Способ комбинированной открыто-подземной разработки крутопадающих месторождений

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки месторождений полезных ископаемых из скальных многолетнемерзлых пород и руд преимущественно столбообразной формы. Техническим результатом является повышение эффективности горных работ при доработке рудного тела ниже проектной отметки дна карьера. Достигается технический результат тем, что отработку рудного тела ведут открытым способом до проектной отметки и открыто-подземным способом до отметки начала подземных горных работ. При этом вскрытие рудного тела при открытом способе отработки ведут системой транспортных берм внешнего и внутреннего заложения, при открыто-подземном способе отработки осуществляют подземными горными выработками в сочетании с транспортными бермами. Открытые горные работы при открыто-подземном способе отработки ведут с интервалом отставания по вертикали от подземных горных работ не менее чем на высоту рабочего уступа, причем отбойку руды в центральной части рудного тела осуществляют послойно уступами взрыванием нисходящих взрывных скважин, в приконтактной части рудного тела осуществляют системой восходящих веерных скважин, пробуренных из подземных горных выработок. При открыто-подземном способе отработки в рабочей зоне карьера образуют улавливающую выработку в приконтактной части рудного тела путем взрывания веерных скважин, пробуренных из подземных горных выработок, причем улавливающую выработку по мере понижения открытых горных работ расширяют путем взрывания на каждом рабочем уступе вертикальных скважин с глубиной перебура не менее 1/3 высоты рабочего уступа. 1 табл., 5 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки месторождений полезных ископаемых из скальных многолетнемерзлых пород и руд преимущественно трубообразной и столбообразной форм.

Известен комплексный открыто-подземный способ добычи, разработанный институтом ИПКОН, заключающийся в разработке месторождения по глубине тремя ярусами, при этом месторождение разрабатывается открытым способом до проектной отметки ведения открытых горных работ - Н₀; от проектной отметки открытых горных работ до отметки начала подземных горных работ - Н_0-п; проектная отметка начала ведения подземных горных работ - Н_п; вскрытие всех горизонтов карьера при открытом способе разработки осуществляется системой траншей внешнего и внутреннего заложения, при открыто-подземной разработке ниже проектной отметки открытых горных работ шахтными стволами в сочетании с горизонтальными подземными выработками; отбойка руды в пределах ведения открыто-подземных работ производится без разноса бортов карьера одним высоким уступом в пределах 100 и более метров системой нисходящих взрывных скважин, пробуренных со дна карьера и восходящих, пробуренных из подземных выработок; обрушенная руда из зоны открыто-подземных работ через систему выпускных выработок поступает на подземный концентрационный горизонт, где с помощью вибропитателей загружается в транспортные сосуды [Агошков М.И., Терентьев В.И., Казикаев Д.М. и др. Комплексный открыто-подземный способ разработки мощных крутопадающих рудных месторождений. В кн. Основные направления развития открыто-подземного способа разработки месторождений. Ротопринт ИПКОН АН СССР. 1987. - С.4-16].

Недостатками данного открыто-подземного способа разработки являются низкая эффективность горных работ, связанная с ограничением производительности транспортных потоков по условиям вентиляции и по пропускной способности подземных выработок, а также повышенная опасность ведения буровых и взрывных работ вблизи погашенных бортов карьера.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ открыто-подземной добычи для пологопадающих пластовых месторождений с углом падения не более 50°, заключающийся в том, что на горизонте планируемого дна карьера организуется камерная выемка, параметры которой обеспечивают обрушение покрывающих пород до поверхности. В результате выпуска руды в зоне обрушения образуется воронка, примыкающая к стенке обрушения, которая является надежной защитой от разлета возможных отслоений кусков породы от стенки обрушения, что гарантирует безопасную работу карьерного оборудования по уборке обрушенных пород в рабочей зоне карьера [Демидов Ю.В. Комплексный открыто-подземный способ добычи руды при разработке мощных наклонных залежей. Горный информационно-аналитический бюллетень, 2002, №10, - с.176-178].

Недостатком данного открыто-подземного способа разработки является недостаточно высокая эффективность добычных работ в период доработки месторождения, обусловленная сложностью управления процессом обрушения для гарантированного получения воронки обрушения до поверхности в условиях многолетней мерзлоты и ограниченных размерах карьера в плане с крутопадающим столбообразным рудным телом.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности горных работ при доработке рудного тела ниже проектной отметки дна карьера.

Технический результат достигается тем, что в способе комбинированной открыто-подземной разработки крутопадающих месторождений, включающем отработку рудного тела открытым способом до проектной отметки, открыто-подземным способом от проектной отметки карьера до отметки начала подземных горных работ, при этом вскрытие рудного тела при открытом способе отработки ведут системой транспортных берм внешнего и внутреннего заложения, при открыто-подземном способе отработки осуществляют подземными горными выработками в сочетании с транспортными бермами, причем в рабочей зоне карьера при открыто-подземном способе отработки образуют улавливающую выработку, открытые горные работы при открыто-подземном способе отработки ведут с интервалом отставания по вертикали от подземных горных работ не менее чем на высоту рабочего уступа, причем отбойку руды в центральной части рудного тела осуществляют послойно уступами взрыванием нисходящих взрывных скважин, в приконтактной части рудного тела отбойку руды осуществляют системой восходящих веерных скважин, пробуренных из подземных горных выработок с образованием улавливающей выработки, причем улавливающую выработку по мере понижения открытых горных работ расширяют путем взрывания на каждом рабочем уступе вертикальных скважин с глубиной перебура не менее 1/3 высоты рабочего уступа.

Для полного раскрытия технической сущности и преимуществ заявляемого изобретения применительно к месторождениям кимберлитовых трубок, расположенных в зоне распространения многолетнемерзлых пород в суровых климатических условиях Якутии, приведен пример доработки месторождения, представленный на фиг.1, 2, 3, 4, 5.

На фиг.1 приведен план карьера в отработанном виде до проектной отметки (290 м) - отметка начала открыто-подземных горных работ.

На фиг.2 приведен план карьера на момент достижения комбинированных открыто-подземных горных работ проектной отметки, т.е. окончания горных работ в так называемой переходной зоне Н_0-п.

На фиг.3 в разрезе представлены положение открыто-подземных горных работ на момент их завершения и схема вскрытия приконтактной части рудного тела подземными выработками в переходной зоне, т.е. между проектной отметкой открытых горных работ и отметкой начала подземных горных работ.

На фиг.4 приведена схема развития открытых и подземных горных работ в переходной зоне, т.е. между проектной отметкой открытых горных работ и отметкой начала подземных горных работ.

На фиг.5 приведена последовательность ведения работ по проходке и расширению улавливающей выработки из подземных выработок и с рабочих горизонтов открытых горных работ.

Обозначения на фиг.1-5

1 - транспортная берма внешнего заложения;

2 - транспортная берма внутреннего заложения;

3, 4, 5 - подземные горные выработки - штольня, наклонные съезды, вентиляционная скважина соответственно;

6 - кольцевой породный штрек;

7 - проектная отметка открытых горных работ (-290 м);

8 - борт карьера;

9 - центральная часть рудного тела на границе перехода открыто-подземных горных работ к подземным горным работам;

10 - приконтактная часть рудного тела;

11 - петлевые крутонаклонные транспортные бермы;

12 - перегрузочная площадка на горизонте (-290 м);

13 - временный рудный склад на горизонте (-290 м);

14 - орт-заезд;

15 - перегрузочный пункт на горизонте (-170 м);

16 - погашенный борт карьера в зоне перехода открытых горных работ к открыто-подземным горным работам;

17 - улавливающая выработка;

18 - отбитая руда в зоне подземной разработки приконтактной части рудного тела;

19 - отбитая руда в зоне открытой разработки центральной части рудного тела;

20 - забой рабочего горизонта;

21 - временный крутонаклонный съезд в зоне ведения открытых горных работ;

22 - фронт открытых горных работ в центральной части рудного тела;

23 - нисходящие взрывные скважины;

24 - вертикальные скважины для расширения улавливающей выработки;

25 - наклонные скважины для расширения улавливающей выработки;

26 - восходящие веерные скважины;

27 - кольцевой рудный штрек;

28 - рабочие уступы.

Предлагаемый способ предусматривает ведение горных работ до проектной 7 отметки (-290 м) открытым способом (фиг.1) и ниже проектной отметки 7 открытых горных работ (-290 м) (фиг.2, 3, 4, 5) одновременно двумя способами: в центральной части 9 рудного тела - открытым способом, а на приконтактной части 10 рудного тела - подземным способом.

Кимберлитовая трубка до проектной 7 отметки (-290 м) на глубину Н₀=600 м разрабатывается открытым способом (фиг.1). Вскрытие рудного тела осуществляется транспортными бермами внешнего 1 и внутреннего 2 заложения. Отбойка руды и пород ведется уступами, послойно, взрыванием нисходящих скважин глубиной 16-17 м, пробуренных с рабочих уступов (высота рабочего уступа - 15 м, нерабочего уступа - 45 м). Отбитая горная масса с помощью карьерных экскаваторов ЭКГ-12,5 и фронтальных погрузчиков "Letorn 1100" грузится в автосамосвалы большой мощности "Cat 785C" и по транспортным бермам 2 выдается на поверхность, вскрышные породы размещаются в отвалах пустых пород.

Для повышения эффективности доработки рудного тела ниже проектной отметки 7 открытых горных работ и до отметки начала подземных горных работ выделяется так называемая переходная зона с отметки (-290 м) до отметки (-380 м), где отработку месторождения ведут комбинированным открыто-подземным способом (фиг.2, 3, 4, 5).

В переходной зоне вскрытие центральной части 9 рудного тела производится петлевыми крутонаклонными транспортными бермами 11, которые отстраивают с горизонта (-290 м) на горизонт (-380 м) с уклоном не более 20°, общей длиной 250 м, размещенных вдоль борта перегрузочной площадки 12, расположенной на горизонте (-290 м). Отбойка руды при отстройке крутонаклонных транспортных берм 11 ведется уступами послойно буровзрывным способом. Отбитая руда грузится с помощью фронтальных погрузчиков на автосамосвалы с шарнирно-сочлененной рамой и выдается по крутонаклонным транспортным бермам 11 на перегрузочную площадку 12, перегружается в карьерные автосамосвалы и доставляется по транспортным бермам внутреннего 2 и внешнего 1 заложения на поверхность. Развитие фронта 22 горных работ в центральной части 9 рудного тела производится после вскрытия горизонта (-350 м) временным крутонаклонным съездом 21.

Отбойка руды на добыче в центральной части 9 рудного тела производится путем послойной отбойки рабочих уступов 28 высотой 15 м с помощью нисходящих взрывных скважин 23, забуренных станками СБШ-250МН. Транспортирование отбитой руды 19 производится двумя видами транспорта. С нижних рабочих горизонтов (-335 м) и (-350 м) по временному крутонаклонному съезду 21, петлевой крутонаклонной транспортной берме 11 и до временного рудного склада 13, размещенного на перегрузочной площадке 12 (горизонт (-290 м)), руда доставляется специальным транспортом для перевозки руды по крутым подъемам (например, самосвалы с шарнирно-сочлененной рамой или гусенично-тракторный транспорт). С временного склада 13 транспортировка руды осуществляется карьерными автосамосвалами 9 (CAT 785C), грузоподъемностью 135 т по транспортным бермам внутреннего 2 и внешнего 1 заложения до обогатительной фабрики или склада руды на поверхности карьера. Погрузка руды как в забоях 20 рабочих горизонтов (-335 м) и (-350 м), так и на временном рудном складе 13 производится фронтальными погрузчиками "Letorn 1100".

В целях обеспечения беспрерывности добычных работ при переходе из зоны открытых горных работ в зону комбинированной открыто-подземной разработки месторождения и для обеспечения вскрытия приконтактной части 10 рудного тела (фиг.2, 3) параллельно с ведением открытых горных работ с борта 8 карьера с горизонта (-170 м) до горизонтов (-305÷-380 м) производится проходка вскрывающих подземных выработок: штольни 3, наклонного съезда 4, а с дневной поверхности с отм. (+310 м) осуществляется бурение вертикальной вентиляционной скважины 5 диаметром в проходке 3,5 м. Также осуществляется проходка кольцевых породных штреков 6, кольцевых рудных штреков 27 и ортов заездов 14 (фиг.4). Проходка подземных выработок осуществляется бурением и взрыванием по забою выработок врубовых и отбойных скважин (шпуров). Отбитая горная масса с помощью подземного погрузчика грузится на подземные автосамосвалы "Atlas Copco" MT 2000 и вывозится по подземным выработкам 14, 27, 6, 4, 3 на перегрузочный пункт 15. Затем горная масса перегружается на карьерные автосамосвалы и по транспортным бермам внутреннего 2 и внешнего 1 заложения вывозится на поверхность. Крепление горизонтальных 3, 6, 27, 14 и наклонных 4 подземных выработок производится с помощью металлической арочной крепи. Вентиляционная скважина 5 не крепится.

Отбойку руды в приконтактной части 10 рудного тела (фиг.4) ведут буровзрывным способом. Для этого из кольцевого рудного штрека 27 бурят веера восходящих скважин 26, длина которых составляет от 2 до 13 м, расстояние между отдельными веерами скважин составляет 2-3 м, количество рядов вееров скважин 26 составляет 3-4 (т.е. параметры веерных скважин 26 определяются проектным контуром взрываемого участка). После взрыва веерных скважин 26 по периметру контакта рудного тела и вмещающих пород (между горизонтами (-350 м) и (-335 м) - отметка ведения открытых горных работ) образуется улавливающая выработка 17, заполненная раздробленной рудой 18.

Отбитая руда 18 из улавливающей выработки 17, падая под собственным весом, заполняет кольцевой рудный штрек 27 и частично орт-заезд 14, откуда с помощью подземной погрузочной техники доставляется на кольцевой породный штрек 6 и грузится в подземные автосамосвалы "Atlas Copco" MT 2000. Далее руда по кольцевому породному штреку 6, наклонному съезду 4, штольне 3 доставляется на перегрузочный пункт карьера 15, расположенный на 120 м выше от проектной отметки окончания открытых горных работ (фиг.3, горизонт (-170 м)). С перегрузочного пункта 15 руда карьерным транспортом выдается на поверхность. Таким образом, 90-85% отбитой руды из объема улавливающей выработки 17 убирается.

Для обеспечения по мере понижения открытых горных работ возможности своевременного образования улавливающей выработки 17 открытые горные работы ведут по отношению к подземным горным работам с интервалом отставания по вертикали не менее чем на высоту рабочего уступа 28.

При подходе открытых горных работ к улавливающей выработке 17 по горизонту (-305 м) ведут работы по ее расширению для нижележащего горизонта (-320 м) до необходимой ширины 15 м (последовательность работ по расширению улавливающей выработки по мере понижения открытых горных работ показана на фиг.5). Для этого на расстоянии 5 м от контура улавливающей выработки 17 забуривают вертикальные скважины 24 на глубину 20 м, т.е. с перебуром на 1/3 высоты рабочего уступа 28. Данная глубина скважин 24 обеспечивает достаточную величину расширения улавливающей выработки 17. При отработке горизонта (-320 м) вертикальные скважины 24 бурят на расстоянии 3 м от контура улавливающей выработки 17 и дополнительно бурят наклонные скважины 25, так как при отработке этого рабочего уступа 28 расстояние между вертикальными скважинами 24 и контуром нерасширенной части улавливающей выработки 17 составляет 8 м, что превышает линию наименьшего сопротивления взрываемых горных пород. Необходимая ширина улавливающей выработки 17 на нижележащем горизонте (-335 м) будет равна 18 м.

Работы по созданию улавливающей выработки 17 и по ее расширению на нижележащих горизонтах аналогичны вышеописанному. При отработке горизонтов (-320 м) и (-350 м) вертикальные скважины 24 и наклонные скважины 25 забуривают на расстоянии 3 м от контура улавливающей выработки 17, глубина бурения вертикальных скважин 24 составляет 20 м, наклонные скважины 25 бурят через горизонт. Ширина улавливающей выработки 17 в период отработки горизонтов (-305 м; -320 м; -335 м; -350 м; -365 м; -380 м) на рабочих уступах 28 будет соответственно равна 10; 15; 18; 20; 23 и 26 м.

Необходимая общая ширина улавливающей выработки 17 определяется из значений дальности падения камней с погашенного борта 16 карьера с учетом технического запаса по правилам безопасности

Ш_б=l_пад+l_зап,

где l_пад - дальность падения камней с погашенного борта 16, м;

l_зап - технический запас ширины улавливающей выработки 17, 1_зап=1÷2 м.

Открытые горные работы ведутся на безопасном удалении от погашенных бортов 16 карьера, которое определяется общей необходимой шириной улавливающей выработки 17 по ее верхнему контуру Ш_б (фиг.2).

Результаты расчета необходимой ширины открытой улавливающей выработки 17, установленные с учетом дальности падения камней с погашенного борта 16 карьера согласно "Временным методическим указаниям по управлению устойчивости бортов карьера в цветной металлургии" [4], сведены в таблицу 1.

Таблица 1
№№п.п.	Абс. отм., м	Высота погашенного борта 16 карьера, м	Необходимая ширина Шб улавливающей выработки 17, м
1	-290	45	10
2	-305	60	15
3	-320	75	18
4	-335	90	20
5	-350	105	23
6	-365	120	26

Создается улавливающая выработка 17 вдоль борта 16 карьера участками, длина которых должна быть равна длине экскаваторного блока (L_б=50÷100 м), в пределах которого производится от 4 до 8 взрывов рядов восходящих веерных скважин 26.

Глубина улавливающей выработки 17 с учетом оставления части отбитой руды 18 в качестве демпферной "подушки" составляет 11-12 м. При такой глубине и минимальной ширине, равной 10 м, улавливающая выработка 17 сможет принять до 800-850 м³ осыпи и вывалов на участке протяженностью 10 м. Такая емкость улавливающей выработки 17 сможет обеспечить безопасность открытых горных работ с достаточно высокой вероятностью.

Таким образом, комбинированным открыто-подземным способом, предусматривающим образование улавливающей выработки для сбора осыпей и вывалов с погашенных бортов карьера, может быть обеспечена эффективная доработка рудного тела между проектной отметкой окончания открытых горных работ и отметкой начала подземных горных работ.

Способ комбинированной открыто-подземной разработки крутопадающих месторождений, включающий отработку рудного тела открытым способом до проектной отметки, открыто-подземным способом до отметки начала подземных горных работ, при этом вскрытие рудного тела при открытом способе отработки ведут системой транспортных берм внешнего и внутреннего заложения, при открыто-подземном способе отработки осуществляют подземными горными выработками в сочетании с транспортными бермами, причем в рабочей зоне карьера при открыто-подземном способе отработки образуют улавливающую выработку, отличающийся тем, что при открыто-подземном способе отработки открытые горные работы ведут с интервалом отставания по вертикали от подземных горных работ не менее чем на высоту рабочего уступа, причем отбойку руды в центральной части рудного тела осуществляют послойно уступами взрыванием нисходящих взрывных скважин, в приконтактной части рудного тела отбойку руды осуществляют системой восходящих веерных скважин, пробуренных из подземных горных выработок с образованием улавливающей выработки, при этом улавливающую выработку по мере понижения открытых горных работ расширяют путем взрывания на каждом рабочем уступе вертикальных скважин с глубиной перебура не менее 1/3 высоты рабочего уступа.