СПОСОБ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ НАКЛОННЫХ И КРУТОПАДАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Российский патент 1996 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке наклонных и крутопадающих месторождений.

Известен способ открытой разработки наклонных и крутопадающих месторождений полезных ископаемых [1] включающий разработку вскрышных пород и полезного ископаемого продольными и поперечными панелями с развитием горных работ от центральной части карьера к его периферии и в направлении падения залежи с внешним отвалообразованием.

Однако известный способ характеризуется увеличенным объемом вскрышных работ в конечном контуре карьера из-за низких углов погашения нерабочих бортов карьера, обусловленных их недостаточной устойчивостью.

Известен также способ открытой разработки наклонных и крутопадающих месторождений полезных ископаемых [2] включающий отработку вскрышных пород и полезного ископаемого криволинейными в плане участками с развитием горных работ от торца вытянутого в плане карьера по простиранию залежи с первоначальной отсыпкой вскрышных пород во внешние отвалы, а после отработки углубочной выемки в торцовой части карьера во внутренний отвал, имеющий криволинейный в плане профиль и перемещаемый вслед за развитием горных работ в карьере.

Обеспечивая сокращение объема вскрышных работ в контуре карьера, данный способ характеризуется недостаточной интенсивностью ведения горных работ. Это обусловлено тем, что отработку карьера до предельной глубины ведут криволинейными в плане участками от торца карьера по простиранию залежи, т.е. поперечными криволинейными в плане панелями, что вызывает существенное сокращение активного фронта горных работ, ширины рабочих площадок и снижение производительности горно-транспортного оборудования из-за стесненных условий работы.

Целью изобретения является повышение интенсивности ведения горных работ без снижения устойчивости бортов карьера ниже нормативной величины и увеличения объема вскрышных работ в его контуре.

Цель достигается тем, что в способе открытой разработки наклонных и крутопадающих месторождений полезных ископаемых, включающем отработку вскрышных пород и полезного ископаемого криволинейными в плане участками с развитием горных работ от торца вытянутого в плане карьера по простиранию залежи с первоначальной отсыпкой пород во внешние отвалы, а после отработки углубочной выемки во внутренний отвал, имеющий криволинейный в плане профиль и перемещаемый вслед за развитием горных работ в карьере, отработку верхней зоны карьера высотой h_в производят продольными и поперечными панелями с развитием горных работ от центральной части карьера к его периферии и в направлении падения залежи полезного ископаемого, а после достижения границ карьера в его торцовой части создают углубочную выемку и производят доработку нижней зоны карьера криволинейными в плане участками с внутренним отвалообразованием, при этом высоту верхней зоны карьера h_в определяют из выражения h_в Н h_н, м, где Н проектная глубина карьера, м; h_н высота криволинейного в плане борта карьера в его нижней части, определяемая из уравнения
h_н м где
S=(n_н-n)•T•R_o/C; A=
B=
γ= α+ Φ/2 + 45^о;
S площадь нижней части боковой грани призмы возможного обрушения, соответствующая высоте h_н, м²; А и В безразмерные аналитические коэффициенты, ед; n_н нормативный коэффициент запаса устойчивости борта, ед; n коэффициент запаса устойчивости плоского в плане борта в проектном положении по наиболее слабой поверхности возможного обрушения, ед. Т сдвигающие силы, действующие по наиболее слабой поверхности возможного обрушения, тс; R_о радиус кривизны борта, определяемый по дну карьера, м; R радиус кривизны наиболее слабой поверхности возможного обрушения, м; γ- угол наклона наиболее слабой поверхности возможного обрушения к горизонту в точке ее выхода на откос, град. α- проектный угол погашения борта, град. Φ- угол внутреннего трения горных пород, град. С сцепление горных пород, тс/м².

На фиг.1 и 2 показана схема отработки верхней зоны карьера; на фиг.3 и 4 создание углубочной выемки в торцовой части карьера на фиг.5 и 6 доработка карьера; на фиг.7 фрагмент призмы возможного обрушения, ограниченной наиболее слабой поверхностью.

Способ осуществляется следующим образом.

Крутопадающую вытянутую по простиранию залеж полезного ископаемого 1 отрабатывают в проектных контурах карьера 2 до конечной отметки дна карьера 3 двумя смежными по высоте зонами. Верхнюю зону высотой h_в отрабатывают с внешним отвалообразованием продольными и поперечными панелями с развитием горных работ от центральной части карьера к его периферии до проектного контура 2 и в направлении падения залежи (показано стрелками). Погашение нерабочих бортов карьера при этом производят под проектным углом α.

После того, как горные работы в верхней зоне карьера в его торцевой части достигнут глубины h_в и выйдут на проектный контур 2, приступают к отработке нижней зоны карьера. При этом сначала создают углубочную выемку 4 с радиусом кривизны карьера по дну, равным R_о. Вскрышные породы при создании углубочной выемки также как и при отработке верхней зоны карьера складируют во внешние отвалы. После достижения углубочной выемкой проектного контура карьера 2 и конечной отметки дна карьера 3 развитие горных работ в его нижней зоне производят по простиранию залежи 1 криволинейными в плане участками с заданным радиусом кривизны по дну карьера, равным R_о. Вскрышные породы при этом отсыпают по внутренний отвал 5, имеющий криволинейный в плане профиль, перемещаемый вслед за развитием горных работ и предназначенный, так же как и в способе-прототипе, для поддержания заданной криволинейной формы карьера в его нижней части. При этом высоту верхней зоны карьера h_в определяют из выражения h_в Н h_н, м, где Н проектная глубина карьера, м; h_н высота криволинейного в плане борта карьера в его нижней части, определяемая из уравнения
h_н м где
S=(n_н-n)•T•R_o/C; A=
B=; γ=α+Φ/2+45^°
S площадь нижней части боковой грани призмы возможного обрушения, соответствующая высоте h_н, м²; А и В безразмерные аналитические коэффициенты, ед. n_н нормативный коэффициент запаса устойчивости борта, ед. n коэффициент запаса устойчивости плоского в плане борта в проектном положении по наиболее слабой поверхности возможного обрушения, ед. Т сдвигающие силы, действующие по наиболее слабой поверхности возможного обрушения, м; γ- угол наклона наиболее слабой поверхности возможного обрушения к горизонту в точке ее выхода на откос, град. α-проектный угол погашения борта, град. Φ- угол внутреннего трения горных пород, град. С сцепление горных пород, тс/м².

Для обеспечения устойчивости нерабочих бортов карьера, поглощаемых под проектным углом α с нормативным (необходимым) коэффициентом запаса n_н, высоту нижней зоны карьера h_н, отрабатываемую криволинейными в плане участками, определяют из аналитического выражения, приведенного выше. Оно получено путем решения уравнения баланса удерживающих и сдвигающих сил действующих в пределах объемной призмы возможного обрушения, и учитывает дополнительные удерживающие силы, связанные с эффектом бокового распора пород, возникающие в результате поддержания установленной кривизны борта карьера в плане, Так, например, при отработке Костомукшского карьера: Н 600 м; α= 41 град. Φ= 36,2 град. С 79 тс/м². Любым из методов, применяемых при оценке устойчивости бортов карьеров, например методом алгебраического суммирования сил, по ряду предлагаемых поверхностей возможного обрушения определяют коэффициенты запаса устойчивости плоского в плане карьера высотой Н 600 м и находят наиболее слабую из них, характеризующуюся минимальным коэффициентом запаса устойчивости n. В результате этих расчетов определяют также суммарные сдвигающие силы Т, действующие по наиболее слабой поверхности, и радиус ее кривизны R. Для рассматриваемых условий: n= 1,17; Т135884 тс; R 1240 м. Принимая, например, n_н 1,3; R_о 50 м, из уравнения, приведенного выше, решая его методом последовательных приближений, получают h_н115 м.

За счет оптимизации соотношения удерживающих и сдвигающих сил, действующих по наиболее слабой поверхности возможного обрушения, обеспечивают уменьшение высоты зоны, отрабатываемой криволинейными в плане участками, до минимальной, но достаточной для обеспечения устойчивости нерабочего борта карьера, погашаемого под проектными углами α, величины h_н. Это позволяет производить безопасную отработку верхней зоны карьера высотой h_в продольными и поперечными панелями с развитием горных работ от центральной части карьера к его периферии и в направлении падения залежи с погашением бортов карьера под проектными углами, полученными с учетом поправки на кривизну борта в его нижней части. Снижение устойчивости борта ниже нормативной величины и увеличение обьема вскрышных работ в проектном контуре карьера при этом не происходит.

Отработка верхней зоны карьера высотой h_в продольными и поперечными панелями с развитием горных работ от вентральной части карьера к его периферии и в направлении падения залежи обеспечивает увеличение активного фронта горных работ в карьере, ширины рабочих площадок и в результате этого позволяет интенсифицировать горные работы.

Использование: открытая разработка наклонных и крутопадающих месторождений с внутренним отвалообразованием. Сущность изобретения: отработку карьера производят двумя смежными по высоте зонами. Верхнюю зону высотой h_В отрабатывают с внешним отвалообразованием продольными и поперечными панелями с развитием горных работ от центральной части карьера к его периферии и направления падения залежи. После того, как горные работы достигнут глубины h_В и выйдут на проектный контур карьера в его торцовой части, создают углубочную выемку с радиусом кривизны бортов по ее дну R_о. Дальнейшее развитие горных работ здесь производят по простиранию залежи криволинейными в плане участками с сохранением заданного радиуса кривизны борта. Вскрышные породы при отработке нижней зоны карьера отсыпают во внутренний отвал, также имеющий криволинейный в плане профиль и перемещаемый вслед за развитием горных работ. При этом высоту верхней зоны карьера h_В определяют из выражения h_в = Н - h_н, м, где Н - проектная глубина карьера; h_н - высота в плане борта карьера в его нижней части. 7 ил.

СПОСОБ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ НАКЛОННЫХ И КРУТОПАДАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ полезных ископаемых, включающий отработку вскрышных пород и полезного ископаемого криволинейными в плане участками с развитием горных работ от торца вытянутого в плане карьера по простиранию залежи с первоначальной отсыпкой пород во внешние отвалы, а после отработки углубочной выемки - во внутренний отвал, имеющий криволинейный в плане профиль и перемещаемый вслед за развитием горных работ в карьере, отличающийся тем, что отработку верхней зоны карьера высотой h_в производят продольными и поперечными панелями с развитием горных работ от центральной части карьера к его периферии и в направлении падения залежи полезного ископаемого, а после достижения границ карьера в его торцевой части создают углубочную выемку и производят доработку нижней части карьера криволинейными в плане участками с внутренним отвалообразованием, при этом высоту верхней зоны карьера h_в определяют из выражения h_в = H - h_н, где H - проектная глубина карьера, м; h_н - высота криволинейного в плане борта карьера в его нижней части, определяемая из уравнения

где S - площадь нижней части боковой грани призмы возможного обрушения, соответствующая высоте h_н, м² S = (n_н - n) • T • R_о / C;
A и B - безразмерные аналитические коэффициенты;


n_н - нормативный коэффициент запаса устойчивости борта;
n - коэффициент запаса устойчивости плоского в плане борта в проектном положении по наиболее слабой поверхности возможного обрушения, ед.;
T - сдвигающие силы, действующие по наиболее слабой поверхности возможного обрушения, тс;
R_о - радиус кривизны борта, определяемый по дну карьера, м;
R - радиус кривизны наиболее слабой поверхности возможного обрушения, м;
γ - угол наклона наиболее слабой поверхности возможного обрушения к горизонту в точке ее выхода на откос, град, γ = α + Φ/2+45^°.
α - проектный угол погашения борта, град.;
v - угол внутреннего трения горных пород, град.;
C - сцепление горных пород, тс / м².