении пологим падением пластов ПИ.

Безусловно, отработка месторождения очередями уменьшает (по сравнению с продольной системой разработки по всей его длине) объем горно-капитальных работ на вовлечение вскрытых запасов ПИ в разработку, но общий объем этих работ за весь период эксплуатации карьера в данном способе разработки будет значительно больше, поскольку вскрытие первоочередного карьерного поля осуществляется двумя фланговыми 5, 7 и одной центральной 6 въездными траншеями внешнего заложения и пройденной между ними по пласту ПИ разрезной траншеей 8, а второго (и точно так же третьего) карьерного поля - разрезной траншеей 18, являющейся продолжением рабочего борта 20, отработанного на 1/3 первоочередного карьера, одной центральной 22 и одной фланговой въездными траншеями и еще выполнением объема горно- капитальных работ по созданию ФГР между указанными карьерными полями.

Таким образом, в рассматриваемом примере за весь период отработки карьера запасы ПИ вскрывают семью въездными траншеями внешнего заложения (длина каждой равна 500-650 м), разрезной траншеей, глубина которой на втором и третьем карьерных полях равна, как минимум, двум высотам уступа, и дважды осуществляют разнос торцового борта карьера (создание ФГР). Поэтому при первой и при последующих очередях отработки месторождения удельные горно- капитальные работы будут выше, чем при традиционной продольной системе разработки.

Текущие коэффициенты вскрыши, характеризующие режим горных работ, при данном способе разработки будут также выше в течение более половины срока (60-65%) отработки карьерного поля вследствие более интенсивного развития ФГР по падению ПИ.

Проведение при отработке первоочередного карьерного поля трех въездных траншей существенно уменьшает в течение длительного периода (вплоть до засыпки этих траншей породами из смежного карьерного поля) текущие емкости внутреннего отвала.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является способ открытой разработки пологих и наклонных месторождений ПИ по патенту РФ N 2011827, кл. E 21 С 41/26, опубл. в БИ N 8, 1994 г. Сущность его заключается в следующем: вскрытие первого и последующих горизонтов осуществляют пройденной под руководящим уклоном въездной траншеей, переходящей в разрезную траншею. Въездную траншею проходят под углом к линии простирания продуктивной толщи (ЛПП), определяемым из выражения: Q = arcsin i_p/tq α, где i_p - руководящий уклон, соответствующий выбранному виду транспорта, %; α - угол падения пласта ПИ, град.

Разрезную траншею проходят параллельно ЛПП на длину L, которую определяют из выражения: L = (N-1)(H_уcos Q/i_p + B_гп), где N - количество горизонтов при конечной глубине карьера; H_у - высота уступа, м; B_гп - длина горизонтальной площадки трассы, м.

Параллельно въездной и разрезной траншеям формируют ФГР. С другой стороны разрезной траншеи создают стационарную трассу на нерабочем борту, который формируют также под углом к ЛПП путем сокращения ФГР по простиранию пласта. По мере отработки (подвигания) ФГР в направлении, перпендикулярном въездной и разрезной траншеям, въездную траншею нового горизонта проходят вновь, а на вышележащих горизонтах въездные траншеи, преобразованные в полутраншеи, отрабатывают как скользящие съезды.

Основным недостатком известного способа является сравнительно большая длина L_к, карьера на первых этапах его отработки (начальная длина), равная половине той длины, которую он будет иметь при достижении конечной глубины разработки. Это приводит к значительным объемам горно-капитальных работ и увеличению сроков ввода месторождения в эксплуатацию, а также к большим (причем уже в первые годы отработки карьера) объемам горных работ, расстояниям транспортирования горной массы, длинам транспортных коммуникаций, площадям земель, изымаемых под карьер и внешние отвалы. Кроме того, не самыми лучшими являются геометрическая форма карьерного пространства и порядок развития горных работ, во многом определяющие удельные технико-эксплуатационные параметры карьера и возможность управления ими. Управление горными работами в данном способе ограничено варьированием скорости подвигания ФРГ в заданном направлении.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение управляемости основными горно-техническими параметрами карьера за счет разнонаправленного развития ФГР и его отдельных частей с разными горно-геологическими условиями залегания ПИ в сочетании с различными скоростями подвигания ФГР, сокращение сроков строительства карьера и снижение капитальных вложений за счет уменьшения размеров карьера на первых этапах его разработки, а также улучшение технико-эксплуатационных показателей карьера за счет придания ему наиболее выгодной геометрической формы.

Это достигается за счет того, что в способе открытой разработки пологих и наклонных месторождений ПИ, включающем вскрытие каждого горизонта карьерного поля въездной траншеей, пройденной под углом к ЛПП, создание вдоль въездных траншей рабочего борта карьера, формирование нерабочего борта под углом к ЛПП и к въездным траншеям с устройством на нем стационарной транспортной трассы, отработку вскрышных и добычных уступов с образованием на конечной глубине отработки месторождения первоочередного карьера треугольной конфигурации в плане, согласно изобретению, рабочий борт карьера в процессе отработки месторождения выполняют ступенчатой формы в плане, где каждую ступень формируют из бортов отрабатываемого по простиранию продуктивной толщи технологического блока, нарезку которого осуществляют предварительно путем проходки разрезного карьера треугольной конфигурации в плане, причем рабочий борт разрезного карьера после его проходки используют в качестве рабочего борта подготовленного технологического блока, при этом длину L_j^Б этого рабочего борта определяют из выражения: где j - порядковый номер технологического блока карьера;
H_у - высота уступа, м;
n - порядковый номер горизонта в j-м технологическом блоке карьера;
n_j - целое число горизонтов, отрабатываемых одним j-м технологическим блоком карьера, шт;
α_n,j - средний угол падения верхнего пласта продуктивной толщи в пределах n-го горизонта j-го технологического блока карьера, град;
ρ^p_n,j - угол в плоскости пласта между ЛПП и рабочим бортом карьера в пределах n-го горизонта j-го технологического блока карьера, град;
L_min - минимальная по горно-техническим возможностям длина ФГР по верхнему пласту продуктивной толщи, м.

Такая схема подготовки новых технологических блоков и порядок отработки месторождения позволяют: осуществить более быстрый ввод карьера в эксплуатацию и снизить капитальные затраты на его строительство вследствие меньших размеров карьера и меньшего объема горно-капитальных работ, а в период эксплуатации - улучшить технико-эксплуатационные показатели ведения горных работ за счет наиболее выгодной геометрической формы карьерного пространства, выполнить переход на подвигание ФГР в направлении ЛПП без каких-либо дополнительных затрат, связанных с его разворотом, за счет диагонального положения рабочего борта разрезного карьера в конце его проходки и сохранения этого положения рабочего борта в последующем, создать ступенчатый график режима горных работ, который, при соответствующем управлении развитием горных работ, является наиболее благоприятным для достижения высоких технико-экономических показателей эксплуатации карьера.

При отработке технологических блоков по простиранию продуктивной толщи сохраняются стабильные объемы и коэффициенты вскрыши, добыча ПИ, причем у нижележащих технологических блоков уровень этих параметров выше. В связи с этим ввод каждого нового технологического блока ведет к скачку и в объемах горных работ, и в расстояниях транспортирования, поэтому подключение их к работе целесообразно осуществлять одновременно с пополнением и обновлением парка горного и транспортного оборудования, переходом на новые технологические схемы ведения горных работ и т. д. Это позволит уменьшить негативное влияние роста вышеуказанных параметров, связанного с вводом нижележащих технологических блоков, и повысит эффективность отработки месторождения в целом.

Целесообразно после завершения проходки разрезного карьера осуществлять отработку подготовленного технологического блока, создавая на его торцовом борту участок L_j^КП с рабочими площадками, длина которого равна длине разрезного карьера нижележащего технологического блока, при этом длину участка L_j^КП определяют из выражения:

где ρ^н_n,j+1 - угол в плоскости верхнего пласта продуктивной толщи между ЛПП и нерабочим бортом карьера в пределах n-го горизонта (j+1)-гo технологического блока карьера, град,
при этом дальнейшую отработку технологического блока после проходки участка L_j^КП производят, формируя в его торце нерабочий борт с транспортными бермами.

Создание на торцовом борту технологического блока участка с рабочими площадками, имеющего длину, равную L_j^КП, позволяет с начала проходки разрезного карьера нижележащего технологического блока производить одновременную отработку всех его уступов без потери времени на разнос торцового борта. Переход к формированию нерабочего торцового борта после отработки участка L_j^КП технологического блока позволяет при отработке последнего уменьшить текущие объемы и коэффициенты вскрыши.

Целесообразно также отработку технологических блоков осуществлять одновременно и начинать ее в период нарезки нового технологического блока, предварительно произведя подвигание ФГР в вышележащем технологическом блоке на величину:
L_j^НП = L_j^ВП + L_j^ПП,
где L_j^ВП - длина первоначальной выемки разрезного карьера поверху, м;
L_j^ПП - подвигание рабочего борта вышележащего технологического блока, обеспечивающего понижение горных работ в разрезном карьере нижележащего технологического блока на один горизонт, м,
при этом значения этих величин устанавливают в зависимости от принятого способа проходки разрезного карьера.

Выполнение этих операций дает следующие преимущества. При одновременной отработке технологических блоков достигается наибольшая производственная мощность предприятия. Начало углубки разрезного карьера после подвигания ФГР в отрабатываемом технологическом блоке на величину L_j^НП ускоряет ввод в эксплуатацию нового технологического блока и обеспечивает рост производственной мощности предприятия за счет добычи ПИ из разрезного карьера.

Целесообразно в процессе отработки смежных технологических блоков создавать опережение вышележащего технологического блока относительно нижележащего, формируя на этом участке вышележащего блока торцовый борт с рабочими площадками, который затем отрабатывают по падению или одновременно по падению и простиранию продуктивной толщи.

Выполнение этих операций позволяет, за счет быстрого наращивания длины вскрышного и добычного ФГР, создать резерв производственной мощности предприятия по горной массе. Отработка этого участка технологического блока в направлении падения и простирания продуктивной толщи обеспечивает резкий рост добычи ПИ.

Целесообразно технологические блоки в первоочередном карьере отрабатывать последовательно, используя формируемый по простиранию продуктивной толщи торцовый борт вышележащего технологического блока в качестве подпорной стенки для внутреннего отвала.

При выполнении операций по последовательной отработке технологических блоков, по сравнению с одновременной, достигаются наилучшие технико-экономические показатели отработки, но и самая низкая производственная мощность карьера. Увеличение добычи ПИ в этом случае возможно только за счет интенсификации подвигания ФГР, но при сохранении в течение всего периода отработки технологического блока стабильными таких технико-эксплуатационных параметров карьера, как коэффициенты вскрыши, расстояния транспортирования вскрышных пород. При переходе на новый нижележащий технологический блок уровень их резко возрастает и остается стабильным до конца его отработки. Кроме того, при последовательной отработке технологических блоков достигается лучшее использование выработанного пространства под внутренние отвалы.

Целесообразно также отдельные технологические блоки объединять в один и в дальнейшем отработку месторождения осуществлять сплошным рабочим бортом.

Операция по объединению отдельных технологических блоков в один позволяет сблизить рабочую зону карьера с отвальной, что уменьшает расстояние транспортирования вскрышных пород во внутренний отвал. Формирование единого сплошного рабочего борта карьера за счет нижних технологических блоков позволяет увеличить емкость внутреннего отвала. Объединение в один технологический блок целесообразно осуществлять в период перехода от первой очереди карьера ко второй.

Сущность предлагаемого способа открытой разработки пологих и наклонных месторождений ПИ иллюстрируется примерами конкретной реализации и чертежами.

На фиг. 1 изображено положение горных работ на конец отработки первоочередного карьера. Пунктирными линиями показаны контуры разрезных карьеров и технологических блоков с порядковыми номерами j = 1,2,3, отражающими последовательность ввода технологических блоков в эксплуатацию (ТБ.j=1, ТБ.j=2, ТБ.j=3).

Условные обозначения для фиг. 1 - 7:
направление подвигания ФГР по верхнему пласту ПИ продуктивной толщи;
├_┤├_┤├_┤ - граница технологических блоков по верхнему пласту ПИ продуктивной толщи;
граница этапа отработки карьера по пласту ПИ продуктивной толщи;
номер периода отработки карьера.

На фиг. 2 показано положение горных работ в карьере на конец проходки разрезного карьера для ТБ.j = 1 (период отработки карьера). Пунктирными линиями показано положение бортов ТБ. j = 1 при подвигании ФГР в направлении ЛПП на величину L_j^НП (период отработки карьера).

На фиг. 3 - положение горных работ после завершения вскрытия второго горизонта (гор. 225) разрезного карьера для ТБ. j = 1. Пунктирными линиями показано положение горных работ на конец проходки разрезного карьера ТБ. j = 1 (период отработки карьера).

На фиг. 4 - положение горных работ в карьере на начало одновременной работы на проходке этапа n = 2 разрезного карьера для ТБ. j = 2 и отработки соответствующего этапа ТБ.j = 1 (период отработки карьера). Пунктирными линиями показано положение горных работ на начало одновременной отработки ТБ.j = 1 и ТБ.j = 2.

На фиг. 5 - положение горных работ в карьере на начало отработки участка 2¹¹ с рабочими площадками торцового борта 2¹ ТБ.j = 1 (период отработки карьера), пунктирными линиями - то же на конец отработки 7 периода карьера.

На фиг. 6 - положение горных работ на конец проходки первоочередного карьера (период отработки карьера) при последовательной отработке технологических блоков с подвиганием ФГР от нерабочего борта к рабочему борту.

На фиг. 7 - положение горных работ в карьере после объединения ТБ.J =1, ТБ. J = 2, TB.J =3 в один технологический блок со сплошным рабочим бортом. Пунктирными линиями показано положение горных работ на начало отработки 5 периода карьера (период, в котором формируется сплошной рабочий борт карьера).

На фиг. 8 - 17 - положения горных работ (М 1: 40000) на характерных этапах отработки карьера (m = 1, 3,5,10,12,16,20,22,26,30) по предлагаемому способу и прототипу при одинаковой интенсивности ведения горных работ. Этап отработки карьера на этих фиг. отражает при углубке карьера - понижение горных работ на один уступ H_у = 15 м, а при отработке по простиранию - подвигание рабочего борта карьера на величину L_П = 298 м, что соответствует понижению горных работ на H_у.

Условные обозначения для фиг. 8-17:
контуры карьера на m-м этапе отработки месторождения по прототипу;
- то же, что и на фиг. 1-7;
├_┤˙├_┤˙├_┤ - техническая граница карьера поверху;
├_┤˙˙├_┤˙˙├_┤ - то же понизу;
контуры торца карьера на последнем этапе отработки месторождения.

На фиг. 18-24 представлены зависимости основных технико- эксплуатационных параметров карьера (текущие объемы вскрыши _m^ТВ и добычи ПИ V_m^ТД, объемы по карьеру нарастающим итогом вскрыши V_m^КВ и добычи ПИ V_m^КД, текущие К_m^ТВ и по карьеру К_m^КВ коэффициенты вскрыши, среднее расстояние транспортирования _m^ТР от числа этапов m при отработке карьера:
1 - по известной поперечной системе разработки с четырехугольной конфигурацией первоочередного карьера в плане (см., например, Барабанов В.Ф, Томаков П.И, Дергачев И.И. Разработка крутых и наклонных пластов открытым способом с размещением пустых пород в выработанном пространстве (Уголь-1959-N 12, с. 9-10);
2 - по заявке N 98114918/03 (016115) с приоритетом от 27.07.98 и с положительным решением от 16.04.99 г;
3 - по прототипу с отработкой 2-й очереди карьера по способу разработки, приведенному в вышеуказанной заявке;
4 - по предлагаемому способу разработки пологих и наклонных месторождений ПИ.

Предлагаемый способ разработки пологих и наклонных месторождений ПИ осуществляют следующим образом. Отработку месторождения производят в две очереди (фиг. 1). В первую очередь осуществляют углубку карьера до конечной глубины отработки месторождения, а во вторую очередь - ведут его отработку по простиранию продуктивной толщи. Вскрышные породы на месторождениях пологого падения при углубке карьера размещают во внешние и внутренние отвалы, а при отработке по простиранию продуктивной толщи - только во внутренние отвалы. На месторождениях наклонного падения вскрышные породы размещают при отработке карьера первой и второй очереди во внутренние и внешние отвалы. Эти отвалы здесь не описываются, т.к. при их формировании используют известные схемы отвалообразования, а их местоположение указано в прототипе. Первоочередному карьеру на конечной глубине придают треугольную конфигурацию в плане с одним нерабочим бортом 1 и одним рабочим бортом (поз. не обозначен). Последний выполняют ступенчатой формы в плане, где каждую ступень формируют из бортов 2¹ и 2 отрабатываемого по простиранию продуктивной толщи технологического блока (поз. не обозначена), нарезку (подготовку) которого осуществляют предварительно путем проходки разрезного карьера 3 треугольной конфигурации в плане (карьера, выполняющего функции разрезной траншеи), причем рабочий борт разрезного карьера 3 после его проходки используют в качестве рабочего борта 2 подготовленного технологического блока, при этом длину L_j^Б рабочего борта 2 (фиг. 1, 2) определяют из выражения:

где j - порядковый номер технологического блока карьера;
H_у - высота уступа, м;
n - порядковый номер горизонта в j-м технологическом блоке карьера;
n_j - целое число горизонтов, отрабатываемых одним j-м технологическим блоком карьера, шт;
α_n,j - средний угол падения верхнего пласта проективной толщи в пределах n-го горизонта j-го технологического блока карьера, град;
ρ^p_n,j - угол в плоскости пласта между ЛПП и рабочим бортом карьера в пределах n-го горизонта j-го технологического блока карьера, град;
L_min - минимальная по горно-техническим возможностям длина ФГР по верхнему пласту продуктивной толщи, м.

Проходку разрезного карьера 3 (фиг. 3) можно осуществлять, например, известным по авт. свид. СССР N 2011827 способом, принятым за прототип. Вскрытие каждого рабочего горизонта в этом способе производят пройденными во встречном направлении двумя въездными наклонными фланговыми траншеями 4 и 5, переходящими в разрезную траншею 6, расположенную по простиранию продуктивной толщи. Настенные траншеи 4 на каждом горизонте проходят последовательно в одном и том же направлении под углом к ЛПП. По дну этих траншей сооружают стационарный прямой съезд 4¹ в карьер. Наклонную траншею 5 на каждом новом горизонте проходят параллельно первоначальному положению этой траншеи на предыдущем горизонте. Одновременно на вышележащих горизонтах въездные траншеи 5, преобразованные в полутраншеи, отрабатывают как скользящие съезды, располагая их таким образом, чтобы обеспечивался прямой съезд 5¹ в карьер. Большая ширина съездов 5 позволяет отрабатывать их двумя полосами поочередно, не нарушая процесса транспортирования по ним горной массы. Развитие горных работ в разрезном карьере 3 в этом способе осуществляют в продольно- диагональном направлении. На всех этапах, кроме последнего, карьер имеет трапециевидную форму в плане с одним нерабочим бортом 1 и двумя сопрягаемыми между собой рабочими бортами 8 и 2. Рабочий борт 8 формируют параллельно ЛПП и перемещают по падению пластов продуктивной толщи 7. Выше разрезной траншеи 6 его отрабатывают горизонтальными уступами, а ниже - наклонными слоями. На каждом горизонте длину борта 8 сокращают на величину, равную проекции съезда 4 на ЛПП (с учетом горизонтальной площадки примыкания), в результате образуют диагонально расположенный нерабочий борт 1. Выше наклонных траншей 4 его формируют из горизонтальных уступов с устройством на них транспортных берм, соединяющих рабочие горизонты борта 8 с трассой прямого съезда 4¹, а ниже - из наклонных уступов и берм. Сопрягаемый с рабочим бортом 8 рабочий борт 2 формируют под углом ρ^p_n,j к ЛПП из условия размещения на нем прямого съезда 5¹ в карьер. Выше этого съезда его отрабатывают горизонтальными уступами, а ниже - наклонными слоями. Перемещение рабочего борта 2 осуществляют под углом (90°-ρ^p_n,j) к ЛПП, и его длина с углубкой разрезного карьера 3 увеличивается. Сокращение длины рабочего борта 8 и увеличение длины рабочего борта 2 на каждом горизонте приводит, вследствие меньших средних значений высоты и подвигания борта 2, к снижению с глубиной темпов роста технико-эксплуатационных параметров карьера. При этом на каждом горизонте вскрывают одинаковые площади запасов ПИ. На последнем горизонте борт 8 полностью сокращают и разрезной карьер 3 приобретает треугольную конфигурацию в плане с пересекающимися между собой нерабочим бортом 1 и рабочим бортом 2. Этим этапом завершают проходку разрезного карьера 3 (или иначе - подготовительные работы по нарезке технологического блока) и начинают отработку последнего.

Диагональное положение рабочего борта 2 разрезного карьера 3 и наличие на нем скользящей трассы с прямым съездом 5¹ (фиг. 2) позволяют без каких-либо дополнительных работ использовать его в качестве рабочего борта 2 технологического блока, параллельно перемещая его в направлении ЛПП. При этом с самого начала отработки подготовленного технологического блока на его торцовом борту 2¹ (фиг. 4) создают участок 2¹¹ с рабочими площадками, имеющий длину L_j^КП, которую определяют из выражения:

где ρ^н_n,j+1/- угол в плоскости верхнего пласта продуктивной толщи 7 между ЛПП и нерабочим бортом карьера 1 в пределах n- го горизонта (j + 1)-го технологического блока карьера, град.

Это позволяет сразу же, без потери времени на разнос торцового борта 2¹, начать на этом участке проходку нового разрезного карьера 3 нижележащего технологического блока с номером j = 2. В дальнейшем, в целях уменьшения текущих объемов вскрыши, торцовый борт 2¹ отрабатываемого технологического блока делают нерабочим бортом с устройством на нем транспортных берм.

Возможна одновременная или последовательная отработка технологических блоков.

Одновременную отработку начинают в период подготовки нового технологического блока, для чего сначала в вышележащем технологическом блоке с номером j = 1 производят подвигание ФГР на величину (фиг. 4):
L_j^НП = L_j^ВП + L_j^ПП, м
где L_j^ВП - длина первоначальной выемки разрезного карьера 3 поверху, величину которой при способе, принятом за прототип, определяют из выражения:

где L_j^ПП - подвигание рабочего борта 2 вышележащего технологического блока с номером j = 1, обеспечивающего понижение горных работ в разрезном карьере нижележащего технологического блока на один горизонт (n = 2), при этом величину этого подвигания при способе, принятом за прототип, определяют из выражения:

После отработки подготовленного технологического блока с номером j = 1 на величину L_j=1^НП (фиг. 4) осуществляют одновременную отработку технологического блока j = 1 и проходку разрезного карьера 3 технологического блока j = 2 до его конечной глубины (фиг. 4, пунктирное изображение). Затем производят одновременную отработку вышележащего технологического блока j = 1 и вновь подготовленного нижележащего технологического блока j = 2 по простиранию продуктивной толщи 7.

Далее, если отработку месторождения осуществляют более чем двумя технологическими блоками, то все вышеперечисленные операции по нарезке каждого технологического блока повторяют вновь.

В нашем примере после отработки подготовленного технологического блока j = 2 на величину L_j=2^НП (полученную из вышеуказанных выражений) вновь осуществляют одновременную отработку технологических блоков j = 1, j = 2 и проходку разрезного карьера 3 технологического блока j = 3 до его конечной глубины. Завершением проходки разрезного карьера 3 технологического блока j = 3 заканчивают отработку первоочередного карьера и далее все три технологических блока начинают отрабатывать по простиранию продуктивной толщи 7 (2 очередь карьера).

Одновременная отработка технологических блоков повышает управляемость основными горно-техническими параметрами карьера. Проходка разрезного карьера 3, при постоянном ухудшении с глубиной технико-эксплуатационных параметров данного карьера, и одновременная отработка вышележащих технологических блоков, имеющих лучшие и стабильные параметры, позволяет путем варьирования интенсивности ведения горных работ управлять производственной мощностью предприятия при снижении негативного влияния глубины разработки на показатели работы карьера в целом. Аналогичный эффект достигается и при одновременной отработке двух и более технологических блоков. Так увеличение интенсивности ведения горных работ в вышележащем технологическом блоке позволяет улучшить технико-экономические показатели отработки технологических блоков, обеспечив, при заданной интенсивности ведения горных работ в нижележащем блоке, увеличение суммарной производительности по добыче ПИ, а при снижении интенсивности в этом блоке - сохранение ее на заданном уровне.

Для обеспечения быстрого наращивания производственной мощности карьера создают дополнительный ФГР путем опережения вышележащего технологического блока относительно нижележащего (фиг. 5) и на этом участке формируют торцовый борт с рабочими площадками 2¹¹, а затем отрабатывают его по падению и простиранию продуктивной толщи.

Если требуется небольшая производственная мощность по добыче ПИ, то технологические блоки в первоочередном карьере целесообразно отрабатывать последовательно. Это позволит учительное время иметь наилучшие и стабильные технико-эксплуатационные параметры карьера. С переходом на новый нижележащий технологический блок уровень их повысится. Смежные технологические блоки отрабатывают в одном и том же направлении - от нерабочего борта 1 карьера к рабочему 2 (фиг. 6), либо вышележащий блок - в направлении от нерабочего борта 1 карьера к рабочему, а нижележащий блок - в обратном направлении, то есть челночно. В последнем случае исключается перенос рабочей зоны технологического блока с одного фланга первоочередного карьера на другой со всеми недостатками, вытекающими из этого процесса. При данном порядке отработки карьера торцовый борт 2¹ вышележащего технологического блока используют в качестве подпорной стенки для внутреннего отвала, который на данной фигуре не показан. В дальнейшем часть породы этого отвала, определяемая в зависимости от степени засыпки торцового борта 2¹, перемещают во внутренний отвал отрабатываемого нижележащего технологического блока.

В конце отработки первоочередного карьера значительно увеличивается доля вскрышных пород, транспортируемых во внешний отвал. В этот период в целях увеличения емкости внутреннего отвала отдельные технологические блоки объединяют в один за счет ускоренного подвигания ФГР нижних блоков и отработку месторождения осуществляют одним сплошным рабочим бортом 2 (фиг. 7). В дальнейшем при переходе на отработку месторождения по простиранию и применении полного внутреннего отвалообразования целесообразно вновь перейти на отработку его отдельными технологическими блоками.

Таким образом, повышение управляемости основными параметрами карьера в предлагаемом способе разработки достигается за счет:
- углубки горных работ путем проходки разрезных карьеров 3 треугольной конфигурации в плане с продольно-диагональным направлением развития горных работ, что существенно улучшает технико-экономические показатели процесса углубки карьера (вследствие применения на углубке более выгодной геометрической формы карьерного пространства и более рационального порядка развития горных работ);
- нарезки отрабатываемых по простиранию продуктивной толщи технологических блоков, что способствует стабилизации показателей отработки карьера (вследствие постоянных параметров рабочей зоны каждого технологического блока);
- одновременной проходки разрезного карьера 3 и отработки технологических блоков, что позволяет существенно снизить негативное влияние процесса углубки горных работ на показатели отработки карьера в целом (вследствие лучших и стабильных показателей ведения горных работ при отработке вышележащих технологических блоков);
- создания опережения ФГР одного технологического блока относительно другого и использования его для варьирования скоростями подвигания ФГР технологических блоков, что позволяет повысить управляемость параметрами карьера в целом (вследствие различного пространственного залегания ПИ в технологических блоках);
- создания опережения верхнего технологического блока относительно нижнего и отработки последнего по простиранию и по падению продуктивной толщи, что позволяет быстро наращивать производственную мощность карьера (вследствие создания на торцовом борту нижнего технологического блока дополнительного вскрышного и добычного ФГР);
- последовательной отработки технологических блоков, что позволяет иметь самые наилучшие и стабильные показатели ведения горных работ при малой мощности карьера (вследствие отработки первоочередного карьера только одним технологическим блоком по простиранию продуктивной толщи);
- объединения отдельных технологических блоков в один, что на определенных этапах отработки месторождения (2-я очередь карьера) позволяет уменьшить расстояние транспортирования вскрышных пород во внутренний отвал (вследствие сближения в этом случае рабочей зоны карьера с отвальной).

Перечисленные выше способы и приемы управления горными работами при комплексном их использовании в процессе эксплуатации месторождения позволяют создать карьер, обладающий достаточно высокой технологической гибкостью, позволяющей изменять производственную мощность и параметры карьера, например, в зависимости от спроса и цены на ПИ, уровня техники и т.п.

Анализ положений горных работ на характерных этапах отработки месторождения по обоим рассматриваемым примерам (фиг. 8-17) и графиков зависимостей, представленных на фиг. 18-24, свидетельствует о значительных преимуществах предлагаемого способа разработки.

В течение всего периода эксплуатации месторождения в предлагаемом способе площадь земель, изымаемых под горные работы, в 1,5-2,7 раза меньше, чем в прототипе.

Меньшие в 2,1 - 2,57 раза размеры карьера на первых этапах его эксплуатации (фиг. 8-10) в предлагаемом способе разработки определяют меньший объем горно-капитальных работ в период строительства карьера, а следовательно, и меньшие размеры капитальных вложений.

Объемы вскрыши V_m^КВ (фиг. 18) и объемы изымаемых запасов ПИ V_m^КД (фиг. 19) по карьеру в целом (нарастающим итогом) на этапах m = 4 - 37 в предлагаемом способе (кривые 4) меньше, чем в прототипе (кривые 3) соответственно в 1,38 -3,19 раза и 1,27 - 2,59 раза. При этом, несмотря на меньшие объемы извлекаемых запасов V_m^КД в предлагаемом способе разработки, коэффициенты вскрыши К_m^КВ в целом по карьеру (фиг. 20. кривая 4) ниже, чем в прототипе (кривая 3) в 1,1-2,54 раза. Это объясняется применением более выгодной (с позиции соотношения объемов вскрыши и ПИ) геометрической формы карьерного пространства и более рационального порядка развития ФГР.

Первоочередной карьер при отработке его по способу, принятому за прототип (фиг. 13, пунктирное изображение), достигает технической границы карьера по верхнему пласту продуктивной толщи на этапе m = 16, а при отработке его по предлагаемому способу (фиг. 16) только на этапе m = 26. Это происходит вследствие перерывов процесса углубки карьера, связанных с подготовкой каждого нового технологического блока. Перед нарезкой нового технологического блока необходимо рабочий борт вышележащего технологического блока отработать в направлении ЛПП на величину L_j^КП, достаточную для проходки разрезного карьера 3 нового технологического блока. На этот период процесс углубки карьера прерывается. Такие перерывы зафиксированы на фиг. 11 (на начало нарезки ТБ.j = 2) и на фиг. 14 (на начало нарезки ТБ. j =3). В данном примере в течение периодов m = 5-10 и m = 15-20 работы на углубке карьера не производятся, происходит отработка технологических блоков (ТБ.j = 1, ТБ.j = 2) по простиранию продуктивной толщи. В связи с этим число этапов отработки первоочередного карьера в прелагаемом способе увеличивается на 10 этапов. Развитие горных работ на этих этапах в направлении простирания продуктивной толщи приводит к увеличению общих объемов вскрыши и добычи ПИ из первоочередного карьера. Это видно из сопоставления положений горных работ на этапе m = 16 (фиг. 13) и на этапе m = 26 (фиг. 16). Пунктирными линиями на этих фигурах изображен первоочередной карьер при отработке его по способу, принятому за прототип.

В предлагаемом способе отработки месторождения, объем извлекаемой вскрыши V_m=26^КВ (фиг. 18, кривая 4) и добычи ПИ V_m=26^КД (фиг. 19, кривая 4) из первоочередного карьера (этапы m = 1-26) больше, чем V_m=16^КВ, (фиг. 18, кривая 3) и V_m=16^КД (фиг. 19, кривая 3) из аналогичного карьера (этапы m = 1 - 16) в способе, принятом за прототип, соответственно в 1,42 и 1,57 раза. Но при этом текущие значения вышеуказанных величин при проходке первоочередного карьера в предлагаемом способе меньше, чем в прототипе, на всех этапах периода m = 1-26, составляющего 54 - 68% от общего числа этапов отработки карьера.

За период m = 1 - 16 этапов (что соответствует периоду отработки первоочередного карьера в прототипе) текущие объемы вскрыши V_m^ТВ (фиг. 21, кривые 3 и 4) в предлагаемом способе меньше, чем в прототипе, в 1,43- 4,23 раза, добыча ПИ V_m^ТД (фиг. 22, кривые 3 и 4) - в 1,29 - 2,58 раза, а коэффициенты вскрыши K_m^ТВ (фиг. 23, кривые 3 и 4) - в 1,59 - 2,54 раза, причем наибольший эффект имеет место на первых этапах эксплуатации карьера (m = 2-6).

За период m = 17- 26 этапов (с этапа m = 17 в прототипе начинается 2-я очередь карьера) эффективность предлагаемого способа по вышеуказанным параметрам уменьшается и на этапе m = 17 сходит на нет.

С этого этапа начинается отработка 2-й очереди карьера.

В дальнейшем на этапах m = 27-30 текущие объемы вскрыши V_m^ТВ, добычи ПИ V_m^ТД и коэффициенты вскрыши К_m^ТВ в обоих примерах равны.

На последних этапах m = 31 - 37 в предлагаемом способе объемы V_m^ТВ меньше, чем в прототипе, в 1,1 раза, объемы V_m^ТД - в 1,1 раза, а коэффициенты K_m^ТВ - равны между собой.

В предлагаемом способе разработки общее число этапов отработки карьера увеличивается до m = 47 этапов вследствие вышеуказанных перерывов в процессе углубки первоочередного карьера и сохранения одинаковой величины подвигания рабочего борта карьера в направлении ЛПП в течение всего периода отработки 2-й очереди карьера.

В обоих примерах разработки предусматривается как внутреннее, так и внешнее отвалообразование. Внутренний отвал в рассматриваемых условиях (наклонное падение продуктивной толщи) располагается у нерабочего борта 1, который является для него подпорной стенкой. Во внутренний отвал (с учетом отсыпки его выше дневной поверхности на 60 м) складируется 30,6% от общего объема вскрыши за период работы на этапах m = 1-26. При этом доля вскрыши, транспортируемой во внутренний отвал, в предлагаемом способе разработки изменяется от 90-95% на начальных этапах (m = 1-3) до 17,6-18,2% на последних этапах первоочередного карьера (m = 23 - 26). В прототипе эта доля изменяется от 6 - 8% на этапах m = 1-3 до 20,9-25,8% на последних этапах первоочередного карьера m = 13-16. Внешний отвал располагается в приконтурной зоне вдоль выходов пластов под наносы. При этой схеме отвалообразования средневзвешенное расстояние транспортирования вскрыши L_m^ТР в предлагаемом способе меньше, чем у прототипа, в 1,7-2,3 раза на этапах m = 1 - 15, а на этапах m = 16-20 - в 1,06 - 1,22 раза (см. фиг. 24, кривые 3 и 4). Этот эффект на вышеуказанных этапах достигается за счет преимущественного развития горных работ по простиранию продуктивной толщи, меньшей глубины карьера и большей доли вскрыши, транспортируемой во внутренний отвал, до которого плечо откатки меньше.

В дальнейшем, на этапах m = 21 -37 в предлагаемом способе разработки L_m^ТР становится уже больше, чем в прототипе, в 1,09-1,1 раза. Это происходит вследствие удаления (с переходом на поперечную систему) ФГР ТБ. j = 1 и ТБ. j = 2 от рабочей зоны внутреннего отвала.

Из сопоставления зависимостей 2 и 4 (фиг. 8- 17) видно, что предлагаемый способ разработки (кривые 4) на всех этапах (кроме m = 1-4) проходки первоочередного карьера имеет существенные преимущества по сравнению со способом разработки (кривые 2), изложенным в вышеупомянутой заявке N 098114968/03 (016115). Однако ожидаемый эффект в этом случае ниже того эффекта, который нами был получен при сравнении рассматриваемого способа с прототипом.

Сопоставление зависимостей 1 с зависимостями 2 - 4 (фиг. 8 - 17) показывает, что во всех трех предлагаемых нами способах разработки обеспечивается высокая эффективность добычи ПИ на месторождениях пологого и наклонного залегания пластов. Принятые в них технические решения направлены прежде всего на снижение негативного воздействия на природную среду, сбережения всех основных видов ресурсов - трудовых, земельных, энергетических (материальных, финансовых).

Анализ технологических параметров предлагаемых решений показывает, что каждый из этих способов имеет свою наиболее благоприятную область применения. Поэтому в определенных условиях с целью получения большего эффекта целесообразно идти на комбинацию этих способов. При этом необходимо иметь в виду, что переход от одного способа к другому возможен без нарушения процесса эксплуатации карьера, то есть без его реконструкции.

Формула изобретения

1. Способ открытой разработки пологих и наклонных месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие каждого горизонта карьерного поля въездной траншеей, пройденной под углом к линии простирания продуктивной толщи, создание вдоль въездных траншей рабочего борта карьера, формирование нерабочего борта под углом к линии простирания продуктивной толщи и к въездным траншеям с устройством на нем стационарной транспортной трассы, отработку вскрышных и добычных уступов с образованием на конечной глубине отработки месторождения первоочередного карьера треугольной конфигурации в плане, отличающийся тем, что рабочий борт карьера в процессе отработки месторождения выполняют ступенчатой формы в плане, где каждую ступень формируют из бортов отрабатываемого по простиранию продуктивной толщи технологического блока, нарезку которого осуществляют предварительно путем проходки разрезного карьера треугольной конфигурации в плане, причем рабочий борт разрезного карьера после его проходки используют в качестве рабочего борта подготовленного технологического блока, при этом длину L_j^Б этого рабочего борта определяют из выражения

где j - порядковый номер технологического блока карьера;
H_у - высота уступа, м;
n - порядковый номер горизонта в j-ном технологическом блоке карьера;
n_j - целое число горизонтов, отрабатываемых одним j-м технологическим блоком карьера, шт;
α_n,j - средний угол падения верхнего пласта продуктивной толщи в пределах n-го горизонта j-го технологического блока карьера, град;
ρ^p_n,j - угол в плоскости пласта между линией простирания продуктивной толщи и рабочим бортом карьера в пределах n-го горизонта j-го технологического блока карьера, град;
L_min - минимальная по горно-техническим возможностям длина фронта горных работ по верхнему пласту продуктивной толщи, м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после завершения проходки разрезного карьера осуществляют отработку подготовленного технологического блока, создавая на его торцовом борту участок L_j^КП с рабочими площадками, длина которого равна длине разрезного карьера нижележащего технологического блока, при этом длину участка L_j^КП определяют из выражения:

где ρ^н_n,j+1 - угол в плоскости верхнего пласта продуктивной толщи между линией простирания продуктивной толщи и нерабочем бортом карьера в пределах n-го горизонта (j + 1)-го технологического блока карьера, град,
при этом дальнейшую отработку технологического блока после проходки участка L_j^КП производят, формируя в его торце нерабочий борт с транспортными бермами.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отработку технологических блоков осуществляют одновременно и начинают ее в период нарезки нового технологического блока, предварительно произведя подвигание фронта горных работ в вышележащем технологическом блоке на величину
Lj^НП = Lj^ВП + Lj^ПП, м,
где Lj^ВП - длина первоначальной выемки разрезного карьера поверху, м;
Lj^ПП - подвигание рабочего борта вышележащего технологического блока, позволяющее осуществить понижение горных работ в разрезном карьере нижележащего технологического блока на один горизонт, м,
при этом значения этих величин устанавливают в зависимости от принятого способа проходки разрезного карьера.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в процессе отработки смежных технологических блоков создают опережение вышележащего блока относительно нижележащего и на этом участке вышележащего блока формируют торцовый борт с рабочими площадками, который отрабатывают затем по падению или одновременно по падению и простиранию продуктивной толщи.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в первоочередном карьере технологические блоки отрабатывают последовательно, используя формируемый по простиранию продуктивной толщи торцовый борт вышележащего технологического блока в качестве подпорной стенки для внутреннего отвала.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что отдельные технологические блоки объединяют в один и в дальнейшем отработку месторождения осуществляют сплошным рабочим бортом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24