СПОСОБ ОТСТРОЙКИ НЕРАБОЧЕГО БОРТА КАРЬЕРА Российский патент 2003 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых для отстройки нерабочего борта карьера в условиях многолетнемерзлых пород.

Для разработки глубоких кимберлитовых карьеров применяют способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий сооружение транспортных и предохранительных берм с формированием уступов погашения высотой, не превышающей трехкратной высоты рабочего уступа, и оставлением предохранительных берм шириной не менее одной третьей высоты создаваемого уступа погашения (Новожилов М. Г. и др. Высокопроизводительные глубокие карьеры.- М.: Недра, 1984).

Известен также способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий сооружение параллельных транспортных и предохранительных берм (авт. св. СССР 497407 с приоритетом от 04.09.70 г., МПК Е 21 С 41/02, опубл. БИ 48, 1975).

Однако оба способа не учитывают возможности отстройки нерабочего борта более крутыми углами наклона в условиях многолетней мерзлоты, а также ведение массовых буровзрывных работ, при котором происходит падение с большой высоты отдельных кусков горных пород.

Также можно указать и на другие способы отстройки нерабочих бортов карьеров. Один из них предусматривает сооружение спиральных транспортных берм по борту карьера и образование уступов погашения, откосы которых укрепляют с помощью защитного покрытия, формирование борта карьера наклонными уступами переменной высоты, при этом верхнюю и нижнюю площадки каждого уступа размещают между смежными витками транспортной бермы, на которой выполняют улавливающую траншею с защитным валом, ориентированную вдоль откоса (патент РФ 2034150 с приоритетом от 09.03.93 г., МПК Е 21 С 41/26, опубл. БИ 12, 1995).

Недостатками этого способа являются большая трудоемкость по укреплению откоса уступа и значительное увеличение ширины транспортной бермы, обусловленное размещением улавливающей траншеи и защитного вала. В целом эти недостатки существенно влияют на увеличение угла наклона борта карьера.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий сооружение параллельных транспортных и предохранительных берм во встречном направлении с разделением карьерного поля на две части, образуемые пересечением встречных наклонных транспортных и предохранительных берм (авт. св. СССР 621875 с приоритетом от 13.09.76 г., МПК Е 21 С 41/02, опубл. БИ 32, 1978).

Недостатком данного способа отстройки нерабочего борта карьера является небольшой угол наклона бортов. Это обусловлено тем, что на участках пересечения встречных транспортных берм сооружаются широкие площадки, которые существенно влияют на снижение генерального угла наклона борта карьера и на общий объем вскрышных пород в контурах карьера, что снижает эффективность горных работ.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности и безопасности работ при разработке глубоких карьеров в условиях многолетнемерзлых горных пород за счет обеспечения оптимального профиля нерабочего борта карьера.

Сущность изобретения заключается в том, что при осуществлении способа отстройки нерабочего борта карьера, включающего сооружение параллельных транспортных и предохранительных берм во встречном направлении с разделением карьерного поля на две части, в одной части карьерного поля сооружение параллельных транспортных и предохранительных берм ведут до конечной глубины карьера с формированием нерабочего борта открытыми работами, а в другой части до глубины не более 4/5 конечной глубины карьера с формированием нерабочего борта с высотой не менее 1/5 конечной глубины карьера из подземных выработок, пройденных со стороны временного борта до контакта рудного тела со вмещающими породами, при этом на границе разделения карьерного поля формируют временный борт, имеющий транспортные бермы, связывающие подземные выработки и основные транспортные бермы частей карьерного поля. Сооружение параллельных транспортных и предохранительных берм в одной части карьерного поля до конечной глубины карьера с формированием нерабочего борта открытыми работами, а в другой части до глубины не более 4/5 конечной глубины карьера с формированием нерабочего борта высотой не менее 1/5 конечной глубины карьера из подземных выработок, пройденных со стороны временного борта до контакта рудного тела со вмещающими породами, с формированием на границе разделения карьерного поля временного борта, имеющего транспортные бермы, связывающие подземные выработки и основные транспортные бермы частей карьерного поля, являются отличиями от прототипа и обуславливают соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна".

Осуществление заявляемого способа отстройки нерабочего борта карьера позволяет достичь равноустойчивого профиля нерабочего борта карьера, имеющего форму циссоиды, что обеспечивает эффективность и безопасность работ при разработке глубоких карьеров в условиях многолетнемерзлых горных пород, а также увеличить генеральный угол наклона бортов карьера, сократить объем вскрышных пород в контурах карьера, увеличить предельную глубину открытых горных работ. Совокупность перечисленных выше операций не выявлена из патентной и научно-технической литературы, что обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Способ отстройки нерабочего борта карьера поясняется следующими чертежами: фиг.1 - план карьера с формированием временного борта на границе разделения карьерного поля на части; фиг.2 - план развития горных работ на обеих частях карьерного поля; фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; фиг.4 - план карьера на конец отработки; фиг.5 - разрез В-В на фиг.4.

Способ осуществляется следующим образом. При сооружении нерабочего борта карьера 1 транспортные бермы 2 и 3 ведут во встречном направлении таким образом, чтобы они на определенной глубине пересекались на участках 4. Встречные наклонные бермы 5 проходят параллельно транспортным бермам 2 и 3. При указанном проведении берм карьерное поле разделяют на две части (I и II), образуемые пересечением встречных наклонных транспортных 2, 3 и предохранительных берм 5 (фиг.1).

В одной части карьерного поля сооружение параллельных транспортных 2, 3 и предохранительных 5 берм ведут до глубины 4/5 конечной глубины карьера, а в другой части до конечной глубины карьера, это позволит достичь конечной глубины карьера с формированием нерабочего борта из подземных выработок на одной части, а в другой части открытыми работами (фиг.2).

Исследования физико-механических свойств пород алмазных месторождений показали, что на карьерах кимберлитовых трубок возможен равноустойчивый профиль бортов, имеющий форму циссоиды с увеличивающимся углом наклона от 38-40^o в верхней до 85^o в нижней его части. Профиль нерабочего борта карьера, имеющий вид циссоиды, разделяют по глубине на три части - верхняя часть циссоиды с углом наклона от 38-40^o; средняя часть с углом наклона 48 - 55^o; нижняя часть с углом наклона 80-85^o. При этом высота нижней части циссоиды составляет не менее 1/5 конечной глубины карьера. Достижение таких углов наклона бортов известными способами отстройки нерабочего борта связано с повышением опасности ведения открытых горных работ, при максимальном сокращении объема вскрышных пород в контурах карьера. Пределы сокращения объема вскрышных пород при известных способах отстройки ограничены параметрами уступов и берм, формирующих профиль нижней части нерабочего борта карьера, которая может быть увеличена при условии увеличения высоты нижней части отстраиваемого борта без специальных берм. Для этого на границе разделенной части карьерного поля формируют временный борт 6 высотой не менее 1/5 конечной глубины карьера (фиг.1 и 3).

Временный борт 6 погашают до мере отстройки нерабочего борта 8 из подземных выработок. Для создания транспортной увязки между основными транспортными бермами 2 и 3 и подземными выработками по временному борту 6 сооружают транспортные бермы 7.

Отстройку нерабочего борта 8 на высоту не менее 1/5 конечной глубины карьера осуществляют послойно из подземных выработок (фиг.2 и 3). Для этого со стороны временного борта 6 проходят штольню 9, подэтажные штреки 10 и кольцевой подэтажный штрек 11 по контакту рудного тела и вмещающих пород. Из кольцевого подэтажного штрека 11 производится бурение оконтуривающих скважин 12 для создания отрезной щели. После создания отрезной щели из подэтажных штреков 10 вертикальными слоями взрыванием веерных скважин 13 отбивают горную массу на отрезную щель и выпускают на подэтажный штрек 10 (торцевой выпуск руды). Транспортирование горной массы производится погрузочно-доставочными машинами до транспортной бермы 7 (фиг.3). Порядок отстройки нерабочего борта 8 принят от контакта рудного тела - по отрезной щели к центру, с созданием открытого выработанного пространства 14, которое обеспечит безопасные условия эксплуатации месторождения.

Таким образом, в части карьерного поля, где отстройка нерабочего борта 8 производится с использованием подземных выработок, профиль нерабочего борта 8 приближен к равноустойчивой кривой, за счет этого сокращен объем вскрышных пород в контурах карьера (фиг.3 и 4).

Для полного раскрытия технической сущности и преимуществ настоящего изобретения применительно к месторождениям кимберлитовых трубок, расположенных в зоне распространения многолетнемерзлых пород и суровых климатических условий Якутии, приведен пример, где исходные данные для известного способа отстройки нерабочего борта карьера (фиг.5) приняты следующими: конечная глубина карьера Н= 800 м; высота верхней части карьера 300 м; угол наклона верхней части борта карьера 38^o; общая высота средней и нижней части борта карьера 500 м; угол наклона средней и нижней части борта карьера 55^o; радиус по дну карьера 100 м.

Объем горной массы в контурах карьера по известному способу отстройки нерабочего борта определяем по верхней, а также по средней и нижней частям карьера:


Общий объем горной массы в контурах карьера:

Исходные данные для предлагаемого способа отстройки нерабочего борта карьера (фиг. 5) приняты следующими: конечная глубина карьера Н=800 м; угол наклона верхней части борта карьера 38^o; высота верхней части борта карьера 300 м; угол наклона средней части борта карьера 55^o; высота средней части борта карьера, формируемого известным способом, 340 м; высота нижней части борта карьера, формируемого предлагаемым способом, 160 м; угол наклона нижней части борта, формируемого предлагаемым способом, 85^o; радиус по дну карьера 100 м.

Вычисляем объем горной массы в верхней части карьера, формируемого известным способом:

Вычисляем объем горной массы в средней части карьера, формируемого известным способом:

Вычисляем объем горной массы в нижней части карьера, формируемого предлагаемым способом:

Тогда объем горной массы в контурах карьера по предлагаемому способу отстройки нерабочего борта составит


В таблице для сравнения приведены показатели по обоим способам.

Как видно из таблицы, заявляемое техническое решение позволяет увеличить генеральный угол наклона борта карьера и сократить объем вскрышных работ, который зависит от глубины карьера и увеличения угла наклона его борта. Так, при глубине карьера 800 м увеличение генерального угла борта карьера на 4^o позволит сократить объем горной массы в контурах карьера на 87,7 млн.м³, приблизить профиль борта к равноустойчивой кривой (фиг.3,4).

Кроме того, в предложенном способе отстройки осуществляется "плавный" переход на подземные работы в связи с отработкой месторождения с делением на части и параллельным проведением на частях карьерного поля открытых и подземных работ, связанных с отстройкой нерабочего борта и добычей полезного ископаемого, что позволяет сократить сроки отработки месторождения.

Для осуществления предложенного способа отстройки используют стандартное серийное оборудование, применяемое в открытых и подземных работах.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых для отстройки нерабочего борта карьера в условиях многолетнемерзлых пород. Способ отстройки нерабочего борта карьера включает сооружение параллельных транспортных и предохранительных берм во встречном направлении с разделением карьерного поля на две части. В одной части карьерного поля сооружение параллельных транспортных и предохранительных берм ведут до конечной глубины карьера с формированием нерабочего борта открытыми работами, а в другой части до глубины не более 4/5 конечной глубины карьера с формированием нерабочего борта высотой не менее 1/5 конечной глубины карьера из подземных выработок, пройденных со стороны временного борта до контакта рудного тела со вмещающими породами. На границе разделения карьерного поля формируют временный борт, имеющий транспортные бермы, связывающие подземные выработки и основные транспортные бермы частей карьерного поля. Осуществление заявляемого способа отстройки нерабочего борта карьера позволяет достичь равноустойчивого профиля нерабочего борта карьера, имеющего форму циссоиды, что обеспечивает эффективность и безопасность работ при разработке глубоких карьеров в условиях многолетнемерзлых горных пород, а также увеличить генеральный угол наклона бортов карьера, сократить объем вскрышных пород в контурах карьера, увеличить предельную глубину открытых горных работ. 5 ил., 1 табл.

Способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий сооружение параллельных транспортных и предохранительных берм во встречном направлении с разделением карьерного поля на две части, отличающийся тем, что в одной части карьерного поля сооружение параллельных транспортных и предохранительных берм ведут до конечной глубины карьера с формированием нерабочего борта открытыми работами, а в другой части до глубины не более 4/5 конечной глубины карьера с формированием нерабочего борта высотой не менее 1/5 конечной глубины карьера из подземных выработок, пройденных со стороны временного борта до контакта рудного тела со вмещающими породами, при этом на границе разделения карьерного поля формируют временный борт, имеющий транспортные бермы, связывающие подземные выработки и основные транспортные бермы частей карьерного поля.