СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ КАРЬЕРОВ Российский патент 1995 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке полезных ископаемых.

Известен способ реконструкции карьеров, включающий возобновление работ на погашенных бортах, расширение узких рабочих площадок и последовательное создание их сверху вниз, сброс горной массы вышележащих уступов взрывом на площадки нижележащих уступов, экскаваторную перевалку горной массы под откос уступа и погрузку ее в автотранспорт [1]
Способ обладает следующими недостатками. Заполнение нижележащих площадок породами вышележащих уступов при взрывах и экскаваторных перевалках и естественном осыпании откосов сопровождается выделением пыли в процессе скатывания пород по откосам. Содержание карьера в осушенном состоянии при производстве работ на его бортах поглощает значительное количество электроэнергии, затрачиваемое на работу насосов. Зачастую откачиваются максимальные для данного карьера объемы воды, что обусловливает повышенный расход электроэнергии. Затраты электроэнергии тем выше, чем продолжительнее сроки реконструкции карьера.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ реконструкции карьера, включающий разнос погашенных бортов уступами сверху вниз, постановку уступов в предельное положение, заполнение горной массой нижележащих предохранительных и транспортных берм и откачку воды из карьера [2]
Способу присущи следующие недостатки. При перемещении пород и воздушных масс по откосам бортов и насыпей выделяется пыль в воздушный бассейн. Пылеподавление путем орошения пород не везде возможно и обусловливает дополнительный расход горючих веществ на транспортирование воды в карьер и ее разбрызгивание автомобилями, а также сопряжено с дополнительным загрязнением воздуха выхлопными газами этих автомобилей. Содержание карьера в осушенном виде обусловливает работу насосов при максимальных водопритоках в карьер на протяжении всего периода его реконструкции, вследствие чего затрачивается большое количество электроэнергии, материалов и труда.

Цель изобретения улучшение условий и повышение эффективности труда за счет уменьшения запыленности карьера при улучшении его проветривания, уменьшение энерго-, материало- и трудоемкости работ и простоев оборудования из-за удаления людей из загрязненной рабочей зоны.

Цель достигается тем, что согласно способу реконструкции карьера, включающему разнос бортов карьера уступами сверху вниз, постановку уступов в предельное положение, заполнение горной массой нижележащих транспортных и предохранительных берм и откачку воды из карьера. По окончании работ на дне карьера из него откачивают воду в объемах меньших, чем объемы водопритоков, и наполняют карьер водой на глубину, которую определяют следующей зависимостью:
Г_вi Г -Р_i h_Тi, гнде Г_вi глубина затопленной водой части карьера перед взрыванием i-го уступа, м;
Г глубина карьера до реконструкции, м;
Р_i разность высотных отметок поверхности карьера и нижней бровки подготавливаемого к взрыванию на погашенном борту карьера i-го уступа, м;
h_Ti превышение высотной отметки нижней бровки i-го подготавливаемого к взрыванию уступа над соответствующим i-тым уровнем воды в карьере, определяемое особенностями бортов и работ, м, а после взрывания уступа воду откачивают в объемах, обеспечивающих понижение уровня воды на глубину, которую определяют следующей зависимостью:
Г_П h_i+1 h_Ti + h_Ti+1, где Г_П глубина понижения уровня воды за период производства работ на взорванном i-том уступе, м;
h_i+1 высота i+1-го уступа, м;
h_Ti+1 превышение высотной отметки нижней бровки i+1-го подготавливалиемого к взрыванию уступа над i+1-м уровнем воды в карьере, определяемое особенностями бортов и работ, м.

После этого операции повторяют.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного характеризующими способ направлением работ, параметрами и последовательностью выполнения операций и последовательностью выполнения параметров, представленных в виде математических выражений. Изложенные в данной совокупности признаки отсутствуют в известных решениях и обеспечивают получение технического эффекта решение поставленных задач. Заявленное техническое решение обладает свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных решений.

В известных способах реконструкции карьеров разнос бортов осуществляется без заполнения части карьера водой и без соблюдения заявленных параметров и последовательности операций, что обусловливает запыленность карьера и необходимость дополнительных затрат на пылеподавление и проветривание и простои машин из-за удаления людей из рабочей зоны с загрязненной атмосферой, а также излишние затраты на водоотлив в течение реконструкции. Эти недостатки устраняются предложенной совокупностью признаков предлагаемого изобретения.

Анализ известных решений показал, что сущность заявляемого решения в них раскрыта, она неочевидна и характеризуется новой совокупностью признаков, поэтому авторы считают его соответствующим критерию "новизна" и "существенные отличия".

В настоящее время не известен способ реконструкции карьеров в заявленной совокупности признаков.

На чертеже изображен борт с нанесением его фактического (до реконструкции) и проектного (после реконструкции) контуров и уровней воды в карьере.

Способ осуществляют следуюющим образом.

После погашения борта 1 по окончании работ на дне 2 карьера из него начинают откачивать воду через водопонизительные скважины в борту и посредством открытого водоотлива в объемах меньших, чем суммарные объемы всех водопритоков (подземных и поверхностных, например паводковых и др. вод) в карьер, и тем самым наполняют карьер водой до i-го уровня 3.

Возможное уменьшение объемов откачек относительно водопритоков определяют исходя из необходимости обеспечения устойчивости погашенного борта в условиях гидродинамического давления в нем. При большом запасе устойчивости борта появляется возможность временного уменьшения откачек до нуля. Между контуром 1 фактического борта и проектным контуром 4, в процессе реконструкции отрабатывают (или заканчивают заблаговременно начатую отработку) мягкие, например наносные, породы 5 (если они есть) без буровзрывных работ и начинают обуривать (готовить к взрыванию) i-тый уступ abcda. Им может быть первый от почвы наносов, совпадающий с линией аb или любой нижележащий другой. Карьер наполняют водой на глубину (от i-го уровня 3 воды до дна 2), определяемую из выражения:
Г_вi Г Р_i h_Ti, (1) где Г_вi глубина затопленной части карьера водой перед взрыванием i-го уступа, м;
Г глубина карьера до реконструкции, м;
Р_i разность высотных отметок поверхности карьера и нижней бровки подготавливаемого к взрыванию на погашенном борту i -го уступа, м;
h_Ti превышение высотной отметки нижней бровки i-го подготавливаемого к взрыванию уступа над i-ым уровнем воды в карьере, определяемое конструктивными и геологическими особенностями бортов и технологией работ, м. Например, при Г 135 м, Р_i 50 м и h_Ti 5 м
Г_вi 135 50 5 80 (м) К особенностям, определяющим высоту размещаемых на нижележащих бермах навалов разрушенных пород и, соответственно, определяющим i-тый уровень воды в карьере, относятся: параметры уступов и берм погашенных бортов и буровзрывных работ (параметры взрываемых уступов и блоков, перебура скважин, зарядов и др.), наличие карстов, водоупоров, тектонических разломов в борту и т.д.

Работы по наполнению карьера водой до i-го уровня 3 и по подготовке к взрыванию блоков i-го уступа abcda заканчивают к одному и тому же сроку, после чего породы i-го уступа взрывают. Часть взорванной горной массы размещается на рабочей площадке сd в контурах есde, а часть в контурах fgmf под водой, при этом заполняется нижележащая предохранительная берма mg. Часть взорванной и сброшенной взрывом горной массы располагается под водой в контурах nopn, занимая часть ро нижележащей предохранительной бермы 6, а часть в контурах rtsr, занимая часть ts нижележащей транспортной бермы 7. Кроме того разлетающиеся куски пород 8 размещаются под водой на предохранительных 6 и транспортных 7 бермах и на дне 2 карьера. После взрывания i-го уступа abcda начинают откачивать воду из карьера в объемах, обеспечивающих понижение i-го уровня воды на необходимую глубину, до i+1-го уровня 9 за период производства работ на взорванном i-ом уступе: отгрузки и транспортировки объемов горной массы есde, отстройки откоса ае по новому предельному контуру аd, обуривания нижележащего технологического i+1-го уступа dcvud с рабочей площадки dc и других работ. Глубину понижения i-го уровня воды 3 до i+1-го уровня 9 при этом определяют из выражения:
Г_П h_i+1 h_Ti + h_Ti+1, (2) где Г_П глубина понижения уровня воды за период производства работ на взорванном i-ом уступе, м;
h_i+1 высота i+1-го уступа, м;
h_Ti+1 превышение высотной отметки нижней бровки i+1-го подготавливаемого к взрыванию уступа над соответствующим ему i+1-м уровнем воды в карьере, определяемое особенностями бортов и работ, м. Например, при h_i+1 10 м, h_Ti= 5 м и h_Ti+1 2 м, Г_П 10 5 + 2 7 м.

С понижением горных работ на реконструируемом борту во всех случаях, кроме предопределенных особенностями бортов и работ, превышение нижней бровки последующего уступа не увеличивают над соответствующим ему уровнем воды в карьере по отношению к превышению нижней бровки предыдущего уступа, т.е. работы выполняют с соблюдением следующих соотношений превышений:
h_Ti ≥ h_Ti+1 ≥ h_Ti+n, (3) т.е. h h, где n наибольший порядковый номер уступа. В приведенных примерах h_Ti 5 м, h_Ti+1 2 м, т.е. h_Ti+1≅h_Ti. После этого операции повторяют: взрывают породы i+1-го уступа в контурах dcvud и сбрасывают часть их объемов на нижележащие предохранительные 6 и транспортные 7 бермы, в воду. При этом породы перемещаются по воздуху и откосам навалов и конструктивных уступов и заполняют бермы 6 и 7 соответственно в контурах n'o'onn' и r's'srr', а также пополняют слои пород 8.

Затем, в процессе и за период отработки объема пород d'v'ud' и обуривания i+2-го уступа uvmu'u, рабочую площадку uv расширяют на величину vv' за счет насыпи fgmf, а i+1-й уровень 9 воды понижают до i+2-го уровня 10 воды и т.д.

П р и м е р. После погашения борта 1 по окончании работ на дне 2 карьера при суммарных водопритоках в карьер, например, 750 м³/ч из водоносного горизонта мощностью m_в-H_д, где m_в мощность водоносного горизонта, м, Н_д превышение высотных отметок дна 2 карьера над отметками почвы водоносного горизонта, м, начинают откачивать воду в объемах, определяемых производительностью 150 м³/ч, и тем самым наполняют карьер водой до уровня 3 на глубину Г_вi, рассчитываемую по формуле (1), равную, например, 80 м, как показано в вышеприведенном примере расчета. Депрессионная воронка в борту располагается по линии fa'. За период заполнения водой карьера до уровня 3, например за 3 года, выполняют разнос погашенного борта 1 уступами сверху вниз. Горные работы на борту доводят до окончания обуривания блоков i-го уступа abcda. После этого блоки взрывают и при этом заполняют горной массой нижележащите транспортные и предохранительные бермы. На момент взрывания i-го уступа водопритоки в карьер определяются превышением высотных отметок кровли водоносного горизонта над уровнем 3 воды в карьере m_oi и составляют, например, 50 м³/ч.

После взрывания i-го уступа осуществляют постановку утупов в предельное положение, для чего начинают откачивать воду в объемах, например, определяемых производительностью 480 м³/ч и отрабатывают оставшиеся в его пределах разрушенные породы в объеме есdе с погрузкой их в транспорт и частичным сталкиванием в воду по откосу сv и обуривают уступ dcvud с заполнением нижележащих берм горной массой. За период производства этих работ, например 0,5 года, уровень 3 воды тем самым понижают на глубину Г_П, определяемую зависимостью (2), согласно вышеприведенному примеру расчета на 7 м, до i+1-го уровня 9. Депрессионная воронка в борту устанавливается по линии b'u. После этого i+1-й уступ взрывают и аналогично рассмотренному его отрабатывают и снова понижают уровень воды до линии 10 с установлением пьезометрической кривой в борту по линии с'u', т.е. операции повторяют до завершения реконструкции карьера.

Технический эффект от заявленного способа заключается, прежде всего, в улучшении условий труда. Уменьшаются запыленность карьера и простои оборудования из-за удаления людей из зоны с загрязненной атмосферой по сравнению с известными способами за счет того, что:
пыль от бурения и взрывания блоков осаждается в воду, а не на сухие откосы и площадки и не сдувается с них, не поднимается в воздух при последующих порывах ветра, как в известных способах;
перемещение сбрасываемых вниз при взрывах, выфемочно-погрузочных и планировочных работах пород осуществляется большей частью в воде, без пылевыделения;
затопление части карьера водой уменьшает объем и улучшает для проветривания конфигурацию проветриваемой зоны карьера (вместо движения воздуха в направлении 11 по известным способам, производит его движение в направлении 12), в результате чего улучшается вынос вылевидных частиц из рабочей зоны на бортах карьера.

Повышаетсчя эффективность труда. Уменьшаются энерго-, материало- и трудоемкость реконструкции карьера за счет значительного уменьшения объема откачек воды и, соответственно, содержания и обслуживания водоотлива, что обусловлено тем, что в сравнимых условиях по заявленному способу последовательно откачивают объемы, определяемые мощностью слоев воды от m_в-Н_д до m_oi, сначала с уменьшением объемов откачек при наполнении водой карьера, затем с увеличением объемов откачек при понижении горных работ в процессе реконструкции карьера (мощности откачиваемых слоеав изменяют от до m_oi+1, m_oi+2 и т. д. до m_и+m_oiсоответственно уровням i, i+1, i+2 и т.д. воды в карьере). По известным способам постоянно откачивается объем воды, определяемый мощностью слоя m_в-Н_д m_иi+ m_oi, где m_иi превышение отметок уровня воды над дном карьера, м. Например, при сроке реконструкции карьера от поверхности до уровня фактического дна 6 лет, при поддержании выработанного пространства сухим при объемах водопритоков 750 м³/ч (как в вышеизложенном примере), по известным способам потребуется перекачать (5 х 365 + 1 х 366) х 24 х 750 39438000 м³ воды. По заявленному способу в первые 3 года (откачивают по 150 м³/ч). Объем водопритоков в час снизится до 50 м³. Средний при наполнении карьера водой некомпенсированный откачками объем водопритоков в час составит (50+750)/2 400 м³, а объем воды в карьере составит 10512000 м³. За 3 года откачали 150 х 3 х 365 х 24 394200 м³. За оставшиеся 3 года надо откачать сумму откачанных и накопленных объемов 3942000 + 10512000 14454000 м³. Всего за 6 лет реконструкции будет перекачано (без учета испарений) 3942000 + +14454000 18396000 м³ по предлагаемому способу. Экономия трудо-, материало- и энергозатрат от использования предлагаемого способа определится экономией объема откачиваемой воды: 39438000 18396000 21042000 м³, что составит 53,4% без учета испарений, объем которых устанавливается на практике.

Карьер является на весь период затопления естественным испарителем вод с их поверхностей, в силу уменьшается объем откачиваемых вод на суммарную величину испарившихся объемов и соответственно уменьшаются энерго-, материало- и трудозатраты на водоотлив и в целом повышается эффективность работ по реконструкции карьера.

Использование карьера как накопителя вод позволяет на период его затопления отказаться от строительства новых и содержания и обустройства существующих осветлительных прудов для технических вод, что уменьшает трудо-, материало- и энергозатраты и повышает тем самым эффективность работ по реконструкции карьера.

Затопление способствует очистке вод: осаждению и выпадению в осадок образивных частиц породы и руды, химических соединений, что увеличивает срок службы водоотливного оборудования, уменьшает затраты на их последующую нейтрализацию и очистку вод на поверхности карьера, т.е. уменьшается потребность в фильтроматериалах и объем работ по очисткае вод, за счет чего повышается эффективность горного производства.

Использование: при открытой добыче полезных ископаемых. Сущность: способ включает разнос погашенных бортов уступами сверху вниз, постановку уступов в предельное положение, заполнение горной массой нижележащих транспортных и предохранительных берм, откачку воды из карьера. Откачку ведут в объемах, меньших, чем объемы водопритоков, и заполняют карьер водой до уровня ниже нижней бровки подготавливаемого к взрыванию уступа, при котором обеспечивается устойчивость борта карьера. После взрывания уступа воду откачивают до уровня ниже нижней бровки следующего подготавливаемого уступа, при котором обеспечивается устойчивость борта карьера. Операцию по взрыванию уступов и откачке воды повторяют. 1 ил.

СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ КАРЬЕРОВ, включающий разнос погашенных бортов карьера уступами сверху-вниз, постановку уступов в предельное положение, заполнение горной массой нижележащих транспортных и предохранительных берм и откачку воды из карьера, отличающийся тем, что по окончании работ на дне карьера из него откачивают воду и в объемах меньших, чем объемы водопритоков, и наполняют карьер водой на глубину, которую определяют следующей зависимостью:
Г_вi Г Р_i h_тi,
где Г_вi глубина затопленной водой части карьера перед взрыванием i-го уступа, м;
Г глубина карьера до реконструкции, м;
P_i разность высотных отметок поверхности карьера и нижней бровки подготавливаемого к взрыванию на погашенном боршу i-го уступа, м;
h_тi превышение высотной отметки нижней бровки i-го подготавливаемого к взрыванию уступа над соответствующим ему i-м уровнем воды в карьере, определяемое особенностями бортов и работ, м,
а после взрывания уступа воду откачивают в объемах, обеспечивающих понижение уровня воды на глубину, которую определяют следующей зависимостью:
Г_п h_i+1 h_тi + h_тi+1,
где Г_п глубина понижения уровня воды за период производства работ на взорванном i-м уступе, м;
h_i+1 высота i + 1-го уступа, м;
h_тi+1 превышение высотной отметки нижней бровки i + 1-го подготавливаемого к взрыванию уступа над i + 1-м уровнем воды в карьере, определяемое особенностями бортов и работ, м,
после чего операции повторяют.