СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО Российский патент 2003 года по МПК E21C41/00 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке крутопадающих пластов полезного ископаемого, предпочтительно при доработке запасов ниже проектной границы карьера (отработке подкарьерных запасов), особенно в случаях, когда запасы полезного ископаемого представлены вертикальными телами типа штокверков или даек сравнительно небольших поперечных размеров.

Известен способ разработки полезного ископаемого, предусматривающий использование открытой технологии добычи, включающей бестранспортную схему уборки покрывающих слоев вмещающих пород посредством оборудования, размещаемого на бровке уступа, и транспортную схему извлечения полезного ископаемого с формированием бортов карьера (см. Ю.П. Астафьев, Г.С. Сулима и др. Горное дело. - М.: "Недра", 1973, стр. 346, рис. 183).

Недостаток этого способа - невозможность его использования при отработке крутопадающих пластов полезного ископаемого.

Известен также способ разработки полезного ископаемого, предусматривающий использование открытой технологии добычи, включающей буровзрывную отбойку и уборку отбитой горной массы с формированием бортов карьера (см. там же, стр. 356, рис. 188).

Недостаток этого способа - необходимость извлечения значительных объемов вмещающих пород, особенно если необходимо отработать запасы ниже проектной границы карьера.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, - обеспечение возможности отработки запасов ниже проектной границы карьера при минимизации объемов извлечения вмещающих пород.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в исключении необходимости формирования дорог для передвижения транспортных средств, груженых полезным ископаемым, кроме того, в самом неблагоприятном случае объем присекаемых пустых пород при отработке подкарьерных запасов открытыми горными работами будет соизмерим с извлекаемыми объемами полезного ископаемого.

Для решения поставленной задачи способ разработки полезного ископаемого, включающий буровзрывную отбойку и уборку отбитой горной массы с формированием бортов карьера, отличается тем, что выемку полезного ископаемого ведут горизонтальными слоями по простиранию пласта, при этом борта карьера формируют либо по контакту залежи полезного ископаемого с вмещающими породами, либо по пустым породам, под углом к горизонтальной плоскости, максимально допустимым по условию устойчивости бортов, причем уборку отбитой горной массы ведут по бестранспортной схеме, посредством подъемного оборудования, которое опирают на участки, размещаемые за пределами сечения карьера, формируемого при отработке подкарьерных запасов, при этом работы по буровзрывной отбойке полезного ископаемого ведут при базировании бурового оборудования на поверхности полезного ископаемого, с эвакуацией его из призабойного пространства на период взрывных работ, кроме того, по крайней мере на время бурения и заряжания скважин, как минимум рабочую зону призабойного пространства карьера, отрабатывающего подкарьерные запасы, защищают полком, который эвакуируют из призабойного пространства на период взрывных работ, при этом в бортах карьера, по мере его углубления, по всей высоте бортов формируют ниши, по меньшей мере две, которые изолируют от выработанного пространства карьера и оборудуют как выработки для перемещения людей, с возможностью выхода из них в призабойное пространство. Кроме того, борта карьера упрочняют, например, их анкерованием и/или тампонированием. Кроме того, в сечении ниш размещают вентиляционный став. Кроме того, на время уборки отбитой породы призабойное пространство карьера, отрабатывающего подкарьерные запасы, защищают полком.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки ". ..выемку полезного ископаемого ведут горизонтальными слоями по простиранию пласта, при этом борта карьера формируют либо по контакту залежи с полезного ископаемого с вмещающими породами, либо по пустым породам, под углом к горизонтальной плоскости, максимально допустимым по условию устойчивости бортов. .." обеспечивают минимизацию присечки пустых пород при выемке полезного ископаемого при сохранении безопасности условий работы.

Признаки "...уборку отбитой горной массы ведут по бестранспортной схеме, посредством подъемного оборудования, которое опирают на участки, размещаемые за пределами сечения карьера, формируемого при отработке подкарьерных запасов. . . " исключают необходимость устройства специальных трасс для передвижения транспорта, вывозящего отбитую горную массу и, тем самым, также обеспечивают минимизацию присечки пустых пород при выемке полезного ископаемого.

Признаки "...работы по буровзрывной отбойке полезного ископаемого ведут при базировании бурового оборудования на поверхности полезного ископаемого, с эвакуацией его из призабойного пространства на период взрывных работ..." обеспечивают возможность осуществления отбойки горной массы, при исключении необходимости устройства специальных трасс для передвижения бурового и зарядного оборудования.

Признаки "...призабойное пространство карьера, формируемого при отработке подкарьерных запасов, защищают полком, который эвакуируют из призабойного пространства на период взрывных работ" обеспечивают безопасность производства очистных работ.

Признаки ". . .в бортах карьера, по мере его углубления, по всей высоте бортов формируют ниши, по меньшей мере две, которые изолируют от выработанного пространства карьера и оборудуют как выработки для перемещения людей, с возможностью выхода из них в призабойное пространство" обеспечивают безопасную доставку людей в призабойное пространство и обратно, кроме того, создаются условия для обеспечения возможности интенсификации процесса проветривания призабойного пространства после взрыва, за счет целенаправленной доставки свежего воздуха непосредственно в призабойное пространство по каналу, работоспособность которого не зависит от операции, выполняемой в призабойном пространстве.

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают возможность повышения устойчивости бортов карьера и позволяют снизить объемы присечки пустых пород при выемке полезного ископаемого.

Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают возможность интенсификации процесса проветривания призабойного пространства после взрыва за счет целенаправленной доставки свежего воздуха непосредственно в призабойное пространство.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения обеспечивают безопасность производства работ по уборке отбитой горной массы, если для этого необходимо присутствие людей.

На фиг. 1 и 2 показан вертикальный разрез по залежи полезного ископаемого; на фиг.3 показан горизонтальный разрез поперек залежи полезного ископаемого; на фиг.4 показан разрез поперек ниши.

На фиг.1-4 показаны залежь полезного ископаемого 1, нижняя граница подкарьерных запасов 2, ниши 3, взрывные скважины 4, грейферный погрузчик 5, размещенный на опорном устройстве 6, бровка 7 уступа 8, предохранительный породный вал 9, отбитая горная масса 10, полок 11 с опорными стойками 12, опорные венцы 13, отшивка из досок 14, вентиляционный став 15, ходовое отделение 16, дно старого (отработанного) карьера 17 и борта 18 отрабатываемого карьера, анкера 19, металлическая сетка 20, скиповой подъемник 21.

Заявленный способ применяют при доработке запасов руды, залегающих ниже проектной отметки дна карьера на глубину до 100 м (по условиям устойчивости бортов), предпочтительно, по крутопадающим залежам мощностью до 50 м и размерах залежи по простиранию до 300 м в следующих условиях:
- когда при отработке карьерных запасов произошел прирост запасов, полученный за счет дополнительной доразведки параметров месторождения в ходе очистных работ;
- в ходе вынужденной отработки запасов, предусмотренных к отработке подземным способом, когда открытые горные работы уже вышли на проектную глубину, при отставании строительства подземного рудника (при переходе с открытых горных работ на подземные);
- при открытой отработке запасов, предусмотренных проектом с целью уменьшения объемов вскрышных пород, размеров карьерного поля;
- для исключения дополнительного разноса бортов карьера при изменении устойчивости бортов и доработке оставшихся запасов.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

При добыче полезного ископаемого, для перемещения транспортной техники используют уже имеющиеся выработки дна 17 уже отработанного карьера. Уборку отбитой горной массы 10 и ее погрузку в карьерные автосамосвалы осуществляют посредством грейферного погрузчика 5 емкостью до 3 м³, размещенного на опорном устройстве 6 (например, козловом или автомобильном кране с грузоподъемностью 10-20 т). Этот комплект оборудования используют при глубине разработки до 25 м, а при большей глубине разработки для подъема полезного ископаемого используют бадьи, которые заполняют посредством погрузчика. Кроме того, при большой глубине работ и мощности пласта полезного ископаемого на лежачем борту карьера размещают скиповой подъемник 21 со скипами емкостью, большей емкости грейфера, обеспечивающий существенное уменьшение цикла "черпание-подъем" в работе грейферного погрузчика 5. В зависимости от проектной мощности карьера и его горизонтальных размеров могут использоваться два и больше грейферных погрузчиков 5 и, соответственно, опорных устройств 6, а также два и больше скиповых подъемников 21.

Отбойку полезного ископаемого 1 ведут горизонтальными слоями. Мощность слоя определяется применяемым буровым оборудованием и задаваемой проектной мощностью карьера (при малых поперечных размерах залежи и небольшой проектной мощности используют ручные перфораторы, при большей проектной мощности используют буровые установки типа СБУ100, 125 (при проектной мощности порядка 200000 т в год)). Вокруг очистного пространства по дну карьера 17 насыпают предохранительный породный вал 9 высотой порядка 1,5 м для предупреждения падения людей и механизмов.

Проход людей к месту производства работы осуществляют по ходовым отделениям 16 ниш 3. Фактически в сечении этих ниш формируют (в нисходящем порядке по мере отработки запасов залежи) восстающие выработки, используя приемы, широко распространенные при формировании восстающих, используемых при отработке маломощных рудных тел (по высоте "выработки" размещают опорные венцы 13, т.е. горизонтально расположенные деревянные стойки, концы которых заделывают во вмещающий массив, затем на этих венцах размещают полки, которые сообщают друг с другом лестницами, кроме того, со стороны карьера отделяют эту выработку отшивкой 14 из досок). Сечение этой выработки принимают таким, чтобы кроме ходового отделения в ней можно было разместить вентиляционный став 15, трубопроводы и кабели.

Тяжеловесное оборудование перемещают (опускают в карьер и удаляют из него) посредством спускоподъемных устройств кранов (на чертежах не показаны), в том числе и навешиваемых на опорном устройстве 6 грейфера 5. Оборку заколов в верхней части очистного пространства, вне зоны досягаемости ручной оборки с поверхности бортов карьера 18, производят скалывающим снарядом, прицепленным взамен грейферного погрузчика.

Для предохранения рабочих от травмирования мелкими кусками обрушившейся породы при бурении и заряжании скважин 4 призабойное пространство карьера, отрабатывающего подкарьерные запасы (после выхода работ на глубину порядка 30 м), защищают полком 11, представляющим из себя несущую раму, покрытую панелями из металлической сетки (при больших размерах поперечного сечения карьера размеры полка могут быть меньшим всей отрабатываемой площади из расчета перекрытия полком только ее части, в которой непосредственно ведут те или иные работы, т.е. рабочей зоны, при этом по мере завершения работ в одной рабочей зоне полок переносят в другую). Кроме того, целесообразно, чтобы панели из металлической сетки были съемными для обеспечения возможности погрузки отбитой горной массы 10 по всей площади карьера. В противном случае придется использовать или погрузочно-доставочные машины, или бульдозеры, или самоходные буровые установки с навешиваемыми бульдозерными отвалами для зачистки дна карьера и перемещения отбитой горной массы в зону работы грейферного погрузчика 5 либо придется осуществлять уборку отбитой горной массы без использования полка 11. Нижняя поверхность рамы снабжена вертикальными опорными стойками 12 для опирания полка на дно отрабатываемого карьера, высота которых порядка 2,5 м или более, чтобы обеспечить беспрепятственную работу оборудования, после спуска полка на место работы.

Порядок работы заключается в следующем. После оборки бортов 18 от заколов проводят работы по их укреплению, например, посредством установки анкеров 19 с металлической сеткой 20. Затем на дно карьера опускают буровую технику, опускают полок 11 до касания опорными стойками 12 дна карьера и начинают бурение взрывных скважин 4. Одновременно с обуриванием полезного ископаемого в пределах контура отрабатываемого карьера бурят скважины в сечении ниш 14. По окончании буровых работ буровую технику эвакуируют на бровку 7 уступа 8 (через погрузочный проем полка 11), скважины 4 заряжают взрывчатым веществом, полок 11 убирают на поверхность (на бровку 7 уступа 8), людей удаляют по ходовым отделениям 16 ниш 14 и производят взрывную отбойку полезного ископаемого с электрическим инициированием взрыва. После взрыва интенсивно подают свежий воздух по вентиляционным ставам 15. Свежий воздух попадает непосредственно в призабойное пространство и ускоренно вытесняет из него взрывные газы, при этом скорость проветривания пропорциональна разности температур подаваемого воздуха и газообразных продуктов взрыва. Отбитую горную массу убирают посредством одного или нескольких грейферных погрузчиков 5 в зависимости от горизонтальных размеров карьера. По завершении этой операции опускают буровую технику, а затем опускают полок 11, наращивают ходовые отделения 16 ниш 14 (если отставание последнего полка от дна карьера превышает расстояние между полками больше чем на 2,5-3 м). Далее все повторяется.

Если все очистные операции (и уборку отбитой горной массы, буровые работы, и заряжание скважин) проводят под защитой полка, то после проведения взрыва и оборки заколов опускают полок до касания опорными стойками 12 дна карьера и начинают уборку горной массы.

Изобретение может быть использовано при разработке крутопадающих пластов полезного ископаемого, при доработке запасов ниже проектной границы карьера. Способ разработки полезного ископаемого, включающий буровзрывную отбойку и уборку отбитой горной массы с формированием бортов карьера. Выемку полезного ископаемого ведут горизонтальными слоями по простиранию пласта, при этом борта карьера формируют либо по контакту залежи полезного ископаемого с вмещающими породами, либо по пустым породам, под углом к горизонтальной плоскости, максимально допустимым по условию устойчивости бортов. Уборку отбитой горной массы ведут по бестранспортной схеме. На время бурения и заряжания скважин, как минимум рабочую зону призабойного пространства карьера, отрабатывающего подкарьерные запасы, защищают полком, который эвакуируют из призабойного пространства на период взрывных работ. В бортах карьера, по мере его углубления, по всей высоте бортов формируют ниши, по меньшей мере две, которые изолируют от выработанного пространства карьера и оборудуют как выработки для перемещения людей, с возможностью выхода из них в призабойное пространство. Результатом изобретения является обеспечение возможности отработки запасов ниже проектной границы карьера при минимизации объемов извлечения вмещающих пород. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ разработки полезного ископаемого, включающий буровзрывную отбойку и уборку отбитой горной массы с формированием бортов карьера, отличающийся тем, что выемку полезного ископаемого ведут горизонтальными слоями по простиранию пласта, при этом борта карьера формируют либо по контакту залежи полезного ископаемого с вмещающими породами, либо по пустым породам, под углом к горизонтальной плоскости, максимально допустимым по условию устойчивости бортов, причем уборку отбитой горной массы ведут по бестранспортной схеме, посредством подъемного оборудования, которое опирают на участки, размещаемые за пределами сечения карьера, формируемого при отработке подкарьерных запасов, при этом работы по буровзрывной отбойке полезного ископаемого ведут при базировании бурового оборудования на поверхности полезного ископаемого, с эвакуацией его из призабойного пространства на период взрывных работ, кроме того, по крайней мере на время бурения и заряжания скважин, как минимум, рабочую зону призабойного пространства карьера, отрабатывающего подкарьерные запасы, защищают полком, который эвакуируют из призабойного пространства на период взрывных работ, при этом в бортах карьера, по мере его углубления, по всей высоте бортов формируют ниши, по меньшей мере две, которые изолируют от выработанного пространства карьера и оборудуют как выработки для перемещения людей, с возможностью выхода из них в призабойное пространство. 2. Способ разработки полезного ископаемого по п. 1, отличающийся тем, что борта карьера упрочняют, например, их анкерованием и/или тампонированием. 3. Способ разработки полезного ископаемого по п. 1, отличающийся тем, что в сечении ниш размещают вентиляционный став. 4. Способ разработки полезного ископаемого по п. 1, отличающийся тем, что на время уборки отбитой породы, призабойное пространство карьера, отрабатывающего подкарьерные запасы, защищают полком.