СПОСОБ ОТРАБОТКИ КАРЬЕРА Российский патент 1997 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке открытым способом месторождений полезных ископаемых, сложенных как однородными, так и неоднородными породами, при вертикальном падении ограниченных в плане рудных тел, в частности при разработке вертикально падающих смежных рудных тел.

Известен способ разработки карьера путем отстройки его нерабочего борта, включающий сооружение наклонных транспортных и проведение предохранительных берм, параллельно транспортным (см. авторское свидетельство СССР N 497407, кл. E 21 C 41/02, приор. 1970, 30.12.75. БИ N 48).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе бермы с дневной поверхности до дна карьера формируются без дополнительных заездов, что затрудняет возможность зачистки как транспортных, так и предохранительных берм, транспортировку горной массы, снижает безопасность горных работ и приводит к снижению производительности карьера.

Известен способ отработки карьера, включающий отработку карьерного поля этапами с послойной отработкой этапов уступами, формирование рабочего и нерабочего бортов карьера, отстройку наклонных предохранительных и транспортных берм определенной ширины, сопряжение смежных уступов гладкостенным контурным взрыванием, формирование промежуточных контуров между смежными этапами и конечного контура карьера под результирующим углом (см. авторское свидетельство СССР N 1460260, кл. E 21 C 41/00, приор. 1986, публ. 23.02.89, БИ N 7).

Известный способ позволяет повысить эффективность разработки крутопадающих месторождений путем стабилизации текущего коэффициента вскрыши.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа относится то, что известный способ неэффективен при разработке вертикально падающих ограниченных в плане рудных тел, в частности при разработке вертикальных смежных рудных тел, так как ведение горных работ по известному способу не предусматривает возможность:
отстройки этапных контуров с сопрягаемыми трассами, что приводит к необходимости поочередного ведения горных работ по разносу нерабочих бортов на различных участках карьера и затрудняет его реконструкцию;
параллельного ведения горных работ в смежных контурах этапов разработки; сокращения объема вскрышных работ в конечном контуре карьера;
стабилизации годовых объемов горных работ, обеспечивающих сопоставимые (равные) ежегодные объемы добычных и вскрышных работ в ходе реконструкции карьера.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является способ отработки карьера, включающий поэтапную разработку карьерного поля с послойной выемкой горной массы и формированием уступов заоткоской последних гладкостенным контурным взрыванием, с отстройкой горизонтальных предохранительных и наклонных транспортных берм, увеличение результирующего угла карьера с углублением работ и формированием площадок смягчения угла наклона трассы (см. патент РФ N 2052630, кл. E 21 C 41/26, по заявке N 94-041398, приор. 30.11.94, публ. 1995), принят за прототип.

К основным причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что при оформлении строенных уступов третий нижний слой горной массы отрабатывают без формирования экранизирующей щели в плоскости заоткоски, так как максимальная величина заоткосных скважин не позволяет обурить указанную часть строенного уступа, что ведет к снижению устойчивости основания уступа. Кроме того, ведение работ по известному способу не позволяет обеспечить доступ к рудным телам на нижнем горизонте карьерного поля, что ведет либо к значительным потерям ценной руды, либо к необходимости привлечения дополнительных затрат на разноску бортов карьерного поля путем дополнительной отработки свыше 20 млн. м³ вскрышных пород. Еще одним недостатком ведения работ по известному способу является сложность технологии заоткосных работ при страивании уступов этапного и конечного контуров карьера, а также высокая трудоемкость формирования наклонных предохранительных берм.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении безопасности и технологичности ведения горных работ, снижении потерь полезного ископаемого на нижних горизонтах карьерного поля, снижении затрат на дополнительную разноску бортов карьера, уменьшении трудоемкости ведения работ по формированию бортов карьера.

Технический результат, который будет получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении устойчивости уступов, увеличении производительности отработки карьера, сокращении объемов вскрышных пород и увеличении объема добытой руды в конечном контуре карьера, увеличении глубины отработки вертикально падающих рудных тел.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе отработки карьера, включающем поэтапную разработку карьерного поля с послойной выемкой горной массы и формированием уступов заоткоской последних гладкостенным контурным взрыванием, с отстройкой горизонтальных предохранительных и наклонных транспортных берм, увеличение результирующего угла борта карьера с углублением работ и формированием площадок смягчения угла наклона трассы, разработку очередного этапа начинают отстройкой горизонтальной предохранительной бермы с вертикальным углом откоса между откосом вышележащего над транспортной бермой уступа и нижней бровкой смежного вышележащего уступа, после чего формируют наклонную транспортную берму отстройки последовательными съездами трассы спиральной формы, причем каждый съезд спиральной трассы образовывают взрыванием вертикальных заоткосных скважин с последовательным увеличением глубины последних до формирования требуемого уклона трассы, затем разработку продолжают формированием под съездом на борту карьера уступов с вертикальным углом откоса и горизонтальными бермами с образованием по периметру карьера группы концентрически сформированных уступов по мере углубки карьера, площадки смягчения угла наклона трассы формируют горизонтальными, отстройку бермы уступа на участке, смежном с площадкой смягчения угла наклона трассы, ведут с постоянной шириной бермы, а между смежными витками спиральной трассы по периметру карьера, начиная с площадки смягчения угла наклона трассы, формируют дополнительную концентрическую горизонтальную предохранительную берму.

Указанный технический результат достигается также тем, что по мере отработки горной массы в конечном контуре карьера на одном из участков борта формируют петлевую систему узких съездов с торцевыми горизонтальными площадками.

Существенность признаков формулы подтверждается наличием причинно-следственной связи между совокупностью признаков, перечисленных выше в формуле изобретения, и вышеизложенным техническим результатом.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Способ отработки карьера осуществляется следующим образом.

Разработку очередного этапа карьера (в пределах этапного, например от глубины 385 м от дневной поверхности и конечного контура) начинают отстройкой горизонтальной предохранительной бермы между вертикальным откосом вышележащего над формируемым съездом уступа и нижней бровкой смежного вышележащего уступа.

Предохранительная берма определенной ширины формируется "над съездом" длиной не менее длины самого съезда. В тех местах трассы, где продолжением съезда (в нижней его отметке) является горизонтальная площадка смягчения угла наклона трассы, длину расположенной "над съездом" и упомянутой площадкой предохранительной бермы увеличивают на величину длины упомянутой площадки.

В районе нижней отметки каждого съезда ширину предохранительной бермы несколько уменьшают до определенной величины и далее берму уменьшенной ширины на данном горизонте формируют по всему периметру карьера в соответствии с описанной выше технологией.

Горизонтальную предохранительную берму над съездами (например, над каждым съездом или каждой парой съездов, или через 2-4 съезда, или в ином порядке) формируют таким образом, чтобы с верхней абсолютной отметки съезда, равной значению абсолютной отметки горизонтальной предохранительной бермы, образовать заезд для горного оборудования по зачистке бермы. Ширина заезда равна ширине предохранительной бермы и составляет определенную величину. На предохранительную берму для зачистки съездов заводят либо бульдозер, либо погрузчик и автосамосвалы грузоподъемностью до 40 т.

Технология зачистки горизонтальной предохранительной бермы, расположенной над съездом, заключается в следующем.

Вариант 1. Предохранительную берму зачищают мощным бульдозером, сбрасывая горную массу в определенном месте на поверхность нижележащего съезда. Затем ее убирают погрузчиком или экскаватором в автосамосвалы.

Вариант 2. Предохранительную берму зачищают погрузчиком (с емкостью ковша, например, 3-8 м³) с погрузкой горной массы непосредственно на берме в автосамосвалы. Т. е. в данном варианте зачистку горизонтальной предохранительной бермы осуществляют без осыпания горной массы на нижележащий съезд.

Для обеспечения возможности транспортирования руды и вскрышных пород на борту конечного контура карьера, сложенном концентрическими горизонтальными и вертикальными поверхностями формируют трассу спиральной формы, состоящую из съездов с определенным уклоном и горизонтальных площадок смягчения угла наклона трассы, формируемых, например, через три съезда. Ширина транспортной бермы до определенной глубины карьера от дневной поверхности должна обеспечивать одновременный проезд крупногабаритных автосамосвалов грузоподъемностью свыше 100 т в оба направления.

Наклонную транспортную берму формируют отстройкой последовательными съездами трассы спиральной формы, причем каждый съезд спиральной трассы образовывают взрыванием вертикальных заоткосных скважин с последовательным увеличением глубины последних до формирования требуемого уклона трассы.

Формирование каждого съезда трассы осуществляется следующим образом. С поверхности слоя, вышележащего над слоем, вскрываемым формируемым съездом, в направлении линии съезда бурят ряд вертикальных заоткосных скважин. При этом глубина первой скважины, расположенной у верхней отметки съезда, наименьшая, а длина каждой следующей скважины возрастает на расчетную величину, при этом длина последней скважины в пределах съезда, расположенной в точке нижней отметки съезда, наибольшая. Эти заоткосные скважины заряжают и взрывают.

Затем с верхней отметки съезда к его нижней отметке наклонным торцевым забоем отрабатывают приконтурный слой горной массы, углубляясь от верхней отметки съезда к нижней отметке съезда, для чего приконтурный слой также обуривают вертикальными скважинами, глубина которых возрастает от наименьшей до наибольшей, которые также заряжают, взрывают и взорванную горную массу отгружают экскаваторами в автосамосвалы.

После этого на сформированной наклонной поверхности на определенном расстоянии от нижней бровки расположенного над съездом участка уступа переменной высоты бурят ряд заоткосных вертикальных скважин. При этом глубина первой скважины, расположенной у верхней отметки съезда, составляет наибольшую величину, глубина каждой следующей скважины уменьшается на расчетную величину, а глубина последней скважины, расположенной у нижней отметке съезда, составляет наименьшую величину. Затем эти заоткосные скважины заряжают и взрывают. После этого отрабатывают массив горных пород, прилегающий к ряду заоткосных скважин.

Съезды спиральной трассы формируют таким образом, чтобы между вертикальным откосом вышележащего над каждым съездом уступа и нижней бровкой смежного вышележащего уступа была отстроена горизонтальная предохранительная берма определенной ширины, технология формирования которой описана выше.

Отработку горной массы продолжают с формированием борта карьера из уступов с вертикальным углом откоса (т.е. угол откоса уступа равен 90^o) определенной высоты и с необходимой шириной горизонтальной бермы с образованием по периметру карьера группы концентрически сформированных уступов по мере углубки карьера.

Технология формирования одиночного вертикального уступа (в конечном контуре карьера) заключается в следующем. На горизонте бурят ряд вертикальных заоткосных скважин определенной глубины, которые заряжают и взрывают.

Затем с того же горизонта отрабатывают слой горной массы, прилегающий к линии взорванных заоткосных скважин, для чего приконтурный слой обуривают вертикальными скважинами определенной длины, которые также заряжают, взрывают и взорванную горную массу погружают экскаваторами в автосамосвалы. После этого нижележащий приконтурный слой также обуривают вертикальными скважинами определенной длины, которые также заряжают, взрывают и взорванную горную массу погружают экскаваторами в автосамосвалы.

После завершения формирования верхнего вертикального уступа путем отработки в полном объеме приконтурного слоя горной массы формируют горизонтальную берму между верхним и нижележащим вертикальным уступом. Для этого на определенном расстоянии от нижней бровки верхнего вертикального уступа бурят ряд вертикальных заоткосных скважин на необходимую глубину, которые затем заряжают и взрывают.

Затем с того же горизонта отрабатывают слой горной массы, прилегающий к линии взорванных заоткосных скважин, для чего приконтурный слой также обуривают вертикальными скважинами необходимой длины, которые также заряжают, взрывают и взорванную горную массу отгружают экскаваторами в автосамосвалы. После этого по аналогичной технологии обуривают нижележащий приконтурный слой.

В процессе формирования второго сверху вертикального уступа формируют горизонтальную берму необходимой ширины между нижней бровкой верхнего вертикального уступа и линией заоткоски нижележащего (второго сверху) вертикального уступа. Ширина формируемых берм выбирается, например, не менее 1/3 высоты вышележащего уступа.

Далее по такой же технологии на борту карьера в его конечном контуре формируют третий, четвертый и последующие вертикальные уступы определенной высоты с формированием между нижней бровкой каждого вышележащего вертикального уступа и верхней бровкой каждого последующего нижележащего уступа горизонтальных берм необходимой ширины.

Верхний, второй сверху и все нижележащие вертикальные уступы определенной высоты, а также горизонтальные бермы необходимой ширины между ними формируют по всему периметру карьера, отстраивая замкнутые концентрические вертикальные и горизонтальные поверхности. Таким образом формируют участок борта карьера в контуре, состоящий из концентрических горизонтальных (берм необходимой ширины) и вертикальных (уступов определенной высоты) поверхностей.

Таким образом, в ходе отработки горной массы борт карьера формируют из концентрических горизонтальных и вертикальных поверхностей, съездов трассы спиральной формы необходимой ширины с примыкающими к съездам: сверху - участками горизонтальных предохранительных берм определенной ширины, снизу - участками горизонтальных берм определенной ширины, а также площадок смягчения угла наклона трассы необходимой ширины. При этом каждый нижележащий съезд спиральной трассы продолжает вышележащий съезд без смены направления движения по трассе. Таким образом отстраивают трассу спиральной формы, которую не изменяют до отработки карьера на всю его глубину.

В ходе дальнейшей отработки горной массы в конечном контуре карьера формируют спиральную трассу.

В ходе отработки горной массы в конечном контуре карьера на одном из участков борта формируют петлевую систему узких съездов определенной ширины с расчетным необходимым уклоном. В торцах указанных съездов формируют горизонтальные площадки необходимой ширины и длины. Впоследствии на указанных площадках возможно размещение инженерных сетей и коммуникаций (например, линии электроснабжения, водоотлива и пр.). Узкие съезды с необходимым уклоном предназначены для проезда вспомогательного оборудования по обслуживанию транспортных коммуникаций. Петлевая система узких съездов служит также для обеспечения дополнительной связи рабочих горизонтов карьера с поверхностью.

Порядок формирования петлевой системы узких съездов аналогичен описанному выше порядку формирования съездов спиральной трассы и горизонтальных площадок смягчения угла наклона трассы. Петлевая система узких съездов может быть сформирована, например, между смежными витками спиральной трассы.

После отработки карьера до определенной глубины формируют горизонтальную площадку перегрузочного пункта. Для этого на определенной глубине от дневной поверхности длину и ширину горизонтальной площадки смягчения угла наклона трассы увеличивают на необходимую (например, расчетную) величину. Формирование следующего (нижележащего) съезда за упомянутой площадкой начинают бурением вертикальных заоткосных скважин с увеличением глубины от наименьшей до наибольшей. Причем линию этих заоткосных скважин располагают на определенном расстоянии от нижней бровки откоса вышележащего уступа. Таким образом формируют горизонтальную площадку перегрузочного пункта, часть которого располагается на предохранительной берме над формируемым съездом, а другая часть перегрузочного пункта расположена на горизонтальной площадке смягчения угла наклона трассы увеличенной длины и ширины за пределами транспортной полосы.

В перегрузочном пункте складируют горную массу, доставляют с более глубоких горизонтов автосамосвалами грузоподъемностью до 40 т, которую затем перегружают в автосамосвалы грузоподъемностью свыше 100 т для последующей доставки ее на поверхность карьера.

Начиная с определенной глубины карьера от дневной поверхности борт карьера формируют также из концентрических горизонтальных и вертикальных поверхностей. Вертикальные уступы определенной высоты и горизонтальные бермы определенной ширины отстраивают в соответствии с технологией, описанной для вышележащего этапа карьера.

Спиральную трассу, продолжающуюся после перегрузочного пункта, горизонтальные предохранительные бермы над каждым съездом трассы формируют по технологии, аналогично описанной для вышележащего этапа карьера (выше перегрузочного пункта). Глубинная часть (например, от 600 до 850 м от дневной поверхности) спиральной трассы отличается изменением ширины съезда и ширины горизонтальной предохранительной бермы над съездом: ширина транспортной бермы съездов нижней части спиральной трассы уменьшается с обеспечением двухстороннего движения автосамосвалов грузоподъемностью до 40 т. Ширина горизонтальных предохранительных берм над съездами тоже уменьшается.

Все перечисленные работы приводят к формированию борта карьера в его конечном положении, например, от глубины порядка 250 м до глубины порядка 850 м с результирующим углом, например порядка 61-63^o. При этом ширина дна карьера может составлять, например, величину порядка 30 м, а длина, например, величину порядка 400-420 м. Угол откоса участков борта карьера между смежными витками спиральной трассы, сформированных из концентрических горизонтальных и вертикальных поверхностей может достигать, например, величины порядка 72^o.

Таким образом, при использовании предложенного способа отработки карьера достигается существенное уменьшение объема вскрышных работ в конечном контуре карьера за счет консервации вскрышных пород, расположенных между поверхностью выпуклого борта и прямолинейной линией откоса борта карьера; обеспечивается возможность стабилизации годовых объемов добываемой руды без увеличения годовых объемов вскрышных работ и нагрузок на технологический транспорт; добычи дополнительных значительных объемов ценного полезного ископаемого; упрощения и удешевления технологии ведения горных работ по формированию борта карьера в конечном контуре.

Использование: изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке открытым способом месторождений полезных ископаемых. Сущность изобретения: способ отработки карьера включает поэтапную разработку карьерного поля с послойной выемкой горной массы и формированием уступов заоткоской последних гладкостенным контурным взрыванием, отстройку горизонтальных предохранительных и наклонных транспортных берм, увеличение результирующего угла борта карьера с углублением работ и формирование площадок смягчения угла наклона трассы. Разработку вышележащего этапа начинают отстройкой горизонтальной предохранительной бермы с вертикальным углом откоса между откосом вышележащего над транспортной бермой уступа и нижней бровкой смежного вышележащего уступа, после чего формируют наклонную транспортную берму отстройкой последовательными съездами трассы спиральной формы. Разработку продолжают формированием под съездом на борту карьера уступов с вертикальным углом откоса и горизонтальными бермами с образованием по периметру карьера группы концентрически сформированных уступов по мере углубки карьера. Площадки смягчения угла наклона трассы формируют горизонтальными, отстройку бермы уступа на участке, смежном с площадкой смягчения угла наклона трассы, ведут с постоянной шириной бермы, а между смежными витками спиральной трассы по периметру карьера, начиная с площадки смягчения угла наклона трассы, формируют дополнительную концентрическую горизонтальную предохранительную берму. При этом по мере отработки горной массы в конечном контуре карьера на одном из участков борта формируют петлевую систему узких съездов с торцевыми горизонтальными площадками. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ отработки карьера, включающий поэтапную разработку карьерного поля с послойной выемкой горной массы и формированием уступов заоткоской последних гладкостенным контурным взрыванием, с отстройкой горизонтальных предохранительных и наклонных транспортных берм, увеличение результирующего угла борта карьера с углублением работ и формированием площадок смягчения угла наклона трассы, отличающийся тем, что разработку вышележащего этапа начинают отстройкой горизонтальной предохранительной бермы с вертикальным углом откоса между откосом вышележащего над транспортной бермой уступа и нижней бровкой смежного вышележащего уступа, после чего формируют наклонную транспортную берму отстройкой последовательными съездами трассы спиральной формы, причем каждый съезд спиральной трассы образовывают взрыванием вертикальных заоткосных скважин с последовательным увеличением глубины последних до формирования требуемого уклона трассы, затем разработку продолжают формированием под съездом на борту карьера уступов с вертикальным углом откоса и горизонтальными бермами с образованием по периметру карьера группы концентрически сформированных уступов по мере углубки карьера, площадки смягчения угла наклона трассы формируют горизонтальными, отстройку бермы уступа на участке, смежном с площадкой смягчения угла наклона трассы, ведут с постоянной шириной бермы, а между смежными витками спиральной трассы по периметру карьера, начиная с площадки смягчения угла наклона трассы, формируют дополнительную концентрическую горизонтальную предохранительную берму. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по мере отработки горной массы в конечном контуре карьера на одном из участков борта формируют петлевую систему узких съездов с торцевыми горизонтальными площадками.