Способ разработки смерзающихся вскрышных пород



Способ разработки смерзающихся вскрышных пород
Способ разработки смерзающихся вскрышных пород
Способ разработки смерзающихся вскрышных пород

 


Владельцы патента RU 2542007:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открытой разработке пластовых месторождений криолитозоны на базе бестранспортной системы разработки вскрышных пород. Техническим результатом является снижение влияния повторного смерзания на производительность драглайна и обеспечение его стабильной работы в процессе экскавации взорванных пород вскрышного блока. Для этого после производства буровзрывных работ на вскрышном уступе в процессе послойной экскавации взорванной породы в предотвал и конечный контур отвала на кровле пласта полезного ископаемого в пределах экскаваторной заходки по всей длине блока оставляют слой породы с отрицательной температурой. Это позволяет вскрыть зону устойчивого смерзания, растеплить и разупрочнить ее путем воздействия солнечной инсоляции за период отработки верхней части развала. Оставленный слой породы экскавируется в конечный контур отвала после уборки верхней части развала по всей длине экскаваторного блока. 3 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открытой разработке пластовых месторождений криолитозоны на базе бестранспортной системы разработки вскрышных пород.

Известен способ разработки вскрышных пород, в котором посредством специальной организации работ и путем ограничения длины экскаваторного блока в зависимости от определяющих факторов можно значительно снизить или даже полностью исключить влияние вторичного смерзания породы на работу оборудования [1].

Данная технология включает: бурение и взрывание верхнего подуступа, экскавацию взорванных пород с кровли нижнего подуступа в предотвал, бурение и взрывание нижнего подуступа и экскавацию взорванных пород в конечный контур отвала.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале, двумя заходками отрабатывают взорванные на сброс породы верхнего подуступа. При выполнении первой заходки драглайн готовит площадку стояния, снимая верхнюю часть развала, расположенного на кровле нижнего подуступа. Двигаясь вдоль фронта работ, он экскавирует часть объемов верхнего подуступа в направлении выработанного пространства, создавая предотвал. По окончании работ на первой заходке драглайн переходит на предварительно спланированный предотвал. Работая здесь, он перемещает предотвал и породы верхнего подуступа, не попавшие в конечный контур отвала в пределы этого контура.

Затем организуются работы на нижнем подуступе. После его взрывания на поверхность откоса отвала драглайн, выполняя третью заходку, готовит себе площадку стояния и одновременно экскавирует объемы второго подуступа в конечный контур отвала.

Экскавационные работы в блоке должны быть выполнены до завершения процесса смерзания, при этом длина экскаваторного блока должна быть не более:

где Qэ - эксплуатационная производительность экскаватора;

Тп - температура породы;

dcp - средний размер куска;

а - температуропроводность породы;

Тв - температура воздуха;

В - ширина экскаваторной заходки;

h - высота подуступа;

Kр, Kс, Kп - соответственно коэффициенты разрыхления, сброса и переэкскавации.

Данный принцип ограничения длины взрываемого блока успешно применяется и при отработке одного вскрышного уступа.

Недостатком этого способа является то, что он не учитывает формирование температурных полей в развале взорванных многолетнемерзлых пород вскрышного уступа, определяющих зоны смерзания.

Процесс формирования температурного режима в развале взорванных многолетнемерзлых пород сложен и определяется многими факторами, такими как: теплофизические характеристики пород, фазовые переходы влаги, изменение температуры атмосферного воздуха, температура, влажность и плотность пород, мощность вскрыши, углы формируемых откосов, а также качество взрывной подготовки. При этом даже определение истинной температуропроводности отдельного куска породы расположенного в различных областях развала представляет собой очень трудоемкую задачу.

С точки зрения практики горных работ наиболее рациональным явилось бы определение зон устойчивого смерзания породы в развале, и выбор превентивной технологии отработки блока, обеспечивающей экскавацию породы без значительного снижения производительности драглайна.

Определить такие зоны устойчивого смерзания взорванной породы, с высокой степенью вероятности, можно, зная динамику температурных полей в массиве многолетнемерзлых пород в различные периоды года и характер распределения кусков породы в развале после взрыва.

Характерные колебания температуры массива многолетнемерзлых пород в годовом цикле для условий Кангаласского буроугольного месторождения представлены в работе [2]. Указанная взаимосвязь температуры массива пород с глубиной и периодом года характерна и для других месторождений зоны распространения многолетнемерзлых горных пород.

При взрывании вскрышного уступа, распределение кусков в развале происходит в соответствии с известной схемой деформации массива при взрывных работах [3], из которой также очевидно, что слой разрушенной породы с устойчивой отрицательной температурой находится в самой нижней части развала.

Таким образом, для обеспечения стабильной работы драглайна без значительного снижения производительности в течение всего периода отработки блока необходимо в первую очередь экскавировать породы с верхней части развала на определенную глубину, по всей длине блока, выкладывая их в предотвал и конечный контур отвала. При этом на кровле пласта полезного ископаемого в переделах экскаваторной заходки оставляют слой породы с отрицательной температурой. Это позволяет вскрыть зону устойчивого смерзания и обеспечить растепление взорванной породы в блоке с соответствующим снижением ее прочности. Оставленный слой породы экскавируется в конечный контур отвала после уборки верхней части развала по всей длине экскаваторного блока.

Усилить эффект растепления зоны устойчивого смерзания можно:

1) путем рыхления ее поверхности бульдозером-рыхлителем, создавая дополнительные поверхности усиливающие воздействие солнечной инсоляции;

2) обработкой поверхностно-активными веществами, понижающими температуру и прочность смерзания кусков породы.

Предлагаемый способ разработки вскрышных пород, включающий бурение блока и взрывание вскрышного уступа, экскавацию взорванных пород с кровли пласта полезного ископаемого в предотвал и конечный контур отвала, последующую экскавацию предотвала и оставшихся объемов породы в конечный контур отвала, отличающийся тем, что экскавацию взорванных пород вскрышного уступа в пределах экскаваторной заходки осуществляют драглайном послойно и по всей длине блока с оставлением некоторого слоя породы с отрицательной температурой на кровле пласта полезного ископаемого, чем достигается растепление и разупрочнение этого слоя под воздействием солнечной инсоляции в процессе отработки блока и обеспечение стабильной работы драглайна без значительного снижения производительности в течение всего периода отработки блока.

Оставляемый слой породы с отрицательной температурой на кровле пласта полезного ископаемого рассчитывается по следующей формуле [4]:

где tо - время оттаивания, ч; Тср - средняя за рассматриваемый промежуток времени tо температура поверхности, °C; hо.н. - глубина оттаивания в начальный момент, м; Qо - затраты тепла на оттаивание 1 м3 мерзлой породы, ккал/м3; λ - коэффициент теплопроводности пород, ккал/м·ч·°C.

Все это говорит о том, что предлагаемое изобретение обладает новизной и изобретательным уровнем.

Предлагаемая технология имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- под воздействием солнечной инсоляции в процессе отработки блока достигается растепление и разупрочнение зоны смерзания и обеспечивается стабильная работа драглайна без значительного снижения производительности в течение всего периода отработки блока;

- увеличивается фактическая длина взрываемого блока за счет стабильной работы драглайна и увеличения его производительности;

- сокращается количество взрывных блоков, чем обеспечивается снижение простоев на перегоны экскаватора.

На фиг.1 и 2 показан способ разработки смерзающихся вскрышных пород. На фиг.1 - разрез по фронту работ, вдоль экскаваторного блока, на фиг.2 - поперечное сечение экскаваторной заходки.

Способ осуществляется следующим образом. После производства буровзрывных работ на вскрышном уступе экскаватор начинает экскавацию развала взорванной породы с кровли пласта полезного ископаемого в предотвал и конечный контур отвала.

При этом экскавацию взорванных пород вскрышного уступа в пределах экскаваторной заходки и по всей длине блока осуществляют драглайном послойно, с оставлением некоторого слоя породы с отрицательной температурой на кровле пласта полезного ископаемого, чем достигается разупрочнение этого слоя под воздействием солнечной инсоляции в процессе отработки блока и обеспечение стабильной работы драглайна без значительного снижения производительности в течение всего периода отработки блока.

Оставляемый слой породы с отрицательной температурой на кровле пласта полезного ископаемого рассчитывается по формуле (2).

Для примера выполним расчет накопления талого слоя при следующих условиях:

Таблица 1
Накопление талого слоя hom, λm=1,7 Вт/(м·град) (песок), Qуд=59,74 мДж/м3 (льдистость 150 кг/м3), начальная температура пород tn0=-5°C.
Т, час Температура воздуха, °C
5 10 15 20 25 30
1 0.017 0.024 0.029 0.034 0.038 0.041
6 0.041 0.058 0.072 0.083 0.092 0.101
12 0.058 0.083 0.101 0.117 0.131 0.143
24 0.083 0.117 0.143 0.165 0.185 0.202
Таблица 2
Накопление талого слоя hom, λm=1,2 Вт/(м·град) (суглинок), Qуд=59,74 мДж/м3 (льдистость 150 кг/м3), начальная температура пород tn0=-5°C.
Т, час Температура воздуха, °C
5 10 15 20 25 30
1 0.014 0.020 0.025 0.028 0.032 0.035
6 0.035 0.049 0.060 0.069 0.078 0.085
12 0.049 0.069 0.085 0.098 0.110 0.120
24 0.069 0.098 0.120 0.139 0.155 0.170
Таблица 3
Накопление талого слоя hom, λm=0,9 Вт/(м·град) (супесь оторфованная), Qуд=59,74 мДж/м3 (льдистость 150 кг/м3), начальная температура пород tn0=-5°C.
Т, час Температура воздуха, °С
5 10 15 20 25 30
1 0.012 0.017 0.021 0.025 0.027 0.030
6 0.030 0.043 0.052 0.060 0.067 0.074
12 0.043 0.060 0.074 0.085 0.095 0.104
24 0.060 0.085 0.104 0.120 0.134 0.147

Тогда, например, (по таблице 1) при ширине экскаваторной заходки 60 м, длине блока 100 м, температуре воздуха 20°С объем талого слоя за сутки составит 50X100X0,165=990 м3. Этот объем будет соответствовать устойчивой работе драглайна с производительностью 990 м3/смену.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №1624152, кл. E21C 41/00. Способ разработки вскрышных пород / И.И. Заудальский, А.С. Марченко, С.Н. Петров и др. (СССР); Заявл. 17.10.1998; Опубл. 01.10.1990. // Открытия, изобретения. - 1991. №4. - С.89.

2. Панишев, С.В. Влияние температурного режима на эффективность разработки вскрышных пород криолитозоны / С.В. Панишев, С.А. Ермаков // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2013. - №2. - С.132-138.

3. Гальюнов А.В., Рождественский В.Н., Блинов А.Н. Трансформация структуры горных массивов при взрывных работах на карьерах. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999. - 140 с.

4 Потемкин С.В. Разупрочнение мерзлых и сцементированных пород россыпных месторождений. - М.: Московская государственная геологоразведочная академия, 1995. - 120 с.

Способ разработки смерзающихся вскрышных пород, включающий бурение блока и взрывание вскрышного уступа, экскавацию взорванных пород с кровли пласта полезного ископаемого в предотвал и конечный контур отвала, последующую экскавацию предотвала и оставшихся объемов породы в конечный контур отвала, отличающийся тем, что в процессе послойной экскавации взорванных пород вскрышного уступа в пределах экскаваторной заходки по всей длине блока оставляют некоторый слой породы с отрицательной температурой на кровле пласта полезного ископаемого, который под воздействием солнечной инсоляции растепляется и разупрочняется за период отработки верхней части развала в процессе отработки блока и который экскавируют в конечный контур отвала после уборки верхней части развала по всей длине экскаваторного блока, при этом высота этого слоя породы с отрицательной температурой рассчитывается по формуле
м,
где tо - время оттаивания, ч;
Тср - средняя за рассматриваемый промежуток времени tо температура поверхности, °C;
hо.н. - глубина оттаивания в начальный момент, м;
Qо - затраты тепла на оттаивание 1 м3 мерзлой породы, ккал/м3;
λ - коэффициент теплопроводности пород, ккал/м·ч·°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке крутопадающих месторождений твердых полезных ископаемых, в частности скального и полускального типов.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке мощных месторождений полезных ископаемых пологого и слабонаклонного залегания с применением техники непрерывного действия открытым способом.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при освоении рудных месторождений и месторождений других твердых полезных ископаемых. Техническим результатом является повышение эффективности освоения небольших рудных и нерудных месторождений золота, свинца, олова и других полезных ископаемых.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для доработки открытым способом месторождений полезных ископаемых. Техническим результатом является повышение эффективности и полноты выемки полезного ископаемого открытым способом.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при добыче и переработке молибденсодержащих руд. Способ добычи и переработки молибденсодержащих руд включает районирование карьерного поля, оконтуривание различных по технологическим свойствам участков рудного массива, селективную выемку на оконтуренных участках с выделением в самостоятельный поток руд из зон с повышенным окислением молибденита и направлением его на люминесцентную сепарацию.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при селективной разработке сложноструктурных месторождений с помощью карьерных комбайнов.

Предлагаемый способ относится к горной промышленности, в частности к разработке месторождений открытым способом, и может быть использован в глубоких карьерах и угольных разрезах, где добыча полезных ископаемых становится невозможной без усиления естественного воздухообмена на нижних горизонтах или без средств искусственной вентиляции.

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к открытой разработке угольных пластов со скальными вскрышными породами. Способ включает удаление покрывающих скальных вскрышных пород взрывным рыхлением зарядами с воздушной подушкой в нижнем торце заряда, механическое рыхление и бульдозирование пород пласта, их штабелирование, погрузку в транспортные средства экскаватором.

Изобретение относится к области строительства и горного дела и может быть использовано при креплении уступов карьеров, строительстве дорог, тоннелей, подверженных воздействию грунтовых вод.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при формировании и стабилизации качества руд на стадии горных работ. Техническим результатом является повышение показателей качества и извлечения технологических сортов руд и горной массы для рудосортировки.

Изобретение относится к области разработки грунтов с помощью землеройных машин и может быть использовано в горном и строительном деле при прокладке каналов и линий связей в прочных и мерзлых грунтах и породах.

Изобретение относится к строительству и может найти применение для послойного рыхления прочных грунтов, а также снятия льда и снежного наката на автомобильных дорогах и тротуарах.
Изобретение относится к машинам для производства демонтажных работ, таких как разрушение бетонных, железобетонных, каменных конструкций, демонтаж фундаментов и железобетонных полов, проходка туннелей, выбивка футеровок металлургических агрегатов и вращающихся печей цементного производства, проведение работ в условиях радиоактивной, химической и биологической опасности.

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям винтовых рабочих органов, используемых для крепления в грунте, глубинном уплотнении, а также в качестве тяговых элементов в устройствах для разработки непрочных грунтов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для дробления и раскалывания крупногабаритных изделий из глины, камня, бетона, железобетонных плит, а также для разрушения асфальтового покрытия, ледового покрова и пр.

Изобретение относится к землеройным машинам, в частности к машинам для прокладки траншей по дну рек и морей. .
Изобретение относится к области производства земляных работ при вскрышных работах, рытье котлованов и траншей в условиях вечномерзлого состояния грунта. .

Изобретение относится к области машин и механизмов ударного действия, а именно к гидропневматическим ударным устройствам. .

Изобретение относится к области строительства, а именно для послойного рыхления прочных грунтов, а также снятия асфальтобетонных покрытий при ремонте автомобильных дорог и тротуаров.

Изобретение относится к способу открытой разработки месторождений полезных ископаемых с созданием отвала. Техническим результатом является повышение эффективности разработки месторождения при строительстве высокого отвала большой емкости при снижении затрат на перемещение вскрыши и обеспечение безопасности отвалообразования. Способ включает разделение карьерного пространства по зонам, по высоте и периметру карьера, нарезку уступов и горизонтов, на которых ведутся вскрышные и добычные работы с вывозкой пород сначала автомобильным или железнодорожным транспортом в отвалы и через рудоспуски на перегрузочные пункты, причем отвалы отстраивают с применением средств цикличного действия. При этом создают выпуклую форму рабочего борта, постепенно вписываясь в дифференцированный по крутизне борт на конечном контуре, отстраиваемый с учетом минимального нарушения стенок откосов и борта по технологии с минимальным расходом взрывчатых веществ (ВВ) с вывозкой и отсыпкой породы в основной отвал, располагаемый вблизи зоны ведения вскрышных работ за контуром крутонаклонного борта карьера I-й очереди, используют первоначально временные отвалы с самотранспортированием пород за границы карьера и с частичной их переэкскавацйей, обеспечивают минимальное плечо откатки пород и руды с использованием дробильно-перегрузочных пунктов и конвейеров от наклонных на верхних горизонтах до крутонаклонных и вертикальных при доработке карьера. Причем с углублением горных работ вскрышную зону делят на два участка и перемещают породу комбинированным транспортом с двух сторон в строящийся отвал параллельно откосу борта с учетом деформации его отдельных участков, а отсыпку породы на отвале после дробления осуществляют средствами поточного транспорта применением передвижной консоли, обеспечивают минимальное плечо откатки породы и руды и затраты на разработку горной массы на первом и последующих этапах (очередей), и производят отсыпку первых двух ярусов отвала по циклично-поточной технологий ЦПТ с применением автотранспорта или погрузчиков (при переэкскавации пород), что обеспечивает стабильность и устойчивость отвального фронта по разработанной технологии отвалообразования, на заключительном этапе отсыпают третий, при необходимости и четвертый ярус отвала в соответствии с расчетной его емкостью и высотой и предельной глубиной карьера. 4 ил.
Наверх