СПОСОБ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 2010 года по МПК E21C41/26 

Известен способ выемки полезных ископаемых из бортов карьеров, включающий формирование выработки в целике пород, погашение бортов с предохранительными и транспортными бермами, нарезку съезда по целику на расчетном по высоте борту выработки, от съезда на борту карьера до дна выработки, и погашение остальных бортов выработки без транспортных берм, отработку пород и полезных ископаемых в расчетных границах и их транспортирование [1].

Недостатком способа является его непредназначенность для уменьшения себестоимости и объемов вскрышных работ по проходке капитального съезда в карьер от земной поверхности до высотной отметки линии примыкания к нему дна выработки в борту, исключающая возможность обеспечения экономической целесообразности выемки из недр локальных полезных ископаемых, дистанцированных от основных отрабатываемых залежей ПИ.

Наиболее близким к изобретению является способ выемки полезных ископаемых из бортов карьеров, включающий отработку пород этапами по глубине, погашение бортов с предохранительными бермами, формирование выработки в целике пород, нарезку съезда расчетной длины по целику от расчетной высотной отметки, формирование промежуточного дна, отсыпку вскрышных пород в выработанное пространство, формирование дна полутраншеи по ширине в целике и разрушенных перемещенных породах, проходку траншеи до дна выработки с послойной отработкой пород и полезных ископаемых в ее контурах и их транспортирование [2].

Недостатком способа является недостижимость экономической целесообразности выемки из недр ответвлений и локальных ПИ, затраты на отработку, транспортирование и переработку которых превышают их ценность, а обеспечению компенсации этого превышения препятствуют:

1.1. необеспечение уменьшения длины капитального съезда, нарезаемого в целике пород от земной поверхности до высотной отметки примыкания к нему дна локальной выработки (ЛВ), определяющей объем вскрышных работ по проходке съезда и объем дополнительных работ, связанных с формированием его наклонной поверхности;

1.2. непредназначенность для экономии вскрыши вне ЛВ в бортах карьера посредством:

1.2.1. увеличения результирующих углов наклона бортов без превышения нормативных величин коэффициентов их устойчивости, например, 1,2÷1,5;

1.2.2. изменения контуров конструктивных уступов над капитальным съездом в карьер;

1.3. необеспечение размещения вскрышных пород в ЛВ и уменьшения расстояния их транспортирования;

1.4. необеспечение увеличения доли слабых пород в общем объеме вскрыши в карьере.

Задача изобретения - повышение полноты выемки полезных ископаемых из недр посредством уменьшения затрат на вскрышные работы.

Задача решается тем, что в способе открытой разработки сложных полезных ископаемых, включающем отработку пород этапами по глубине, погашение бортов с предохранительными бермами, формирование выработки в целике пород, нарезку съезда расчетной длины по целику от расчетной высотной отметки, формирование промежуточного дна, отсыпку вскрышных пород в выработанное пространство, формирование дна полутраншеи по ширине в целике и в разрушенных перемещенных породах, проходку траншеи до дна выработки с послойной отработкой пород и полезных ископаемых в ее контурах и их транспортирование, после предварительного определения границ локальной выемки из недр полезных ископаемых, капитальный съезд в карьер начинают нарезать с земной поверхности в контуре проектного борта карьера, с обеспечением нормативной величины коэффициентов его устойчивости, на горизонтальном расстоянии от линии примыкания дна выработки к съезду в карьере, определяемом зависимостью

где L_c - длина горизонтальной проекции съезда на нерабочем борту карьера и выработанном пространстве вынутого из недр локального полезного ископаемого, м;

D и С_o - высотные отметки линий примыкания капитального съезда соответственно к земной поверхности и к проектному съезду в карьере, м;

К₁ - коэффициент, определяемый по выражению

где l - горизонтальное расстояние от линии примыкания дна локальной выработки к съезду в карьере до поверхности откоса на ее уровне в торце выработки в вертикальной плоскости оси насыпного звена предлагаемого съезда, м;

Ш - ширина поворотной площадки в торце выработки в вертикальной плоскости оси насыпного звена съезда, м;

ω - угол наклона к горизонту линии, соединяющей точку примыкания поворотной площадки к откосу торца локальной выработки с точкой его откоса на горизонте линии примыкания дна выработки к съезду в карьере в вертикальной плоскости оси насыпной ветви съезда, град;

i_o - уклон насыпного звена съезда между линиями примыкания к проектному съезду в карьере и к поворотной площадке в торце локальной выработки, ‰;

i₁ - уклон предлагаемого съезда от земной поверхности до поворотной площадки в торце локальной выработки, ‰;

l_п - длина поворотной площадки по оси съезда в торце выработки, м;

и его ветвь в целике нерабочего борта формируют длиной, определяемой в горизонтальной проекции зависимостью

где l_ц - длина проекции на горизонтальную плоскость ветви съезда между линиями его пересечения земной поверхности и вертикальной плоскости поперечного сечения локальной выработки, разграничивающей ветви съезда, формируемые без отсыпки разрушенных пород и с их отсыпкой в выработанное пространство, м;

l_о - горизонтальное расстояние от разграничительной вертикальной плоскости поперечного сечения локальной выработки до линии примыкания ее дна к проектному съезду в карьере (м), определяемое по выражению

где К₂ и K₁ - угловые коэффициенты

К₂=ctgβ-ctgα,

К₃=ctgβ+ctgδ,

где β, α, δ - углы соответственно естественного откоса разрушенных пород и засыпаемых ими в звеньях съезда откосов локальной выработки, град;

Ш_о и Ш_с - ширина, соответственно, локальной выработки на уровне высотной отметки линии примыкания ее дна к съезду в карьере и поверхности насыпного звена съезда в разграничительной вертикальной плоскости поперечного сечения выработки, м;

Z и Ш_п - соответственно ширина бермы безопасности и площадки на уровне примыкания дна выработки к проектному съезду, м;

ρ - угол между горизонтальными проекциями оси насыпного звена съезда и нормали к оси проектного съезда на участке примыкания, град;

и после этого посредством использования временных съездов в карьере завершают выемку из недр локальных полезных ископаемых, а затем в выработанном пространстве, с использованием разрушенных пород и примыканием к ветви на нерабочем борту и к проектному съезду в карьере формируют ветвь съезда с длиной горизонтальной проекции ее оси, определяемой зависимостью

l_н=2K₁-l_o+l_п,

где l_н - длина горизонтальной проекции ветви съезда, формируемой с использованием разрушенных пород, м;

а ее звенья от ветви на нерабочем борту карьера до поворотной площадки в торце выработки и от нее до проектного съезда в карьере формируют длиной горизонтальных проекций, определяемых соответственно выражениями

l₁=K₁-l_o и l₂=K₁,

где l₁ и l₂ - длина горизонтальной проекции звена съезда от поворотной площадки до линии примыкания соответственно к ветви в целике пород и к проектному съезду в карьере, м;

при этом локальную выработку выполняют в границах, определяемых по выражению

где К_с - коэффициент вскрыши в контурах локальной выработки, м³/т;

Q_п и Q_ЛВ - количество полезных ископаемых, вынимаемых из недр в контурах соответственно карьера по проекту и локальной выработки, т;

Ц_п и Ц_ЛВ - суммарная стоимость полезных компонентов, извлекаемых из 1 т полезных ископаемых соответственно проектного карьера и локальной выработки, руб./т;

Kg - коэффициент учета фактических общехозяйственных расходов;

С_п и С_ЛВ - себестоимость собственно добычи, транспортирования и переработки полезных ископаемых соответственно проектного карьера и локальной выработки, руб./т;

Э - сумма экономии затрат в карьере по заявляемому способу, руб.;

V и С_в - соответственно объем и себестоимость вскрыши в проектных контурах карьера, м³ и руб./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 и 2] и др. и обеспечивают получение положительного эффекта - решения поставленной задачи. Предлагаемый способ обладает свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных решений [1 и 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 «изобретательскому уровню».

На фиг.1 изображены контуры карьера на конец отработки основных запасов ПИ по проекту и контуры локальных ПИ за пределами карьера, вид в плане; на фиг.2 - контуры карьера и примыкающей к нему выработки; на фиг.3 - предлагаемый съезд в контурах карьера и выработки; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3 - схема для вывода зависимостей длины съезда, его ветвей и звеньев в горизонтальной проекции; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.3 - схема для вывода зависимостей длины ветвей и звеньев съезда в горизонтальной проекции; на фиг.6 - контуры карьера на конец отработки основных и локальных ПИ по заявляемому способу; на фиг.7 - разрезы В-В и Г-Г на фиг.3 и 6.

Способ осуществляют следующим образом. Локальные ПИ 1 (фиг.1), залегающие за пределами проектных контуров карьера 2, не подлежащие выемке из недр в силу невозможности обеспечения ее экономической целесообразности известными способами открытой разработки месторождений ПИ, по предлагаемому способу отрабатывают нижеследующим.

Предварительно определяют соответствующие нормативной величине коэффициента устойчивости бортов, например 1,3, контуры 3 ЛВ, которые потребуется отстроить в случае выемки ПИ 1 из недр в процессе отработки карьера 2 (фиг.2).

После этого с земной поверхности, от линии «ab» (фиг.2 и 3) в контуре проектного борта 4 начинают нарезать капитальный съезд в карьер 2 в направлении потенциальной ЛВ с обеспечением нормативных значений коэффициентов устойчивости проектного борта 4 (например, 1,3-1,5) и с им соответствующим изменением проектных контуров конструктивных уступов бортов 4 и 5 над участком проектного съезда 6, между линиями «a'b'» и «ot» (фиг.2, 3, 6 и 7). Предлагаемый съезд начинают нарезать на горизонтальном расстоянии по его оси от линии «et» примыкания дна ЛВ к проектному съезду 6 в карьере 2 с учетом перспективы размещения на борту 7 и внутри ЛВ его потенциальных ветвей: ветви 8 в целике пород на борту 4 карьера 2 и на борту 7 ЛВ между линиями «ab и «df»(фиг.3 и 6) и ветви 9, формируемой с использованием разрушенных пород в ЛВ от линии «df» до линии «et», состоящей из элементов: звена 10 между линиями «df» и «gm», поворотной площадки 11 между линиями «gm» и «rs» в торце ЛВ и звена 12 между линиями «rs» и «et», - которое выразится:

где L_c - длина горизонтальной проекции предлагаемого съезда на нерабочем борту карьера и в выработанном пространстве вынутого из недр локального ПИ, м;

l_ц - длина проекции на горизонтальную плоскость ветви 8 съезда между линиями «ab» и «df» ее примыкания к земной поверхности и к вертикальной плоскости поперечного сечения ЛВ «Б-Б», разграничивающей ветви 8 и 9 предлагаемого съезда, м;

где D и С - высотные отметки линий примыкания «ab» и «df» предлагаемого съезда соответственно к земной поверхности и к вертикальной плоскости «Б-Б», м;

где С_о - высотная отметка линии «et» примыкания предлагаемого капитального съезда к проектному съезду 6 в карьере, м;

i_о - уклон насыпного звена 12 предлагаемого съезда между линиями примыкания «et» и «rs» соответственно к проектному съезду 6 и к поворотной площадке 11 в торце ЛВ, ‰;

i₁ - уклон предлагаемого съезда от земной поверхности до поворотной площадки 11 между линиями «ab» и «gm», ‰;

L - горизонтальное расстояние от точки «р» линии «et» примыкания дна ЛВ к съезду 6 в карьере 2 до точки «u» откоса борта в торце ЛВ на уровне поворотной площадки 11 в вертикальной плоскости оси насыпного звена 12 предлагаемого съезда согласно фиг.3 и 4, м;

где l - горизонтальное расстояние между точками пересечения «р» и «n» линии «et» примыкания дна ЛВ к съезду 6 в карьере 2 и на ее уровне поверхности откоса в торце ЛВ вертикальной плоскостью по оси насыпного звена 12 предлагаемого съезда согласно фиг.4, м;

Ш - ширина поворотной площадки 11 в торце выработки в вертикальной плоскости оси насыпного звена 12 съезда, м;

ω - угол наклона к горизонту линии «un», соединяющей точку «u» примыкания поворотной площадки 11 к откосу торца ЛВ с точкой «n» его откоса на горизонте линии примыкания «et» дна ЛВ к съезду 6 в карьере 2 в вертикальной плоскости оси насыпного звена 12 съезда, град;

l₁ - длина проекции на горизонтальную плоскость звена 10 съезда между линиями «df» и «gm», м;

i_п и l_п - соответственно уклон поворотной площадки и ее длина между линиями «mg» и «rs» по оси съезда в торце выработки, ‰, м;

l_н - длина горизонтальной проекции ветви 9 предлагаемого съезда, формируемой с использованием разрушенных пород между линиями «df», «gm», «rs» и «et», м;

Из (1)-(5) получим:

где K₁- коэффициент, определяемый по выражению

т.е. предлагаемый капитальный съезд начинают нарезать с земной поверхности в контуре проектного борта 4 карьера 2 от линии «ab», расположенной на горизонтальном расстоянии по оси съезда от линии «et» примыкания дна ЛВ к проектному съезду 6 в карьере 2, определяемом зависимостью (6).

Например, для условий i_o=0,0994, i₁=0,082 и согласно фиг.3 и 4 D=534 м. С_o=482 м, l=772 м, Ш=21 м, ctgω=0,6266, l_n=50 м, по выражению (7) получим ; K₁=161,2 м и по зависимости (6) получим:

Зависимость (6) соответствует всей области существования способа открытой разработке сложных ПИ и является необходимым условием выполнения предлагаемого способа по нижеследующему:

Зависимость (6) определяет местоположение на земной поверхности линии «ab» - исходного пункта нарезки предлагаемого съезда, обусловленное конкретными горно-геологическими условиями: контурами и параметрами ЛВ и примыкания ее дна к карьеру, определяемыми прочностными характеристиками и элементами залегания ПИ и пустых пород, а также допустимыми параметрами предлагаемого съезда, определяемыми применяемыми горно-транспортной техникой и установленными нормативами ее эксплуатации и безопасности работ, - что необходимо для ведения горных работ по предлагаемому способу и их оптимизации в карьере и ЛВ.

Увеличение длины съезда относительно определяемой зависимостью (6) влечет его неоправданное уположение и дополнительные объемы работ по его формированию, снижающие эффективность способа и возможности выемки локальных ПИ из недр вплоть до исключения ее экономической целесообразности.

Уменьшение длины съезда относительно определяемой зависимостью (6) исключает выполнение установленных нормативных уклонов съезда, длин горизонтальных площадок и интервалов их размещения на съезде.

Таким образом, несоблюдение зависимости (6) препятствует решению поставленной в способе задачи и соответственно выполнению заявляемого способа.

Согласно фиг.3, 4 и 5 условие обеспечения необходимой ширины съезда в звене 12 между линиями «rs» и «et» выразится

где Ш_о - ширина ЛВ на уровне высотной отметки линии «et» примыкания ее дна к съезду 6 в разграничительной вертикальной плоскости поперечного сечения «Б-Б» выработки, м;

l_о - горизонтальное расстояние от разграничительной вертикальной плоскости «Б-Б» поперечного сечения ЛВ до линии «et» примыкания ее дна к проектному съезду 6 в карьере 2, м;

α, δ и β - соответственно углы откосов ЛВ под поверхностями звеньев 10 и 12 съезда и естественного откоса пород, град;

Ш_c - ширина поверхности насыпного звена 12 в плоскости поперечного сечения «Б-Б» ЛВ, м;

Из (3), (4), (5), (7) и (8) получим:

где К₂ и К₃ - угловые коэффициенты

Например, для вышеприведенных условий, согласно (10)

К₂=1,6887-0,2857; К₂=1,403

и согласно (11)

К₃=0,375+1,6887; К₃=2,0637;

Зависимость (9) является необходимым условием выполнения заявляемого способа, определяющим на борту 7 ЛВ границу «Б-Б» использования разрушенных пород при формировании звена 10 без уменьшения необходимой ширины звена 12 и входящим в нижеследующие необходимые зависимости (15), (16) и (18). При этом минимально допустимая величина «l_o» по условиям обеспечения безопасности работ ограничена необходимостью оставления площадки, шириной не менее ширины бермы безопасности на участке примыкания дна ЛВ к съезду 6, между нижней бровкой насыпного от точки «f» откоса и верхней бровкой нижележащего откоса уступа карьера 2 (на фиг.не показано). Согласно фиг.3 ширина засыпаемой части съезда 6 за пределами линии «et» выразится:

где Ш_з - ширина допустимой засыпки съезда, равная горизонтальному расстоянию между линией «et» и нижней бровкой насыпного откоса, м;

Ш_п - ширина площадки на уровне примыкания дна ЛВ к проектному съезду 6, м;

Z - ширина бермы безопасности, м.

Заложение насыпного откоса высотой, равной разности С и С_о выражается:

где З_о - заложение насыпного откоса, м.

Из (3), (4), (7), (12) и (13), учитывая отклонение оси «pu» насыпной ветви от нормали к оси съезда 6, получим условие формирования бермы безопасности на участке примыкания насыпного откоса к съезду 6 карьера 2:

где ρ - угол между горизонтальными проекциями оси насыпного звена 12 съезда и нормали к оси проектного съезда 6 примыкания по линии «et», град.

Например, при Ш_п=16 м, Z=8 м и р=7°, для вышеприведенных условий, согласно (14)

l_o≥43,70-8,06 l_o≥35,64 (м).

Выражение (14) является необходимым условием выполнения заявляемого способа, поскольку посредством его соблюдения в случае формирования насыпного откоса в окрестности участка примыкания дна ЛВ к съезду 6 не допускается засыпка породами части съезда 6 по ширине и не засыпанная его часть служит бермой безопасности.

При «l_о» меньше рассчитанной по выражению (14), берма безопасности сужается и может быть пересыпана разрушенными породами с образованием из них и откоса в целике единого откоса, небезопасного для горных работ на нижележащих горизонтах.

Сравнение результатов расчета по (9) и (14) показывает:

62,548 м=l_o>35,64 м,

т.е. необходимая ширина звена 12 съезда и безопасность работ обеспечиваются.

Ветвь 8 предлагаемого съезда между линиями «ab» и «df» (см. фиг.3) на нерабочем борту 4 карьера 2 формируют длиной, определяемой в горизонтальной проекции зависимостью, которую получим из (2), (3), (4) и (7):

Например, для вышеприведенных условий по зависимости (15) получим:

Зависимость (15) является необходимым условием выполнения заявляемого способа, обеспечивающим наилучшие экономические показатели отработки карьера и ЛВ и соответственно полноту выемки ПИ из недр и определяющим возможность функционирования предлагаемого съезда. Так, в условиях фиксированного зависимостью (6) положения линии «ab» пересечения земной поверхности предлагаемым съездом, выполняемым по нормативным показателям его уклона и ширины, увеличение длины ветви 8 относительно определяемой зависимостью (15) перемещает линию «df» (сечение «Б-Б») в сторону торца ЛВ и предопределяет отработку дополнительных объемов вскрышных пород за пределами контуров 3 ЛВ от земной поверхности до поверхности съезда.

Уменьшение длины ветви 8 относительно определяемой зависимостью (15), помимо превышения допустимого уклона съезда, перемещает линию «df» в сторону карьера 2 и уменьшает «l_о» относительно определяемой зависимостью (9) величины с увеличением высотной отметки точки «f» и с уменьшением отметки поверхности звена 12 в перемещенном сечении «Б-Б», т.е. увеличивает высоту и заложение насыпного откоса и тем самым уменьшает ширину поверхности звена 12 до недопустимой, исключающей возможность функционирования съезда и выполнения заявляемого способа.

В процессе формирования ветви 8 съезда, в карьере 2 и в контурах 3 ЛВ производят горные работы с транспортированием пород и ПИ 1 по временным съездам с рабочих площадок технологических уступов и по участкам ветви 8 предлагаемого съезда, по мере их формирования. В ходе горных работ борта 4 и 5 карьера 2 погашают с предохранительными бермами без нарезки участка проектного съезда 6 между линиями «a'b'» и «tо» и с изменением проектных контуров конструктивных уступов при соблюдении нормативных значений коэффициентов устойчивости бортов и уступов согласно фиг.3, 6 и 7.

Также, с соблюдением нормативных показателей устойчивости, формированием ветви 8 на борту 7 ЛВ корректируют его предварительные контуры 3. Завершением нарезки в массиве пород звена 8 съезда и формированием промежуточного дна - поверхности оставшегося в контурах ЛВ массива пород и ПИ заканчивают выполнение первого этапа работ в ней.

После этого на втором этапе работ завершают выемку из недр локальных ПИ 1. При этом с примыканием по линии «et» к проектному съезду 6 проходят траншею до дна ЛВ, послойно отрабатывая породы и ПИ 1 в ее контурах и транспортируя их на земную поверхность с использованием временных съездов в карьере 2 между горизонтами линии «et», ветви 8 и поверхности карьера 2.

Затем, в выработанном пространстве ЛВ, с использованием разрушенных пород и временных съездов в карьере 2, с примыканием к ветви 8 на нерабочем борту 4 карьера 2 и борту 7 ЛВ в точке «f» и к проектному съезду 6 по линии «et», при пересечении ее осью звена 12 в точке «p» (см. фиг.3 и 4), формируют ветвь 9 предлагаемого съезда с длиной горизонтальной проекции ее оси, которую получим из (1), (5), (6) и (15):

Например, для рассматриваемых вышеприведенных условий

l_н=2×161,2-62,548+50; l_н=309,852 м.

Зависимость (16) является необходимым условием выполнения заявляемого способа, с одной стороны, обеспечивающим функционирование съезда в условиях фиксированных зависимостями (6) и (15) его параметров (соответственно обеспечивающим и возможность их реализации) и, с другой стороны - определяющим параметры звеньев 10, 11 и 12, составляющих ветвь 9.

Так, увеличение длины ветви 9 (невозможное при сохранении параметров составляющих ее звеньев 10 и 12) и поворотной площадки 11 (см. фиг.3) относительно определяемой зависимостью (16) влечет несовмещение высотных отметок предлагаемого и проектного съездов на линии «et» (см. фиг.3), их примыкание с образованием «ступеньки», что предопределяет либо переформирование предлагаемого съезда с дополнительными затратами, либо недостижение проектного дна (например, с отметкой 362 м на фиг.1-3 и 6) карьера 2 с соответствующей потерей части основного ПИ в недрах, либо расширение проектных контуров карьера 2 по всей его высоте (например, в отметках 534-362 м) с дополнительным объемом вскрышных работ во избежание названных потерь ПИ. Уменьшение длины ветви 9 относительно определяемой зависимостью (16) влечет превышение допустимых уклонов звеньев 10 и 12 съезда, или одного из них, а уменьшение «l_н» за счет поворотной площадки 11 исключает возможность обеспечения ее нормативных параметров.

Звено 10 между ветвью 8 и поворотной площадкой 11 в торце выработки формируют как наклонное дно полутраншеи между линиями «df» и «gm» в целике и в разрушенных перемещенных породах по его ширине. Звено 10 формируют длиной в горизонтальной проекции, полученной следующим образом. Согласно фиг.4

из (4), (7) и (16) получим

Например, для вышеприведенных условий

l₁=161,2-62,548; l₁=98,652 м.

Зависимость (18) является необходимым условием выполнения заявляемого способа, поскольку в ситуации, определяемой зависимостями (6) и (15), удлинение и укорочение звена 10 относительно определяемой зависимостью (18) величины соответственно понижает и повышает высотные отметки площадки 11 и переразмещает ее с наличием недопустимого уклона участков крутого поворота съезда с соответствующим укорочением и удлинением звена 12. Поэтому безопасность горно-транспортных работ (согласно фиг.3 и 4) обеспечивается длиной звена 10, определяемой зависимостью (18).

Звено 12 между поворотной площадкой 11 и съездом 6 в карьере 2 формируют длиной в горизонтальной проекции, полученной нижеследующим:

Согласно фиг.4

где l₂ - длина горизонтальной проекции насыпного звена 12 съезда между поворотной площадкой 11 в торце ЛВ и проектным съездом 6 в карьере 2,м;

из (7) и (19) получим выражение

Рассчитанная выше по зависимости (7) величина K₁=161,2 м, поэтому в рассматриваемых условиях l₂=161,2 м.

Выражение (20) является необходимым условием выполнения способа, т.к. в условиях величин, определяемых зависимостями (6), (15) и (18), уменьшение длины звена 12 относительно полученной «l₂» по выражению (20) в любом случае сопряжено с превышением допустимых уклонов насыпного звена, не соответствующим требованиям безопасности и, кроме того, при неизменном положении и параметрах поворотной площадки 11, влечет уменьшение высотной отметки его поверхности и соответственно - увеличение высоты и заложения насыпного откоса звена 10 в сечении «Б-Б», что уменьшает ширину звена 12 до недопустимой, исключающей возможность передвижения по нему горно-транспортного оборудования, а также уменьшает объем разрушенных пород, размещаемых в звене 12. Увеличение длины звена 12 относительно определяемой (20) влечет несовмещение его на линии «et» с проектным съездом 6 в силу превышения отметок звена 12 над отметками съезда 6 с последствиями, изложенными в комментариях по зависимости (16).

Соответствие нормативным требованиям съезда, состоящего из различных по структуре и технологии формирования ветвей и звеньев, определяемых аналитическими зависимостями и математическими выражениями (6), (9), (14), (15), (16), (18) и (20), - в целом обеспечивается совокупностью этих зависимостей и выражений. Горные работы в карьере 2 и в ЛВ оптимизирует именно совокупность параметров, определяемых перечисленными зависимостями и выражениями, а их несоблюдение может исключить безопасность работ, а также технологические и экономические возможности реализации заявляемого способа. В силу изложенного, зависимости (6), (9), (14), (15), (16), (18) и (20) являются необходимыми условиями выполнения заявляемого способа.

При этом локальную выработку выполняют в границах, определяемых по выражению, полученному следующим образом:

Условие безубыточной выемки ПИ из недр имеет вид:

где П - прибыль, руб.;

Т- суммарная величина стоимости товарной продукции, руб.;

Согласно фиг.2 и 3,

Q_п и Q_ЛB - количество ПИ, вынимаемых из недр в контурах соответственно карьера по проекту и ЛВ, т;

Ц_п и Ц_ЛВ - суммарная стоимость полезных компонентов, извлекаемых из 1 т ПИ соответственно проектного карьера и ЛВ, руб./т;

3 - суммарная величина затрат на производство товарной продукции, руб.;

С_п и С_ЛВ - себестоимость собственно (без учета вскрышных работ) добычи, транспортирования и переработки ПИ соответственно проектного карьера и ЛВ, руб./т;

V и V_ЛВ - объем вскрыши в контурах соответственно карьера и ЛВ, м³;

C_в - себестоимость вскрышных работ, руб./м³;

Э - суммарная величина экономии затрат уменьшением объема вскрыши, длины проходки съезда в целике пород, расстояния транспортирования пустых пород и увеличением доли слабых пород в общем объеме вскрыши в карьере и ЛВ по заявляемому способу, руб.;

К_о - коэффициент учета фактических общехозяйственных расходов.

Из (20-23) получим:

делением выражения (24) на Q_ЛВ, учитывая, что

где Кс - допустимый коэффициент вскрыши в контурах ЛВ по заявляемому способу, м³/т; получим:

Например, для соответствующих фиг.3-6 условий

Q_п=42×10⁵ т; V=14×10⁶ м³; Q_ЛВ=191203 т; V_ЛВ=669212 м³;

С_в=70 руб./м³; С_п=342 руб./т; С_ЛВ=358 руб./т; Ц_п=638 руб./т;

Ц_ЛВ=530 руб./т; Э=29716120 руб.; К_о=1,1. по выражению (27) получим:

Выражение (27) является необходимым условием выполнения заявляемого способа, поскольку превышение полученной по нему величины К_с исключает экономическую целесообразность выемки локальных ПИ из недр, т.к. К_с является пределом допустимых соотношений объемов вскрыши и количества ПИ в контурах ЛВ, обеспечивающих безубыточность работ. В рассмотренной конкретной ситуации предельными границами безубыточной выемки из недр по заявляемому способу локальных ПИ в количестве 191203 т являются контуры ЛВ, в которых согласно (26) и (27) объем вскрыши составляет 1364233,4 м³, т.к. 7,135×191203=1364233,4 м³. Согласно фиг.3 и 6, в контурах ЛВ объем вскрыши составляет 669212 м³, что на 695021,4 м³ меньше предельно допустимого объема 1364233,4 м³ и это показывает прибыльность отработки локальных ПИ; при этом отношение объема вскрыши к количеству ПИ (669212: 191203=3,5 м³/т) составляет 3,5 м³/т - величину, меньшую К_с=7,135 м³/т, что соответствует критерию (27). Очевидно, с другой стороны, что в отсутствие критерия (27) экономические границы выполнения ЛВ неизвестны, поэтому в недрах могут быть оставлены локальные ПИ в силу недоказанности или невыявления экономической целесообразности их выемки.

Преимущества и технический эффект от предлагаемого способа заключаются в следующем:

1. В уменьшении объемов вскрышных работ в проектных контурах карьера 2 посредством:

1.1. изменения направления работ по формированию съезда и уменьшения длины нарезаемого в массиве пород его участка за счет:

1.1.1. нарезки предлагаемой ветви 8 от линии «ab» до линии «df» согласно фиг.3 по западному борту карьера в направлении с севера на юг вместо предусмотренной проектом проходки съезда на участке северного борта в направлении с востока на запад в зоне линий «a'b'»-«ab»;

1.1.2. исключения участка проектного съезда на северном и западном борту в зоне линий «a'b'» и «ot» и замены его ветвью 8 (см. фиг.3 и 6);

1.2. изменения расположения съезда по высоте бортов:

1.2.1. смещением линии пересечения капитального съезда с земной поверхностью из проектного положения «a'b'» в предлагаемое положение «аb» с уменьшением длины горизонтальной проекции его нарезки по предлагаемому способу (согласно фиг.3) при прочих равных параметрах изменяют высотные отметки его поверхности: согласно фиг.3, 6 и 7 его поверхность по проекту (на фиг.7 обозначена штриховой линией) находится на разрезе «В-В» на высотной отметке 504 м, на разрезе «Г-Г» - 494,5 м, а по предлагаемому способу на разрезе «В-В» отсутствует, на разрезе «Г-Г» характеризуется отметкой 523 м. Соответственно увеличиваются результирующие углы наклона конструктивных бортов от «λ»=49,5÷52° по проекту, до «λ_с»=52÷53,3° - по предлагаемому способу без превышения значений результирующих углов наклона бортов «η»=53,5÷54°, соответствующих нормативной величине их коэффициентов устойчивости - 1,4. Это вносит вклад в решение общеизвестной задачи сближения значений результирующих углов конструктивного и устойчивого борта (см. фиг.7) и уменьшения объемов вскрыши между их контурами, вынужденно отрабатываемых по технико-технологическим причинам несовмещения этих контуров;

1.2.2. описанным увеличением высотных отметок предлагаемого съезда относительно проектного, явствующим на разрезах «В-В» и «Г-Г» фиг.7, изменяют контуры конструктивных уступов (их положение, высоту, угол откоса) над поверхностью проектного съезда. Площади 13, ограниченные штриховыми линиями проектных контуров и сплошными линиями контуров по предлагаемому способу являются площадями сечения сэкономленной на бортах карьера вскрыши. Например, согласно фиг.3, 6 и 7, объем сэкономленной в контурах карьера 2 (см. фиг.1) вскрыши себестоимостью 70 руб./м³ за счет изложенного в настоящем п.1 составляет 235712 м³, экономия затрат - 16499840 руб. (235712×70=16499840 руб.).

2. В уменьшении себестоимости вскрыши в проектных контурах карьера:

2.1. уменьшением длины проектного съезда от 700 м (в горизонтальной проекции) на участке линий «a'b'-ot» до 341,5 м на участке «ab-df» (см. фиг.3 и 6) из общего объема вскрыши в карьере 2 исключаются смежные с поверхностью съезда длиной 358,5 м в горизонтальной проекции объемы повышенной себестоимости, непосредственно обеспечивающие формирование поверхности съезда в массиве пород. Удорожание этих объемов в 1,2 и 1,4 раза относительно вскрыши за их пределами предопределено усложнением и увеличением объема буровзрывных, выемочно-погрузочных, транспортных и планировочных (например, бульдозерных) работ в стесненных условиях проходки траншей и полутраншей (в зависимости от наличия и расположения рабочих уступов в карьере) и формирования их наклонного дна, являющегося основанием поверхности съезда.

Например, исключением описанного участка съезда исключается 31548 м³ удороженной в 1,3 раза вскрыши, производимой при непосредственном выполнении в целике пород наклонного дна полутраншеи, длиной в горизонтальной проекции 358,5 м. За счет этого экономятся затраты в сумме 2870868 руб. (31548×70×1,3=2870868 руб.), что при объеме вскрыши 14×10⁶ м³ в карьере 2 (см. фиг.1) уменьшает ее себестоимость на 0,205 руб./м³

2.2. уменьшением затрат на транспортирование вскрышных пород посредством использования части их объема на формирование ветви 9 съезда и яруса отвала с высотной отметкой поверхности 500 м в контурах ЛВ (см. фиг.2, 3 и 6) при транспортировании на расстояние в десятки и сотни метров вместо, например, 2-5 км при транспортировании во внешние отвалы по проекту.

Например, согласно фиг.3 и 6 в ЛВ размещается 132675,4 м³ пород плотностью 2.7 т/м³, что исключает транспортировку их во внешние отвалы, предусмотренную проектом и тем самым сокращает расстояние транспортирования на 2,22 км при себестоимости 9,56 руб./т×км. Сумма экономии затрат составляет 7603047 руб. (132675,4×2,7×9,56×2,22=7603047 руб.) себестоимость вскрыши в карьере 2 снижается на 0,543 руб./м³, т.е.

2.3. увеличением доли слабых пород во вскрыше. Например, согласно фиг.1 в проектных контурах карьера 2 предусмотрено отработать известными способами 14х10⁶ м³ вскрыши себестоимостью 70 руб./м³, в т.ч. 2658439 м³ слабых пород себестоимостью 60,57 руб./м³ без буровзрывных работ (БВР) и 11341562 м³ крепких пород себестоимостью 72,21 руб./м³ при помощи БВР. Согласно фиг.3 и 6 по заявляемому способу надлежит отработать в контурах ЛВ 669212 м³ вскрыши, в т.ч. 361398 м³ слабых пород без БВР и 307814 м³ крепких пород с применением БВР. При этом в отметках 534-482 м между линиями «a'b'» и «ot» проектного съезда 2 экономится 235712 м³ вскрыши, в т.ч. 4х10⁴ м³ слабых пород в отметках 534-514 м, и в скорректированных контурах карьера 2 выполняются вскрышные работы. Общий объем вскрышных работ по зявляемому способу составляет 14433500 м (14×l0⁶-235712+669212=14433500 м³), в т.ч. в слабых породах - 2979837 м³ (2658439-4×l0⁴+361398=2979837 м³), в крепких - 11453663 м³ (1443350-2979837=11453663 м³), сумма затрат на вскрышные работы составляет 1007557700 руб. (2979837х60,57+11453663х72,21=1007557700 руб.), их себестоимость - 69,81 руб./м³ т.е. на 0,19 руб./м³ меньше, чем по проекту (70-69,81=0,19 руб./м³), при этом доля слабых пород в объеме вскрыши по заявляемому способу составляет 26% , а по проекту - 18,99%, , т.е. на 7,01% меньше (26-18,99=7,01%), чем по заявляемому способу.

Таким образом, в настоящем примере по заявляемому способу достигнуто увеличение доли слабых пород в общем объеме вскрыши на 7,01% относительно их доли по известным способам, воплощенным в проект, и тем самым обеспечено снижение себестоимости вскрыши на 0,19 руб./м³ и получение экономического эффекта в сумме 2742365 руб. (0,19×14433500=2742365 руб.).

В целом сумма экономии затрат на вскрышные работы по рассмотренным на конкретном примере аспектам составляет 29716120 руб. (16499840+2870868+7603047+2742365=29716120 руб.).

3. В повышении полноты выемки полезных ископаемых из недр.

В границах, определяемых зависимостью (27), по заявляемому способу могут быть безубыточно отработаны локальные ПИ, выемка которых из недр по известным способам экономически нецелесообразна. Это подтверждается нижеследующим расчетом, выполненным для вышеприведенных условий определения «К_с» по зависимости (27).

С использованием выражений (22)-(24) получены следующие экономические показатели выемки из недр основных и локальных ПИ:

1. В контурах ЛВ на фиг.2:

П=191203(530-358×1,1)-669212×70×1,1;

Т=191203×530; Т=101337590 (руб.);

З=191203×358×1,1+669212×70×1,1; З=75295741+51529324;

З=126825065 (руб.);

П=101337590-126825065; П=-25487475(руб.).

2. В контурах карьера 2 и ЛВ по известным способам, согласно фиг.2:

T=42×10⁵×638+191203×530; Т=26796×10⁵+101337590;

Т=2780937590 (руб.);

З=(42×10⁵×342+14×10⁶×70+191203×358+669212×70)×1,1;

З=(14364×10⁵+98×10⁷+68450674+46844840)×1,1;

З=2531695514×1,1; З=2784865065 (руб.);

П=2780937590-2784865065; П=-3927475 (руб.).

3. В проектных контурах карьера, согласно фиг.1:

T=42×10⁵×638; Т=26796×10⁵ (руб.);

З=(42×10⁵×342+14×10⁶×70)×1,1; З=(14364×l0⁵+98×l0⁷)×1,1;

З=24164×10⁵×1,1; З=265804х10⁴ (руб.);

П=26796×10⁵-265804×10⁴; П=21560000 (руб.).

4. В контурах карьера и ЛВ по заявляемому способу, согласно фиг.3-6:

T=42×10⁵×638+191203×530; T=26796×l0⁵+101337590;

Т=2780937590 (руб.);

З=(42×10⁵×342+14×10⁶×70+191203×358+669212×70-29716120)×1,1;

З=(14364×10⁵+98×l0⁷+68450674+46844840-29716120)×1,1;

З=(2531695514-29716120)×1,1; З=2501979394×1,1;

З=2752177333 (руб.);

П=2780937590-2752177333; П=28760257 (руб.).

По результатам расчета, выемка из недр:

1) локальных ПИ в контурах ЛВ экономически нецелесообразна, убыток составляет 25,5 млн. руб.;

2) основных и локальных ПИ известными способами убыточна, сумма убытка - 3,9 млн. руб.;

3) основных ПИ по проекту прибыльна, сумма прибыли 21,6 млн. руб.;

4) основных и локальных ПИ по заявляемому способу обеспечивает прибыль 28,8 млн. руб., на 7,2 млн. руб. большую, чем от выемки основных ПИ по проекту.

Очевидно, что локальные ПИ, оставляемые (теряемые) в недрах в силу экономической нецелесообразности их выемки по известным способам, по заявляемому способу могут быть безубыточно отработаны, причем, в отдельных случаях, с улучшением экономических показателей выемки известными способами основных запасов ПИ.

Источники информации

1. Патент РФ №2087716, МКИ Е21С 41/26, БИ №23 от 20.08.97. Способ выемки полезных ископаемых из бортов карьеров /Кузнецов Н.Н., Иванов Н.Ф., Перейма В.Н. и Кузнецова Т.В. - №95108073/03 от 24.05.95.

2. Патент РФ №2100608, МКИ Е21С 41/26, БИ №36 от 27.12.97. Способ выемки полезных ископаемых из бортов карьеров / Кузнецов Н.Н. - №95109794/03 от 14.06.95 (прототип).

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Техническим результатом является повышение полноты выемки полезных ископаемых из недр посредством уменьшения затрат на вскрышные работы. Технический результат достигается тем, что после предварительного определения границ локальной выемки из недр полезных ископаемых, капитальный съезд в карьер начинают нарезать с земной поверхности на расчетном расстоянии от линии примыкания дна выработки к съезду в карьере и по окончании формирования в целике нерабочего борта его ветви расчетной длины, посредством использования временных съездов в карьере завершают выемку из недр локальных полезных ископаемых, а затем в выработанном пространстве с использованием разрушенных пород и примыканием к ветви на нерабочем борту и к проектному съезду в карьере формируют ветвь съезда расчетной длины с примыкающими к поворотной площадке ее звеньями расчетной длины. Приведены аналитические зависимости определения длины съезда и его ветвей и звеньев, а также границ выполнения локальной выработки. 7 ил.

Способ открытой разработки сложных полезных ископаемых, включающий отработку пород этапами по глубине, погашение бортов с предохранительными бермами, формирование выработки в целике пород, нарезку съезда расчетной длины по целику от расчетной высотной отметки, формирование промежуточного дна, отсыпку вскрышных пород в выработанное пространство, формирование дна полутраншеи по ширине в целике и в разрушенных перемещенных породах, проходку траншеи до дна выработки с послойной отработкой пород и полезных ископаемых в ее контурах и их транспортирование, отличающийся тем, что после предварительного определения границ локальной выемки из недр полезных ископаемых, капитальный съезд в карьер начинают нарезать с земной поверхности в контуре проектного борта карьера, с обеспечением нормативной величины коэффициентов его устойчивости, на горизонтальном расстоянии от линии примыкания дна выработки к съезду в карьере, определяемом зависимостью,

где L_c - длина горизонтальной проекции съезда на нерабочем борту карьера и выработанном пространстве вынутого из недр локального полезного ископаемого, м;
D и С_о - высотные отметки линий примыкания капитального съезда соответственно к земной поверхности и к проектному съезду в карьере, м;
K₁ - коэффициент, определяемый по выражению

где l - горизонтальное расстояние от линии примыкания дна локальной выработки к съезду в карьере до поверхности откоса на ее уровне в торце выработки в вертикальной плоскости оси насыпного звена предлагаемого съезда, м;
Ш - ширина поворотной площадки в торце выработки в вертикальной плоскости оси насыпного звена съезда, м;
ω - угол наклона к горизонту линии, соединяющей точку примыкания поворотной площадки к откосу торца локальной выработки с точкой его откоса на горизонте линии примыкания дна выработки к съезду в карьере в вертикальной плоскости оси насыпной ветви съезда, град;
i_o - уклон насыпного звена съезда между линиями примыкания к проектному съезду в карьере и к поворотной площадке в торце локальной выработки, ‰;
i₁ - уклон предлагаемого съезда от земной поверхности до поворотной площадки в торце локальной выработки, ‰;
l_п - длина поворотной площадки по оси съезда в торце выработки, м; и его ветвь в целике нерабочего борта формируют длиной, определяемой в горизонтальной проекции зависимостью

где l_ц - длина проекции на горизонтальную плоскость ветви съезда между линиями его пересечения земной поверхности и вертикальной плоскости поперечного сечения локальной выработки, разграничивающей ветви съезда, формируемые без отсыпки разрушенных пород и с их отсыпкой в выработанное пространство, м;
l_о - горизонтальное расстояние от разграничительной вертикальной плоскости поперечного сечения локальной выработки до линии примыкания ее дна к проектному съезду в карьере (м), определяемое по выражению

где K₂ и K₁ - угловые коэффициенты;
K₂=ctgβ-ctgα;
K₃=ctgβ+ctgδ,
где β, α, δ - углы соответственно естественного откоса разрушенных пород и засыпаемых ими в звеньях съезда откосов локальной выработки, град;
Ш_о и Ш_с - ширина соответственно локальной выработки на уровне высотной отметки линии примыкания ее дна к съезду в карьере и поверхности насыпного звена съезда в разграничительной вертикальной плоскости поперечного сечения выработки, м;
Z и Ш_п - соответственно ширина бермы безопасности и площадки на уровне примыкания дна выработки к проектному съезду, м;
ρ - угол между горизонтальными проекциями оси насыпного звена съезда и нормали к оси проектного съезда на участке примыкания, град; и после этого посредством использования временных съездов в карьере завершают выемку из недр локальных полезных ископаемых, а затем в выработанном пространстве, с использованием разрушенных пород и примыканием к ветви на нерабочем борту и к проектному съезду в карьере формируют ветвь съезда с длиной горизонтальной проекции ее оси, определяемой зависимостью
l_н=2K₁-l_o+l_п,
где l_н - длина горизонтальной проекции ветви звена съезда, формируемой с использованием разрушенных пород, м;
а ее звенья от ветви на нерабочем борту карьера до поворотной площадки в торце выработки и от нее до проектного съезда в карьере формируют длиной горизонтальных проекций, определяемых соответственно выражениями
l₁=K₁-l_o и l₂=K₁,
где l₁ и l₂ - длина горизонтальной проекции звена съезда от поворотной площадки до линии примыкания соответственно к ветви в целике пород и к проектному съезду в карьере, м;
при этом локальную выработку выполняют в границах, определяемых по выражению
где К_с - коэффициент вскрыши в контурах локальной выработки, м³/т, Q_п и Q_ЛВ - количество полезных ископаемых, вынимаемых из недр в контурах соответственно карьера по проекту и локальной выработки, т;
Ц_п и Ц_ЛВ - суммарная стоимость полезных компонентов, извлекаемых из 1 т полезных ископаемых соответственно проектного карьера и локальной выработки, руб./т;
K_о - коэффициент учета фактических общехозяйственных расходов;
C_п и C_ЛВ - себестоимость собственно добычи, транспортирования и переработки полезных ископаемых соответственно проектного карьера и локальной выработки, руб./т;
Э - сумма экономии затрат в карьере по заявляемому способу, руб.;
V и C_в - соответственно объем и себестоимость вскрыши в проектных контурах карьера, м³ и руб./м³.