СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК Российский патент 2003 года по МПК E21C41/26 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к горной промышленности, а именно к открытой разработке месторождений, и создано применительно к отработке отдаленных кимберлитовых трубок в многолетнемерзлых породах и экстремальных условиях Севера.

Уровень техники
Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых опускным колодцем, включающий отработку горных пород до конечных контуров карьером с вертикальными бортами и креплением бортов железобетонной крепью, сооружаемой на поверхности и постепенно опускаемой по мере углубления горных работ. При этом внутри цилиндрического карьерного пространства выемку горных пород осуществляют экскаваторами, погрузчиками, а подъем горной массы - специальным подъемным оборудованием [1].

Данный способ практически до минимума сводит объемы производства вскрышных работ в контуре карьера и тем самым снижает вредные выбросы в окружающую среду, но ему присущи ограниченная область применения при отработке неглубоких месторождений, большая трудоемкость и затраты, связанные с креплением вертикальных бортов карьеров.

Известен также способ отработки кимберлитовых трубок, включающий отстройку бортов карьеров с укреплением ослабленных участков, проходку наклонного ствола с размещением в нем конвейера для транспортирования руды до обогатительной фабрики и переход на отработку глубоких горизонтов месторождения с применением подземных выработок и открытого выработанного пространства [2] .

Основными недостатками способа являются буровзрывная подготовка горной массы, применение горно-транспортного оборудования на дизельном топливе, большие объемы производства вскрышных работ в контуре открытых разработок, которые в конечном счете вызывают ухудшение санитарно-гигиенических условий труда на рабочих местах и загрязнение окружающей природной среды.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ безэтапной отработки глубоких кимберлитовых месторождений, включающий отработку карьера до конечного контура, отстройку бортов карьера под крутыми углами, мерзлотозащитное покрытие откосов уступов, применение подземных выработок для транспортирования и вентиляции, погрузку горной массы экскаваторами и транспортирование автосамосвалами на дизельном топливе и систему энергоснабжения карьера от гидроэлектростанции [3].

Недостатком способа являются большие объемы производства вскрышных работ, увеличение вредных выбросов в окружающую среду в результате производства массовых взрывов и в связи с большими выделениями ядовитых выхлопных газов из двигателей большегрузных автосамосвалов и увеличение разрушаемости кристаллов алмазов при взрывных работах.

Сущность изобретения
Цель изобретения - сокращение объемов вскрыши в контуре карьера, повышение экологической чистоты разработок и сохранности кристаллов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки кимберлитовых трубок, включающем отработку карьера до конечного контура, отстройку бортов карьеров под крутыми углами, мерзлотозащитное покрытие откосов уступов, подготовку горной массы к выемке, погрузку ее экскаваторами, транспортирование автосамосвалами с применением подземных выработок и автономную систему энергоснабжения, борт карьера, наиболее подверженный солнечному воздействию, формируют пологим с сооружением на нем спирально-петлевых съездов для спуска-подъема горно-транспортного оборудования, а менее подверженный борт отстраивают вертикальным с оставлением широкой предохранительной бермы с защитной стенкой, вертикальный откос борта покрывают мерзлотозащитной стеклотканью и закрепляют металлической сеткой штангами, проходят наклонный ствол, оборудованный крутонаклонным конвейерным подъемником, ствол соединяют с горизонтами карьера квершлагами, выемку руды производят комбайнами с доставкой к квершлагам автосамосвалами на аккумуляторном приводе, а руду на поверхности до обогатительной фабрики транспортируют автосамосвалами на газовом топливе, при этом электрические станции на борту карьера формируют из газодизельных агрегатов, питающихся из газоконденсатного месторождения.

В предлагаемом способе новыми признаками в сравнениии с прототипом являются:
- применение новой конструкции борта карьера с вертикальными и пологими откосами в зависимости от степени подверженности откосов солнечному воздействию;
- использование в конструкции вертикального борта мерзлотозащитного покрытия откоса из стеклоткани с креплением металлической сеткой и предохранительной бермы с защитной сеткой;
- использование новых энергоносителей для горно-транспортного оборудования карьера: на газовом топливе для работающего оборудования на поверхности и на аккумуляторном приводе для оборудования, работающего во внутрикарьерном пространстве;
- использование нового принципа энергоснабжения карьера на основе применения газодизельных агрегатов, питающихся непосредственно от газоконденсатного месторождения.

Указанные новые признаки исключают недостатки существующих способов отработки кимберлитовых карьеров и обеспечивают следующие усиленные положительные свойства:
- применение нового принципа отстройки нерабочих бортов карьера с вертикальными бортами в многолетнемерзлых породах позволяет существенно сократить объемы вскрышных работ в контуре открытых разработок;
- использование для выработки электроэнергии при разработке отдаленных месторождений газодизельных агрегатов, работающих на местном газе из газоконденсатного месторождения, обеспечивает крупные ресурсосбережения и экологическую чистоту по сравнению с дизельными электростанциями и гидроэлектростанциями;
- работа горно-транспортного оборудования на газовом топливе и аккумуляторном приводе улучшает санитарно-гигиенические условия труда на рабочих местах и предохраняет окружающую природную среду от загрязнения;
- применение для разработки горных пород комбайнов и для транспортирования пород от забоев до квершлагов автосамосвалов на аккумуляторном приводе, далее по наклонному стволу конвейерными подъемниками на поверхность позволяет снизить расходы на транспортировку горной массы из карьера.

Способ поясняется чертежом, где приведена схема отработки кимберлитовой трубки с принципиально новыми технологическими параметрами.

Способ осуществляется следующим образом.

От газоконденсатного месторождения 1 прокладывают газопровод 2 до электрической станции из газодизельных агрегатов 3, располагаемых в непосредственной близости от кимберлитовой трубки 4. На борту карьера 5 также располагают зарядную 6 для зарядки аккумуляторных приводов автосамосвалов 7.

Вертикальный борт карьера 5, который менее подвержен солнечному воздействию, покрывают мерзлотозащитной тканью 8 и прикрепляют к борту карьера металлической сеткой штангами 9. Вдоль пологого борта карьера 10 и вблизи обогатительной фабрики 11 проходят наклонный ствол 12, который сбивают с горизонтами карьера квершлагами 13.

Для спуска-подъема горно-транспортного оборудования на пологом борту карьера сооружают спирально-петлевые съезды 14. Транспортирование горной массы, разрабатываемой комбайном 15, осуществляют автосамосвалами 7 до перегрузочных пунктов 16, затем конвейером по наклонному стволу 12 на поверхность и далее автосамосвалами на газовом топливе до фабрики 11.

Пример конкретного выполнения способа
Техническая сущность и преимущества созданного технического решения раскрыты на примере разработки удаленной кимберлитовой трубки, находящейся в зоне распространения многолетнемерзлых пород и расположения газоконденсатного месторождения.

Исходные данные для расчетов приняты следующие: глубина карьера 600 м; диаметр рудного тела 200 м; угол откоса пологого борта карьера 45^o; высота уступа погашения 300 м; высота рабочего уступа 15 м; тип применяемого погрузочного оборудования - ЭКГ-8; автосамосвалы - БЕЛАЗ-548 (40т).

1. Обоснование параметров карьера
При вахтовом методе с целью снижения вредного влияния горных работ на окружающую среду объемы вскрышных работ в контуре открытых работ должны быть снижены до минимума.

Объем традиционного карьера рассчитывается по формуле усеченного конуса (табл. 2)

где Н_k - глубина карьера, м;
R - радиус карьера по дневной поверхности, м;
r - радиус карьера по дну, м.

В предлагаемом техническом решении, когда половина борта карьера формируется крутым благодаря отстройке уступов погашения под углами 82^o, угол откоса борта на этом участке составит 74^o.

Сокращение объемов вскрышных работ в контуре карьера за счет увеличения угла откоса на 74^o-45^o=29^o устанавливается с использованием зависимостей, приведенных в табл.1.

При глубине карьера 600 м сокращение объемов вскрыши составит

где v_k - сокращение объемов вскрыши в контуре карьера, млн. м³;
9,827 - сокращение объемов вскрыши при увеличении угла наклона борта на 1^o и глубине карьера 600 м.

Тогда объемы вскрышных работ в контуре рекомендуемого карьера равны
V_p=V_T-V_k=339,1-142,5=196,6 млн.м³,
где V_p - объемы вскрышных работ в контуре рекомендуемого карьера, млн. м³;
V_T - то же, традиционного карьера, млн.м³.

Результаты расчетов сведены в табл.2.

2. Обоснование устойчивости крутых бортов с мерзлотозащитной стеклотканью
Прочностные характеристики массива под мерзлотозащитной тканью, благодаря которому массив не растепляется, в 2 раза выше, чем в талом состоянии. Следовательно, если коэффициент сцепления массива в талом состоянии 150 т/м² [3], то в мерзлом будет 300 т/м². Тогда величина вертикального откоса

где К_м - сцепление пород в массиве, т/м;
λ - коэффициент структурного ослабления;
γ - удельный вес породы, т/м;
ρn - угол внутреннего трения, град;


где H_k - глубина карьера, м.

Тогда по методике ВНИМИ генеральный угол борта карьера составит α= 57^o30'.

Теперь нужно учесть кривизну борта [4]:
радиус подошвы карьера 100 м, тогда радиус по верху карьера
R'=100+H_k ctg57^o30'=100+600 0,6371=382,3;

где H_k - глубина карьера, м; R' - радиус по верху карьера, м.

Тогда угол борта карьера α=74^o.

Т. е. за счет предохранения борта от растепления можно повысить генеральный угол борта карьера с 45 до 74^o.

3. Обоснование вида энергоносителя для создания вахтового горно-добывающего предприятия при разработке отдаленной кимберлитовой трубки
В качестве примера взята отдаленная кимберлитовая трубка в Республике Саха (Якутия), расположенная на расстоянии 200-300 км от населенных пунктов, линий электропередач и газоконденсатных месторождений. Для сравнительной оценки в качестве базового взяты 4 варианта, т.к. по мнению специалистов они являются альтернативными. Рекомендуемым вариантом (по новому техническому решению) являются прокладка газопровода и установка газодизелей на вахтовом горно-добывающем предприятии. Исходные данные с привязкой к конкретному месторождению и улусу, результаты расчетов сведены в табл.3.

Таким образом, по предлагаемому техническому решению, т.е. использованию газодизельных агрегатов в качестве энергоносителей при разработке отдаленной кимберлитовой трубки (от освоенных районов) позволит снизить затраты в 10 раз по сравнению с использованием электрической энергии (ЛЭП) и в 5 раз по сравнению с использованием в качестве энергоносителей дизельных электростанций (ДЭС). Кроме того, будет существенно улучшена экологическая обстановка в регионе.

Источники информации
1. Горная энциклопедия - М.: Советская энциклопедия, 1991, т.5, c.580-581.

2. Крамсков Н. П. , Опыт разработки кимберлитовых месторождений в ЮАР, Горный журнал, 1994, 12, c.57-58.

3. Патент СССР 1819330, кл. Е 27 С 41/00, 1992.

4. Арсентьев А. И. и др. Устойчивость бортов и осушение карьеров, -М.: Недра, 1982, с.83-84.

Изобретение относится к горной промышленности, к разработке отдаленных кимберлитовых трубок в многолетнемерзлых породах и экстремальных условиях Севера. Разработку отдаленной кимберлитовой трубки ведут при вахтовом методе путем отстройки бортов карьеров вертикальными и наклонными бортами, применяют мерзлотозащитное покрытие откосов из стеклоткани и крепление металлической сеткой при помощи штанг, на борту карьера оставляют предохранительную берму с защитной стенкой, транспортирование внутри карьера производят автосамосвалами на аккумуляторном приводе, на поверхности - автосамосвалами на газовом топливе, подъем горной массы осуществляют крутонаклонными конвейерными подъемниками, располагаемыми в наклонном стволе, ствол соединяют с горизонтами карьера квершлагами, выемку руды производят комбайнами, а электрические станции на борту карьера формируют из газодизельных агрегатов, питающихся из газоконденсатных месторождений. Способ позволяет сократить объем удаляемых вскрышных пород из карьера, улучшить экологическую обстановку в регионе. 3 табл., 1 ил.

Способ разработки кимберлитовых месторождений, включающий отработку карьера до конечного контура, отстройку бортов карьера под крутыми углами, мерзлотозащитное покрытие откосов уступов, отработку горных пород, транспортировку ее автосамосвалами по спирали к горизонтам карьера, соединенным квершлагами с наклонным стволом, отличающийся тем, что карьер имеет автономную систему энергоснабжения, борт карьера, наиболее подверженный солнечному воздействию, формируют пологим с сооружением на нем спирально-петлевых съездов для спуска-подъема горно-транспортного оборудования, а менее подверженный борт отстраивают вертикальным с оставлением широкой предохранительной бермы с защитной стенкой, вертикальный откос борта покрывают мерзлотозащитной стеклотканью, которую закрепляют металлической сеткой при помощи штанг, наклонный ствол оборудуют крутонаклонным конвейерным подъемником, выемку руды производят комбайнами, погрузку осуществляют экскаваторами, доставку автосамосвалами на аккумуляторном приводе к квершлагам, а руду на поверхности до обогатительной фабрики транспортируют автосамосвалами на газовом топливе, при этом электрические станции на борту карьера формируют из газодизельных агрегатов, питающихся из газоконденсатного месторождения.