СПОСОБ ВЫЕМКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ИЗ БОРТОВ КАРЬЕРОВ Российский патент 1997 года по МПК E21C41/26 

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

Известен способ двухстадийного разноса погашенных бортов карьеров, включающий отработку пород, формирование съезда на погашенном борту и соединение его с существующим в карьере съездом, отработку и транспортирование полезного ископаемого [1]
Недостатком данного способа являются излишние объемы вскрышных работ на борту карьера, вызванные размещением транспортных берм за пределами контуров устойчивых бортов открытой выработки в борту карьера, погашенных под углами меньшими, чем результирующие их углы, необходимые для обеспечения их устойчивости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ реконструкции карьеров, включающий отработку пород, погашение бортов карьера открытой выработки, формирование предохранительных и транспортных берм, нарезку съезда по целику от съезда на борту до дна открытой выработки, отработку и транспортирование полезных ископаемых [2]
Способу присущи следующие недостатки, обусловливающие завышение коэффициента вскрыши.

1. Не используется в полной мере возможность сокращения объемов вскрышных работ:
группировкой транспортных берм на одном борту и отстройкой без них всех остальных бортов выработки под более крутыми углами наклона;
уменьшением высоты транспортного (наиболее пологого) борта выработки;
изменением контуров выработки в борту с увеличением над ней выработанного карьером пространства, за линией пересечения бортов карьера и выработки, путем удлинения этой линии.

2. Формирование бортов выработки с меньшими результирующими углами их наклона, чем при отсутствии на них транспортных берм, обусловливает уменьшение глубины выработки за счет ее выклинки до минимально допустимой по параметрам оборудования ширины дна на более высокой отметке, что влечет потери в недрах полезных ископаемых ниже дна выработки.

3. Не используется в полной мере съезд на борту карьера для обеспечения возможности углубления выработки и соответствующего увеличения объемов добываемых полезных ископаемых.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности работ.

Задача решена тем, что согласно способу выемки полезных ископаемых из бортов карьеров, включающему отработку пород, погашение бортов, формирование предохранительных и транспортных берм, нарезку съезда по целику от съезда на борту карьера до дна выработки, отработку и транспортирование полезных ископаемых, съезд формируют на борту выработки высотой

где H_i высота борта по i-тому разрезу выработки, отстроенного с транспортными бермами съезда, м;
i порядковый номер разреза;
вертикальное расстояние по i-тому разрезу от поверхности выработки соответственно до нижней точки ее дна и до точки пересечения ее транспортного борта с бортом карьера, м;
Δh_i величина углубки выработки по i-тому разрезу, достигаемой уклоном ее дна, м,
примыкающим к борту карьера, а остальные борта выработки погашают без транспортных берм, при этом горные работы выполняют в границах, определяемых по выражению

где ΔV и ΔQ соответственно величина изменения объемов вскрыши и полезного ископаемого относительно объемов, выполняемых по известному способу, м³;
K_в предельный коэффициент вскрыши по известному способу K_в V/Q м³/м³;
V и Q соответственно объемы вскрыши и полезных ископаемых по известному способу, м³.

Предлагаемый способ отличается от известного [2] вышеизложенной последовательностью операций, направлением горных работ и характеризующими способ параметрами, представленными в виде математических выражений. Изложенные в данной совокупности признаки отсутствуют в известных решениях [1] [2] и др. и обеспечивают получение положительного эффекта решение поставленной задачи. Предлагаемый способ обладает свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных решений [1] [2] и др.

Анализ известных решений показал, что сущность заявляемого решения в них не раскрыта, она неочевидна и характеризуется новой совокупностью признаков, что позволяет считать его соответствующим критерию "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображено положение горных работ на конец отработки выработки при расположении съезда в зоне примыкания выработки к борту карьера, вид в плане; на фиг. 2 то же, с размещением части съезда за пределами зоны примыкания выработки к борту карьера; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 1 и 2; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 1 и 2.

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе отработки пород 1 и полезных ископаемых 2 открытой выработки 3 (фиг. 1-4) в борту 4 карьера, от съезда 5 на борту 4 до дна 6 выработки 3 по целику пород 1 формируют съезд 7 (например, петлевой) в зоне примыкания выработки 3 к борту 4 карьера посредством нарезки транспортных берм 8 выработки 3 на ее борту 9 высотой

где H_i высота борта 9 по i-тому разрезу выработки 3, отстроенного с транспортными бермами 8 съезда 7, м;
i порядковый номер разреза по выработке 3 в борту 4 карьера;
вертикальное расстояние по i-тому разрезу от верхней точки поверхности 10 выработки 3 соответственно до нижней точки ее дна 6 и до точки пересечения ее транспортного борта 9 с бортом 4 карьера, м;
Δh_i величина углубки выработки 3 по i-тому разрезу, достигаемой уклоном ее дна 6, м,
т.е. съезд 7 формируют на борту выработки 3 высотой, определяемой по выражению (1), примыкающим к борту 4 карьера.

Выражение (1) соответствует всей, возможной на любом карьере, области существования способа, охватывающей случаи, когда по крайней мере один борт выработки пересекается с бортом карьера ниже его верхней бровки.

В этом случае H_i<B_i, когда H_bi>0 при Δh_i ≥0.

Определенная по выражению (1) высота транспортного борта 9 является необходимым условием выполнения способа, так как:
1) при H_i меньше расчетной величины транспортный доступ к наклонному дну 6 выработки 3 исключается неизбежностью наличия вертикальной (или крутонаклонной) ступеньки разрыва трассы съезда 7 между ним и дном 6 выработки 3, или между съездом 5 борта 4 карьера и съездом 7 выработки 3; или наличия двух названных ступенек, компенсирующих недостающую высоту транспортного борта.

2) При H_i больше расчетной величины неизбежно наличие вышеописанных ступенек по трассе съезда 7, компенсирующих избыточность высоты транспортного борта в пределах рассматриваемой области применения способа. Другие случаи превышения H_i относительно расчетной величины соответствуют условию непересечения с бортом 9 выработки 3 борта 4 ниже его верхней бровки, т.е. возможны за пределами рассматриваемой области существования способа.

В области применения способа, в первом случае способ невыполним, во втором случае нерационален и не имеет смысла за счет отработки пород 1 ниже дна 6 выработки 3, или, например, их отсыпки над линией пересечения борта 9 с бортом 4 карьера.

Например, согласно фиг. 1 и 3 B_i 360-262 (м), B_i 98 (м); 360-306 (м); 54 м; Δh_i 272,5-262 (м), Δh_i 10,5 м.

По выражению (1)
H_i 98,0-54,0-10,5(м) H_i 33,5 м
Таким образом, при максимальной высоте бортов выработки 3 B_i 98,0 м, высота транспортного уположенного борта 9 выработки 3 составляет 33,5 м.

При этом борта 11 выработки 3 погашают без транспортных берм в контурах, отличных от контуров бортов 12 (см. фиг. 3 и 4), выполнимых по известному способу [2] с нарезкой части транспортных берм 13 за пределами зоны примыкания выработки 3 к борту 4 карьера и положение дна 6 выработки 3 изменяют относительно дна 14, выполнимого по известному способу [2] (см. фиг. 2). Таким образом, горные работы выполняют в отличных от известных способов [1] [2] границах с изменением вскрышных и добычных объемов. Контуры выработки 3 определяют по выражению

где ΔV и ΔQ соответственно величина изменения объемов вскрыши и полезного ископаемого относительно объемов, выполнимых по известному способу [2] м³;
K_b предельный коэффициент вскрыши в контурах выработки 3, выполнимых по известному способу [2] K_b V/Q, м³/м³;
V и Q соответственно объемы вскрыши и полезных ископаемых, отрабатываемые в контурах выработки 3 по известному способу [2] м³.

Выражение (2) является необходимым условием выполнения заявляемого способа, поскольку при исключена экономическая целесообразность выемки полезных ископаемых из недр, т.к. K_b является пределом допустимых соотношений объемов вскрыши и полезных ископаемых в контуре выработки 3, обеспечивающих безубыточность работ.

Например, сопоставление объемных показателей (в изображенной в масштабе 1:2000 конкретной ситуации) заявляемого (см. фиг. 1, 3 и 4) и известного [2] (см. фиг. 2, 3 и 4) способов показало: V 800000 м³; Q 230000 м³; K_b 800000/230000; K_b 3,5 м³/м³.

При использовании заявляемого способа за счет расширения участка работ до 194 м между точками "a" и "b" и (см. фиг. 1) относительно 24 м между точками "a'" и "b'" (см. фиг. 2) и до 146 м между точками "c" и "d" (см. фиг. 1) относительно 107 м между точками "c'" и "d'" объем вскрыши в зоне примыкания выработки 3 к борту 4 увеличивается. За счет углубления выработки 3 на 9 м и отработки целика между ее дном 6 и дном 14, объем вскрыши и объем полезных ископаемых увеличивается. За счет уменьшения ширины выработки 3 по линии "ef" до 125 м (см. фиг. 1) относительно 152 м по линии "e'f'" объем вскрыши уменьшается.

В целом объем вскрыши в контурах выработки 3 не изменится, т.е. ΔV 0. Объем вынимаемых полезных ископаемых 2 увеличится, ΔQ 10500 м³.

что при неизменности технико-технологических, экономических и др. характеристик пород и полезных ископаемых 2 соответствует повышению эффективности работ: повышению экономической целесообразности их выполнения и полноты выемки полезных ископаемых 2 из недр. Другими словами, по заявляемому способу K_вз 3,3 м³/м³, 3,3 м³/м³<3,5 м³/м³.

Технический эффект от заявляемого способа заключается в следующем.

I. В сокращении затрат на вскрышные работы:
1) увеличением углов наклона бортов (величина угла Q больше угла δ) и уменьшением параметров выработки 3 по верху (например, уменьшением ширины на величину отрезков за счет;
группировки транспортных берм 8 на одном борту (см. фиг. 3) и погашения без них остальных бортов, что исключает необходимость отработки дополнительных объемов 15 между бортами 11 и 12 для создания транспортных берм 13;
исключения необходимости уположения откосов над и под транспортными бермами 13, например, от величины угла α до величины угла b (см. фиг. 3 и 4), для уменьшения возможностей вывалов пород из откосов и риска попадания людей и оборудования под скатывающиеся куски пород в транспортной полосе;
2) уменьшением высоты транспортного борта 9 (H_i≅B_i), что, например, в рассмотренном примере расчета по выражению (1) исключает необходимость отработки пород для размещения части съезда 7 на часть борта 9, высотой 6,5 м 40 33,5 (м), где 40 м 310-270 м (см. фиг. 2) и 33,5 м 306 272,5 м (см. фиг. 1), неизбежной в прототипе [2] не обладающем рассмотренными признаками заявленного способа;
3) изменением конфигурации выработки 3 с долевым увеличением использования отработанного карьером пространства над ней, за линией пересечения бортов 4 и 9 "ak" (см. фиг. 1), на участках ее удлинения относительно известного способа между точками "a" и "a'", и точками "b'" и "k" (см. фиг. 1 и 2);
4) использование съезда 5 на борту 4 карьера для формирования съезда 7 с меньшей начальной высотной отметки, например с отметки 300 м (фиг. 1), меньшей на 10 м отметки 310 м (фиг. 2).

II. В повышении полноты выемки полезных ископаемых из недр:
1) в случаях обеспечения известными способами экономической целесообразности выемки части полезных ископаемых 2 из бортов 4 карьера:
а) при результатах реализации заявленного способа когда ΔV и ΔQ увеличиваются;
б) при результатах заявленного способа когда:
ΔV и ΔQ увеличиваются
ΔV = 0, а ΔQ увеличиваются;
ΔV уменьшается, а ΔQ увеличивается;
2) в случаях необеспечения экономической целесообразности выемки полезных ископаемых 2 из бортов 4 карьера известными способами при когда ΔV и ΔQ уменьшаются.

III. В увеличении прибыли от реализации заявленного способа при когда:
ΔV и ΔQ увеличиваются;
ΔV = 0, а ΔQ увеличивается;
ΔV уменьшается, а ΔQ увеличивается;
ΔV уменьшается, а ΔQ 0
ΔV и ΔQ уменьшаются.

Источники информации
1. Н.Н.Кузнецов. Двухстадийный разнос погашенных бортов карьеров. - Горный журнал N 3, 1979. С. 23-25.

2. А.с. СССР N 1710754, кл E 21 C 41/26, БИ N 5, 1992, Способ реконструкции карьеров /Кузнецов Н. Н. Иванов Н.Ф. Замотаев А.Н. и др. - заявка N 4776731/03, приоритет 04.01.90. (прототип).

Использование: изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Сущность изобретения: в основу изобретения положена задача повышения эффективности работ. Задача решена тем, что съезд формируют в зоне примыкания выработки к борту карьера на транспортном ее борту, а остальные борта выработки формируют без транспортных берм. Приведены аналитические зависимости определения высоты транспортного борта и границ горных работ. 4 ил.

Способ выемки полезных ископаемых из бортов карьеров, включающий отработку пород, погашение бортов, формирование предохранительных и транспортных берм, нарезку съезда по целику от съезда на борту карьера до дна выработки, отработку и транспортирование полезных ископаемых, отличающийся тем, что съезд формируют на борту выработки высотой

где H_i высота борта по i-му разрезу выработки, отстроенного с транспортными бермами съезда, м;
i порядковый номер разреза;
вертикальное расстояние по i-му разрезу от поверхности выработки соответственно до нижней точки ее дна и до точки пересечения ее транспортного борта с бортом карьера, м;
Δh_i- величина углубки выработки по i-му разрезу, достигаемой уклоном ее дна, м,
примыкающим к борту карьера, а остальные борта выработки погашают без транспортных берм, при этом горные работы выполняют в границах, определяемых по выражению

где ΔV и ΔQ - соответственно величина изменения объемов вскрыши и полезного ископаемого относительно объемов, выполнимых по известному способу, м³;
K_в предельный коэффициент вскрыши по известному способу
V и Q соответственно объемы вскрыши и полезных ископаемых по известному способу, м³.