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

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ открытой разработки наклонных и крутопадающих залежей полезных ископаемых, включающий отработку карьера очередями с внешним отвалообразованием и отсыпкой из пород вскрыши распорной призмы на дне карьера первой очереди и с перемещением пород распорной призмы впереди фронта горных работ по мере отработки карьера во второй очереди [1].

Недостатками способа являются существенные дополнительные затраты на вскрышные работы, предопределенные:

1) необходимостью перемещения насыпной распорной призмы (повторной отработки пород) при углублении карьера ниже промежуточного его дна;

2) неизбежностью завышения коэффициентов запаса устойчивости бортов посредством уменьшения углов их наклона, относительно достижимых по устойчивости в силу:

- пониженной жесткости насыпной распорной призмы относительно целика бортов;

- растянутости зоны «зажима» продольных бортов, обусловленной сравнительно пологими откосами распорной призмы из разрушенных пород, предопределяющей наличие участков бортов с большим радиусом кривизны и слабым «зажимом» пород;

- перемещения вдоль карьера в ходе отработки насыпных призм широкой по верху, углубляемой при отработке целика пород полосы ослабления (снятия пригрузки) бортов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ открытой разработки наклонных и крутопадающих залежей полезных ископаемых, включающий отработку карьеров очередями, отсыпку внешних отвалов, формирование наклонного промежуточного дна и бортов карьера с радиусом кривизны торцового борта по дну карьера меньшим, чем радиус кривизны продольного борта, при высоте торцового борта большей, чем продольного, выравнивание указанных параметров бортов посредством отсыпки пород на промежуточное дно в глубоком торце карьера и формирование распорной призмы из пород целика посредством углубки дна от бровки отсыпаемых пород в направлении, противоположном его уклону, и формирование конечного дна карьера под уклоном, противонаправленным уклону промежуточного его дна [2].

Однако данный способ характеризуется следующими недостатками:

1. Непредназначенностью для обеспечения экономической целесообразности выемки из недр разрозненных тел полезных ископаемых (ПИ), дистанцированных от основных высококачественных запасов месторождений (дефицит которых для открытых горных работ постоянно увеличивается), а также для выемки отличающихся от них количеством и качеством периферийных полезных ископаемых (ППИ), в т.ч. разобщенных и неразобщенных рудных и нерудных тел и угольных пластов с невыдержанной почвой.

2. Отсутствием на всех стадиях отработки карьеров призм жесткости (ПЖ) бортов в массиве пород.

3. Отсутствием на стадии разработки карьеров:

- выполненных в целике и отсыпанных разрушенными породами призм распора (ПР);

- возможностей выравнивания радиусов кривизны продольных и торцовых бортов.

4. Ограниченными возможностями выравнивания радиусов кривизны продольного и торцового бортов в стадии доработки карьера и недостаточной степенью сближения величин соотношений радиусов кривизны и высот этих бортов (устремления бортов к их подобию), предопределенной:

- ограничением высоты ПР в целике пород нормативными уклонами противонаправленных продольных съездов на промежуточном дне карьера и на основной части конечного дна, уполаживающими контур ПР на продольном разрезе карьера («сглаживающими» рельеф ПР);

- необеспечением примыкания насыпной ПР по всему периметру к целику пород и повышения посредством этого ее компактности, объема и вертикальной мощности.

5. Отсутствием возможностей повышения эффективности ПР в силу:

- недостаточного уменьшения радиусов кривизны продольных бортов и их высоты по изложенному в пп.2-4;

- отсутствия опорных целиков на участках сопряжения ПР с бортами для увеличения зоны распора по высоте бортов и устойчивости ПЖ;

- отсутствия возможностей увеличения числа ПР на дне карьера, их взаимодействия и распространения зоны стационарных ПР по длине карьера.

6. Необеспечением рационального формирования съездов и соответственно отсутствием возможностей:

- уменьшения протяженности участка бортов, характеризующихся необходимостью отработки объемов пород от земной поверхности до съезда за пределами контуров устойчивых бортов;

- снижения риска разрушения съезда на участках бортов, склонных к деформациям.

В основу изобретения положена задача повышения экономической целесообразности и полноты выемки полезных ископаемых из недр путем рационального формирования карьеров.

Задача решена тем, что в способе открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающем отработку карьеров очередями, отсыпку внешних отвалов, формирование наклонного промежуточного дна и бортов карьера с радиусом кривизны торцового борта по дну карьера меньшим, чем радиус кривизны продольного борта, при высоте торцового борта большей, чем продольного, выравнивание указанных параметров бортов посредством отсыпки пород на промежуточное дно в глубоком торце карьера и формирование распорной призмы из пород целика посредством углубки дна от бровки отсыпаемых пород в направлении, противоположном его уклону, и формирование конечного дна карьера под уклоном, противонаправленным уклону промежуточного его дна, после предварительного определения контуров устойчивых призм жесткости и в их створе призм распора бортов, в процессе отработки карьеров призмы жесткости формируют зацело с призмами распора и при отработке периферийных полезных ископаемых завершают формирование призм проходкой наклонной траншеи по контуру перехода призмы жесткости в призму распора, при этом формирование съезда в целике борта и призм жесткости завершают на высотной отметке, определяемой зависимостью

где В_н - наибольшая высотная отметка линии примыкания к съезду на борту насыпного его звена, м;

h - величина превышения наибольшей высотной отметки линии примыкания разрушенных пород к опорному целику над высотной отметкой линии примыкания насыпного звена съезда к съезду в целике пород карьера, м;

Ш_о - ширина выработки в плоскости поперечного ее разреза на уровне наибольшей высотной отметки линии примыкания разрушенных пород к опорному целику, м;

β и α - соответственно угол естественного откоса разрушенных пород и засыпаемой ими части борта в плоскости поперечного разреза выработки между уровнями наибольших высотных отметок их примыкания к съезду на борту и опорному целику, град.;

B_g - наименьшая высотная отметка наклонного дна траншеи, м;

l_р и l_ж - соответственно длина горизонтальной проекции отрезков наклонного дна траншеи от ребра вдоль граней призмы жесткости до линий примыкания к рабочим площадкам в карьере и в периферийной выработке, м;

i - уклон дна траншеи, ‰;

в плоскости поперечного разреза выработки на горизонтальном расстоянии по оси насыпного звена от линии его примыкания к съезду в целике карьера, определяемом зависимостью

где l - длина горизонтальной проекции оси насыпного звена съезда от линии его примыкания к съезду в целике пород карьера до линии максимального его сужения в плоскости поперечного разреза выработки, исключающая распространение отсыпаемых пород за пределы опорного целика, м;

Ш_с и i_н - соответственно допустимая ширина поверхности и уклон насыпного звена съезда, м, ‰;

δ - угол наклона, не содержащего съезд борта на поперечном разрезе выработки между горизонтальными плоскостями на уровнях поверхности насыпного звена и наибольшей отметки линии примыкания разрушенных пород к опорному целику, град.;

и вдоль призмы распора формируют опорный целик и после выемки периферийных ископаемых с примыканием к нему и призмам жесткости разрушенных пород в выработке формируют насыпное звено съезда длиной в горизонтальной проекции, определяемой зависимостью

где l_н - длина горизонтальной проекции оси насыпного звена съезда, м;

с наращиванием в определяемом шириной съезда его внутреннем контуре насыпной призмы распора и съезд продолжают нарезать вдоль призмы распора в целике ее пород и в аналогичных условиях операции повторяют.

Предлагаемый способ отличается от известного [2] вышеизложенной последовательностью операций, направлением горных работ и характеризующими способ параметрами, представленными в виде математических зависимостей. Изложенные в данной совокупности признаки отсутствуют в известных решениях [1], [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 изображено положение горных работ на конец отработки периферийных полезных ископаемых в торце карьера, вид в плане; на фиг.2 - то же, с контурами насыпного звена съезда и горных работ на конец выемки полезных ископаемых, смежных с периферийными; на фиг.3 - карьер на конец отработки, вид в плане; на фиг.4 - схема периферийной выработки по разрезу А-А на фиг.1-3 для вывода математических зависимостей; на фиг.5 - продольный разрез карьера В-В на фиг.1-3.

Способ осуществляют следующим образом.

В проектных контурах карьера, с учетом особенностей залегания ПИ в недрах предварительно определяют контуры потенциальных призм жесткости (ПЖ) бортов карьера, соответствующие допустимым значениям коэффициентов устойчивости их результирующих откосов, например 1,4÷1,7, и контуры призм распора (ПР) в створе ПЖ.

После этого, в первой очереди отработки карьера, на стадии его разработки, в целике массива пород отстраивают его борта с ПЖ 1 -6 и съездом 7, представленными на фиг.1, 2 и 3. При этом на стадии разработки карьера ПЖ начинают формировать в откосах уже первых от поверхности карьера конструктивных уступах. Например, согласно фиг.1, 2 и 3 ПЖ 1 и 4 формируют от земной поверхности, ПЖ 2, 3 и 6 - в откосах первого конструктивного уступа, ПЖ 5 - в откосе второго уступа. Участки бортов между ПЖ формируют вогнутыми в плане, с радиусами кривизны меньшими радиусов кривизны бортов, отстраиваемых по [1], [2] и другим известным способам. Тем самым увеличивают «защемление» пород в бортах и отстраивают их с увеличенными углами наклона в контурах с учетом ПЖ и ПР, соответствующих нормативным коэффициентам устойчивости, например 1,3÷1,5, на конец отработки карьера. В ПЖ 1, 3 и 4 нарезают участки съезда 7 и неизбежный для формирования съезда разнос вышележащей части борта осуществляют без уположения контура, соответствующего устойчивому борту без съездов и ПЖ, т.е. выносом участков съезда на ПЖ смещают в сторону карьера контуры разносов над этими участками и тем самым исключают пересечение ими контура устойчивого борта. Вскрышные породы транспортируют во внешние отвалы. Уменьшать объемы вскрышных работ продолжают посредством формирования на дне карьера ПР и в ней опорного целика (ОЦ) зацело с ПЖ при отработке ППИ в периферийной выработке (ПВ) и формирования в ней насыпного звена съезда (НЗС) после выемки ПЛИ из недр. При этом горные работы производят в нижеследующей последовательности, направлениях и параметрах.

Формирование съезда 7 в целике борта и ПЖ завершают на высотной отметке (ВО), определяемой зависимостью, полученной следующим образом.

Согласно фиг.1, 3 и 4,

где В_н - наибольшая ВО линии «mg» примыкания к съезду 7 на борту карьера (отметка точки «g») НЗС 8, м;

В_с - наибольшая ВО наклонного дна 9 траншеи (отметка линии «ав» его примыкания к рабочей площадке 10 в карьере), м;

где Bg - наименьшая ВО наклонного дна 9 траншеи, выполняемой сообразно контурам ПЖ и ПР и залеганию ППИ 11 в недрах (отметка линии «cd» его примыкания к рабочей площадке 12 завершения выемки ППИ 11 (фиг.5)), м;

l_р и l_ж - длина горизонтальной проекции отрезков наклонного дна 9 траншеи от линии «а′в′» ребра 13 ПЖ 2 соответственно до линии «ав» примыкания дна 9 к рабочей площадке 10 вдоль обращенной к карьеру грани 14 и до линии «cd» вдоль обращенной к ППИ 11 грани 15 борта ПВ 16, м;

i и i_н - соответственно уклон дна траншеи и НЗС 8,‰;

l - длина горизонтальной проекции оси НЗС 8 от линии «ав» его примыкания к участку 17 съезда в целике пород карьера (являющейся линией примыкания наклонного дна 9 траншеи к рабочей площадке 10 и наибольшей ВО дна 9) до линии «ef» максимального его сужения (фиг.2) в плоскости поперечного разреза А-А выработки через наибольшую ВО линии «mg» примыкания НЗС к съезду 7 на борту (точку «g»), исключающая распространение разрушенных пород за пределы ОЦ 18, м;

где Ш_с - ширина поверхности НЗС 8 в плоскости поперечного разреза А-А ПВ 16, м;

β - угол естественного откоса разрушенных пород, град.;

δ - угол отстроенного без съезда борта ПВ 16 в вертикальной плоскости поперечного разреза А-А между высотными отметками линии «ef» поверхности НЗС 8 и горизонтальной плоскости на уровне наибольшей ВО линии «as» примыкания разрушенных пород к ОЦ 18 (отметки точки «s»), град.;

h - величина превышения наибольшей ВО линии «as» примыкания разрушенных пород к ОЦ 18 (отметки точки «s») над ВО линии «ав» примыкания НЗС 8 к съезду 17 в целике пород в карьере, м;

α - угол откоса засыпаемой разрушенными породами части борта ПВ 16 в плоскости разреза А-А от наибольшей ВО линии «mg» примыкания к борту до уровня наибольшей ВО линии «аз»примыкания разрушенных пород к ОЦ 18 (отметки точки «s»), град.;

Ш_o - ширина выработки в плоскости вертикального поперечного ее разреза А-А на уровне наибольшей ВО линии «as» примыкания разрушенных пород к ОЦ, м;

Из (1), (2) и (3) получим

,

Например, в условиях Bg=370 м; l_р=95 м; l_ж=88,4 м; i=0,12; Ш_c=16 м; i_н=0,12; ctgβ=l,7906; ctgδ=0,5056; ctgα=0,3462; h=6 м; Ш_о=52 м, (см. фиг.1 и 3) согласно (3),

l=58,076+50; l=108,076 (м).

Зависимость (3) является необходимым условием выполнения способа, поскольку определяет местоположение точки «g» линии «mg» с наибольшей ВО откоса отсыпаемых в ПВ 16 разрушенных пород и НЗС 8, обеспечивающее необходимую ширину НЗС и безопасность формирования и функционирования участка «n-о-r-р-n» съезда (исключающее пересыпание ОЦ 18 разрушенными породами).

Увеличение определяемой зависимостью (3) величины удлиняет съезд 7 и увеличивает объем вскрыши на борту карьера и уменьшает объем отсыпаемых в ПВ 16 пород (увеличивает объем транспортируемых во внешние отвалы пород, увеличивая затраты на транспортирование).

Уменьшение определяемой зависимостью (3) величины затрудняет (или исключает) возможность функционирования НЗС 8 и участка «n-о-r-р-n» съезда (и его формирования) в силу распространения на них разрушенных пород с уменьшением допустимой ширины НЗС по линии «ef» и вынужденного формирования участка «n-o-r-p-n» съезда в пределах ПИ 20, с их потерей в недрах, или отказа от формирования этого участка съезда на ПР, предопределяющего потери основных ПИ 21 в недрах в силу недосягаемости съездом проектного дна 22 карьера без разноса бортов, либо разнос бортов карьера (дополнительные объемы вскрышных работ) во избежание этих потерь ПИ 21.

В вышеприведенных условиях, согласно (4)

В_н=434 (м)

Зависимость (4) является необходимым условием выполнения способа, т.к. в условиях ПЖ, ПР и ее ОЦ она определяет оптимальную ВО завершения работ по проходке съезда 7 на борту (и протяженность зоны экономии объемов вскрыши на бортах ПВ, отстраиваемых без съезда), обеспечивающую примыкание НЗС 8 к съезду 7 на борту по линии «mg» без распространения разрушенных пород за пределы ОЦ 18 (последствия которого описаны выше) и без сужения НЗС по линии «ef».

Например, по результатам вышеприведенного расчета оптимальная ВО точки «g» - 434 м в плоскости поперечного разреза выработки А-А, пересекающей НЗС на горизонтальном расстоянии 108 м по его оси от линии «ав» с наименьшей высотной отметкой НЗС - наибольшей ВО наклонного дна траншеи 392 м, определенной по зависимости (2):

В_с=370+(95+88,4)·0,12; В_с=370+22; В_с=392 (м).

Уменьшение В_н относительно полученной по зависимости (4) величины влечет излишние объемы вскрыши на борту ПВ и уменьшение объемов транспортируемых и размещаемых в ПВ вскрышных пород. Увеличение В_н относительно полученного по зависимости (4) ее значения предопределяет пересыпание разрушенных пород через ОЦ 18 и сужение НЗС с вышеописанными последствиями.

Зависимости (3) и (4) вкупе являются необходимым условием выполнения заявляемого способа, т.к. они определяют необходимые для производства горных работ по способу координаты пункта завершения формирования съезда на борту, в частности его точки «g» в пространстве (в неотработанном массиве пород). Эти координаты точки «g» должны быть установлены еще до достижения горными работами на участке ПВ отметки В_н и на участке ПР - отметки В_с. В отсутствие одной из величин, определяемой зависимостью (3) «l» или определяемой зависимостью (4) В_н, рациональное производство горных работ не представляется возможным по вышеизложенному, что исключает обособленность использования зависимостей. Зависимости (3) и (4) используют совместно в силу очевидной из вышеизложенного их взаимосвязи: при увеличении «l» уменьшается В_н, при уменьшении «l» увеличивается В_н, и, наоборот, изменениям В_н соответствуют описанные изменения «l».

По завершении формирования съезда 7 горные работы в карьере и его периферийной выработке и добычу ППИ 11 (см. фиг.5) производят при помощи временных съездов 23, сообщающихся со съездом 7, и за исключением участка съезда 7 борта ПВ 16 отстраивают без съезда, как показано на фиг.1. В процессе понижения относительно ВО 434 м горных работ в ПВ, ПЖ 1 и 2 формируют зацело с ПР 19 между ними (с переходом ПЖ 1 и 2 в ПР или с их распространением на ПР) и завершают формирование названных призм и выемку из недр ППИ 11 в ПВ 16 проходкой траншеи с наклонным дном 9 в ПР 19 и по контуру ПЖ 2 с понижением ВО 392 линии «ав» в карьере до ВО 370 м линии «cd» в окрестностях торца ПВ. Проходку траншеи производят с совмещением ее борта с обращенной к карьеру гранью ПЖ 2 и начинают от высотной отметки, определяемой зависимостью (2), на горизонтальном расстоянии по оси дна траншеи от ее торца, определяемом зависимостью

где L и l_r - соответственно длина горизонтальной проекции дна траншеи и ее рабочей площадки 12 для завершения выемки ППИ 11 в торце карьера, от линии «cd» до торца ПВ, м.

Например, при l_r=18 м, в вышеприведенных условиях согласно (5) L=18+95+88,4; L=201,4 (м).

В процессе проходки траншеи, в ПР 19, вдоль нее формируют ОЦ 18 с верховой ВО 398-392 м (см. фиг.1-3), откосом которого является борт траншеи. Формированием продольно ПР 19, в верховой ее части, ОЦ 18 увеличивают мощность ПР и укрепляют основание ПЖ, сформированных зацело с ПР, т.к. ОЦ является поперечным (относительно противоположных бортов) продолжением ПЖ в ПР, дополнительной опорой ПЖ через ПР на дно карьера и средством дополнительного скрепления зацело сформированных ПЖ и ПР. Проходкой траншеи завершают выемку ППИ 11 и формируют в ПВ 16 наклонное промежуточное дно карьера. После выемки ППИ отсыпкой разрушенных пород с рабочей площадки 10 от линии «ав» с ВО 392 м, определяемой зависимостью (2), и по возможности с участка съезда 7 на борту, ВО которого определена зависимостью (4) в вышеприведенном примере - 434 м, формируют НЗС 8 и насыпную ПР 25. При этом транспортируемые по временным съездам 23 карьера породы отсыпают на наклонное дно 9 траншеи - промежуточное наклонное дно карьера между линиями «ав» и «cd» с ВО 392 и 370 м и на рабочую площадку 12 в глубоком торце карьера. Таким образом, насыпную ПР 25 формируют на выполненной вышеописанными работами в целике пород части ПР 19. С примыканием разрушенных пород к ОЦ 18 по линии «as» и к съезду 7 на борту по линии «mg», к откосам ПЖ 2 и борта ПВ 16 по контуру «в-f-m» формируют НЗС 8 длиной в горизонтальной проекции, определяемой зависимостью, полученной следующим образом.

Согласно фиг.3 и 4

где l_н - длина горизонтальной проекции оси НЗС 8, м.

Из зависимостей (2), (4) и (6) получим:

Например, в вышеприведенных условиях, согласно (7)

l_н=50+300,06; l_н=350,06 (м).

Зависимость (7) является необходимым условием выполнения способа - условием совмещения высотных отметок насыпной вставки съезда с отметками съезда в целике пород по двум линиям примыкания «ав» и «mg», без которого возможность функционирования съезда исключена. Определяемая зависимостью (7) длина НЗС соответствует конфигурации ПВ и траншеи и максимально достижимой в их контурах при использовании ОЦ отметки «В_н», что повышает ВО поверхности НЗС и объемы наращивания ПЖ и ПР.

Несоблюдение полученной по зависимости (7) величины «l_н» исключает возможность реализации полученных по зависимостям (3) и (4) величин «l» и «В_н» и влечет нижеизложенные последствия: наличие непреодолимых «ступенек» профиля съезда на линиях «ав» и «mg», перенарезку съезда на борту от земной поверхности до насыпной его вставки в выработке, увеличение высотных отметок съезда в карьере с недостижением в проектных его контурах необходимой для полной выемки ПИ 21 глубины карьера, или разнос бортов во избежание этих потерь ПИ в недрах, превышение допустимого уклона НЗС, изменение необходимой его ширины, перегиб профиля и наличие его участка с обратным уклоном, недостижение максимальной дины НЗС с соответствующим недозаполнением выработки разрушенными породами и недоиспользованием возможностей наращивания ими ПР и ПЖ и уменьшения затрат на транспортирование пород и др.

НЗС формируют с наращиванием в его внутреннем контуре «t-e-ω′-u-g» (отстоящим от внешнего контура «f-υ-m» - линии примыкания НЗС к бортам ПВ на горизонтальном расстоянии, не меньшем необходимой ширины съезда) насыпной ПР 25. Например, как явствует из сопоставления фиг.2 и 3, насыпную ПР наращивают отсыпкой яруса отвала с высотными отметками разгрузочной площадки 419-425 м, с нижней бровкой «uω′» откоса, отстоящей от линии «fυ» примыкания съезда к борту ПВ на горизонтальном расстоянии 16 м, равном ширине съезда. Таким образом, насыпную ПР наращивают с соблюдением необходимой ширины НЗС и выравниванием внутреннего контура по линии «eu», т.е. ее наращивают в определяемом шириной съезда его внутреннем контуре и этим завершают работы первой очереди.

Во второй очереди отработки карьера, от определяемой зависимостью (2) ВО (например, отметки 392 м на фиг.1-3) в целике пород продолжают нарезать съезд 17 и формируют ПР 19 со стороны карьера посредством углубки его дна от бровки в точке «а» отсыпанных пород и от ОЦ 18 в направлении, противоположном уклону промежуточного дна - наклонного дна 9 траншеи и согласном уклону НЗС, в его продолжение. Согласно фиг.1, 3 и 5 уклон конечного дна карьера, формируемого насыпной ПР 25 и обращенной к основным ПИ 20 и 21 гранью ПР 19 в целике пород, противонаправлен уклону его промежуточного дна - наклонного дна 9 траншеи, выполненного от ВО 392 м линии «ав» до ВО 370 м линии «cd» с понижением к торцу ПВ 16.

При необходимости часть рабочей площадки 10 встраивают в съезд 17 в целике (см. фиг.2 и 3), серпантину которого выполняют на грани ПЖ 5. Участок съезда «n-о-r-р-n» нарезают поперечно продольным бортам, вдоль ПР в целике ее пород с отстройкой второго откоса ОЦ 18 и тем самым завершают его формирование со стороны карьера.

Расположенным вдоль (в створе) ПР ее ОЦ предотвращают распространение отсыпаемых разрушенных пород за пределы траншеи (и тем самым исключают вышеописанные его последствия), увеличивают компактность размещения разрушенных пород в ПВ путем «запирания» их ОЦ в выработке и обеспечивают возможность формирования относительно крутого откоса ПР 19, обращенного к карьеру, для повторения операций способа при выемке ПИ 20 из недр.

Изложенные последовательность, направления и параметры горных работ в совокупности обеспечивают увеличение устойчивости и углов наклона бортов с уменьшением объемов, сроков и стоимости вскрышных работ в карьере:

1) уменьшением радиусов кривизны бортов с выравниванием устойчивости их участков и экономией вскрышных объемов посредством формирования ПЖ на стадиях отработки и доработки карьера;

2) формированием в ПЖ участков съезда без дополнительного уположения устойчивых бортов;

3) уменьшением высоты бортов посредством формирования ПР в целике пород и отсыпки на нее разрушенных пород;

4) дополнительным уменьшением высоты бортов посредством:

- увеличения вертикальной мощности ПР в целике пород путем удлинения наклонного дна траншеи ее проходкой по граням основания ПЖ;

- формирования ОЦ;

- увеличения компактности размещения и объема разрушенных пород в ПВ при помощи ОЦ;

- увеличения длины и высотных отметок НЗС за счет ОЦ;

- наращивания насыпной ПР во внутреннем контуре НЗС;

5) взаимодействием зацело сформированных в целике пород ПЖ и ПР;

6) усилением посредством ОЦ подпора ПЖ призмой распора и увеличения зоны влияния ПР на борта через ПЖ по высоте участка примыкания призм (окрестности участка перехода ПЖ в ПР);

7) увеличением ВО завершения формирования съезда в целике борта с увеличением протяженности бортов ПВ, отстраиваемых без съезда с экономией вскрыши, посредством:

- увеличения ВО поверхности НЗС за счет ОЦ;

- удлинения НЗС примыканием к ПЖ;

8) уменьшением протяженности съезда и объемов вскрышных работ на бортах карьера посредством:

- формирования НЗС в ПВ;

- удлинения НЗС при помощи ОЦ и путем формирования по контуру

ПЖ;

- формирования участка «n-o-r-р-n» съезда вдоль ПР в целике ее пород, поперек дна карьера;

9) обеспечением возможности повторения операций способа на участках карьера в условиях описанного увеличения объема разрушенных пород в ПВ посредством ОЦ и возможности увеличения числа ПР в карьере.

После выемки ПИИ 11 в аналогичных им условиях оказываются ПИ 20 (см. фиг.5), поскольку они становятся периферийными, ВО их почвы больше, чем ВО почвы основных ПИ 21, и ПИ 20 дистанцированы от ПИ 21. Поэтому вышеописанные операции применимы для отработки ПИ 20 и их повторяют независимо от того, являются ли ПИ 20 смежными с ППИ 11, или залегают по другую любую сторону от основных ПИ 21. Помимо разрозненных ПИ в аналогичных условиях также оказываются участки неразобщенных ПИ с невыдержанной почвой, например рудные и нерудные тела и угольные пласты в окрестностях их мульды. Для их отработки приемлемо повторение операций заявляемого способа. Согласно фиг.2 операции повторяют следующим образом.

Съезд формируют в целике борта и его ПЖ 1 и 3 и завершают его формирование на определяемой зависимостью (4) высотной отметке 352 м в плоскости поперечного разреза Б-Б выработки на определяемом зависимостью 3 горизонтальном расстоянии 84 м по оси НЗС от линии «ωz» его примыкания к съезду в целике пород карьера (являющейся линией примыкания наклонного дна траншеи к названному съезду). С отметок 362-354 м, зацело с ПЖ 3 формируют в целике пород ПР 26 и завершают формирование ПЖ 3 и 5 и ПР 26 в выработке 27 проходкой траншеи с наклонным дном 28, которую начинают с определяемой зависимостью (2) отметки 333 м на определяемом зависимостью (5) горизонтальном расстоянии 158 м по оси дна траншеи от ее торца и выполняют в отметках 333-315 м. В процессе проходки траншеи, вдоль формируемой в целике пород ПР 26, в отметках 354-333 м формируют ОЦ 29 и после выемки ПИ 20, с примыканием к нему и ПЖ 3 и 5 разрушенных пород в выработке 26 формируют НЗС 30 длиной в горизонтальной проекции 168 м, определяемой зависимостью (7), с наращиванием в определяемом шириной съезда его внутреннем контуре «e′-u′-g′» насыпной ПР 31 посредством формирования яруса отвала с рабочей площадкой 32 в отметках 345-348 м и этим завершают вторую очередь отработки карьера.

В третьей очереди, на стадии доработки карьера съезд продолжают нарезать в целике пород борта и его ПЖ 5 и далее вдоль ПР 26 на участке «о′-n′-p′-z′-o′», на ПЖ 3 и на участке «s′-t′-f′-u′-s′» вдоль ПР 26 повторно, на ПЖ 6, на борту, на ПЖ 4 и на дне карьера.

Повторением операций завершают формирование ПР 19 в целике со стороны карьера и формируют ПР 26 и ПР 31 и распространяют зону ПР по длине дна карьера (см. фиг.1-3 и 5) на смежных участках отработки ППИ 11 и ПИ 20 с взаимодействием (подпором призм 19 и 25 призмами 26 и 31) и усилением влияния на устойчивость бортов совместным воздействием этих призм (т.е. воздействием состоящей из них объединенной ПР). В случае несмежного с ППИ 11 расположения дублируемого участка отработки ПИ 20 повторением операций увеличивают суммарную длину распираемых бортов и обеспечивают суммарное воздействие ПР на их устойчивость. Как явствует из фиг.1-3, в первой и второй очереди отработки карьера формируют промежуточное его дно на участках «а-в-d-c-a» и «ω-z′-ω′-z-ω» с согласным уклоном к торцам выработок (с уменьшением ВО в направлении торца ПВ от 392 до 370 м и от 333 до 315 м), а посредством формирования насыпных ПР 25 и 31 на гранях ПР в ПВ, выполненных в целике пород, и формирования обращенных к основным ПИ 21 граней этих призм формируют конечное дно карьера под уклоном, противонаправленным уклону промежуточного его дна (с понижением ВО по продольному разрезу В-В (см. фиг.5)) от отметки 422 м ПВ до 266 м - нижней отметки отработки основных ПИ 21 в карьере.

Вышеизложенным обеспечивают повышение эффективности выемки из недр основных запасов ПИ и экономическую целесообразность выемки уступающих им по качеству ППИ, актуальность которой обостряется по мере все большего исчерпания высококачественных ПИ в пределах достижимой открытыми горными работами глубины. Это повышение эффективности и полноты выемки из недр по описанному способу достигается уменьшением затрат на вскрышные работы и сроков их производства.

Преимущества и технический эффект от заявляемого способа заключаются в следующем:

I. В увеличении устойчивости и углов наклона бортов:

1) формированием на стадиях разработки и доработки карьеров их бортов вогнутыми в плане смежными их участками с выравниванием степени «зажима» пород и показателей устойчивости:

- уменьшением радиусов кривизны участков бортов по дну карьеров и сближением величин этих радиусов. Например, согласно фиг.1-3 и 5 радиусы кривизны бортов по дну карьера составляют 7 и 23 м на участке ПЖ 4 и 6, 12 м - в торце ПВ и на участках ПЖ 5 и 6 и ПЖ 1 и 3 и 23 и 27 м на участках ПЖ 3 и 4 и ПЖ 2 и 5 (величины 23-27 м на участках предопределены залеганием ПИ в недрах), т.е. радиусы кривизны минимизированы, их значения максимально сближены;

- уменьшением и сближением величин отношений радиусов кривизны к высотам участков бортов. Согласно фиг.1-3 и 5 углубления дна карьера в целике пород выполняют при величинах названных отношений 0,09-0,1 в ПВ и на участках бортов между ПЖ 1 и 3, ПЖ 3 и 4, ПЖ 4 и 6 (минимизированных и максимально сближенных). Серпантины съезда на гранях ПЖ также формируют с практически одинаковыми значениями названных отношений 0,26÷0,27;

- сближением средних величин уменьшения радиуса кривизны на 1 м высоты борта (отношения разности радиусов кривизны по поверхности и дну карьера на участках бортов к высоте участков). В соответствующем фиг.1-3 примере этот «градиент» уменьшения радиусов кривизны изменяется на участках бортов в пределах 1,0-1,26;

2) увеличением параметров и устойчивости ПЖ и степени их влияния на устойчивость бортов подпором сформированными в основании ПЖ, зацело с ними, ПР и их ОЦ в распространение ПЖ по дну карьера и ПР - на участки бортов;

3) уменьшением локальных разрушений съезда за счет частичного его переноса со склонных к местным деформациям участков бортов на дно карьера;

4) увеличением высотных отметок промежуточного и конечного дна карьера с соответствующим уменьшением высоты бортов без снижения полноты выемки ПИ из недр посредством:

- увеличения вертикальной мощности ПР в целике путем удлинения траншеи проходкой по контуру ПЖ и формирования ОЦ;

- отсыпки на ПР и за их пределами разрушенных пород в увеличенных за счет ОЦ объемах, увеличивающих параметры наращивания и эффективность ПР и ПЖ;

5) увеличением числа ПР в карьере и обеспечением подпора первой ПР насыпными породами второй;

6) объединением целиковых и насыпных призм смежных участков и распространением зоны ПР по длине карьера.

II. В повышении эффективности горных работ:

1) формированием ПЖ на бортах, т.е. оставлением на них пород в объеме ПЖ;

2) исключением дополнительных объемов вскрыши за пределами контуров устойчивых бортов над формируемыми в ПЖ участками съезда, неизбежных при формировании съездов без их выноса на ПЖ (без наличия ПЖ);

3) уменьшением длины съезда и объемов вскрышных работ на бортах при помощи ОЦ посредством:

- увеличения высотной отметки окончания работ по формированию съезда в целике борта и длины бортов ПВ, отстраиваемых без съезда, и вызываемого им уположения;

- удлинения съезда на дне карьера отсыпкой НЗС квазипараллельно траншее по контуру ПЖ с примыканием к ОЦ и нарезки звена вдоль ПР со стороны карьера поперечно бортам с соответствующим уменьшением протяженности уполаживаемых съездом бортов;

4) созданием крутых перегибов дна карьера по продольному разрезу (см. фиг.5) посредством ОЦ для увеличения вместимости разрушенных пород в ПВ и уменьшения затрат на транспортирование вскрыши, обеспечивающих повторение операций при выемке из недр основных ПИ;

5) уменьшением сроков производства вскрышных работ в силу вышеописанного сокращения их объемов и транспортирования пород в ПВ;

6) оптимизацией процесса формирования ПР и съезда и условий безопасной их эксплуатации.

III. В повышении экономической целесообразности и полноты выемки полезных ископаемых из недр.

Как показывает расчет, например, в условиях Западно-Озерного месторождения применение заявляемого способа на карьере глубиной 240 м позволит уменьшить объем вскрышных работ на 22,6% относительно известных способов и сэкономить 414 млн. руб. При этом рентабельность выемки ПИ из недр известными способами, составляющая 2,9%, увеличится за счет предлагаемого способа до 13,1%. Тем самым создается резерв средств и в его пределах возможность выемки из недр экономически нецелесообразных ПИ других отдельных участков месторождения посредством покрытия убытков от их выемки упомянутой суммой экономии затрат.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №985289, кл. Е21С 41/00, Способ открытой разработки наклонных и крутопадающих залежей полезных ископаемых / Фисенко Г.Л., Галустьян Э.Л., Мочалов A.M., - №3243065/22-03 от 02.02.81.

2. Патент РФ №2027856, МКИ Е21С 41/26, БИ №3 от 27.01.95, Способ открытой разработки наклонных и крутопадающих залежей полезных ископаемых / Кузнецов Н.Н., Иванов Н.Ф., Коваль В.Е. и др., - №4946777/03 от 18.06.91 (прототип).

3. 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.

4. Патент РФ №2087716, МКИ Е21С 41/26 БИ №23 от 20.08.97, Способ выемки полезных ископаемых из бортов карьеров /Кузнецов Н.Н. и др., -№95108073/03 от 24.05.95.

5. Авторское свидетельство СССР №1710754, кл. Е21С 41/26, Способ реконструкции карьеров / Кузнецов Н.Н. и др., БИ №5 от 07.02.92, заявка №4776731/03 от 03.01.90.

6. Кузнецов Н.Н. Двухстадийный разнос погашенных бортов карьеров. Горный журнал, №3, 1979, с.23-25.

7. Авторское свидетельство СССР №1712605 А1, кл. Е21С 41/00, Способ открытой разработки сложных рудных тел / Галустьян Э.Л. и др., БИ №6 от 15.02.92, заявка №4155049/63 от 02.12.86.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Техническим результатом является повышение экономической целесообразности и полноты выемки полезных ископаемых из недр путем рационального формирования карьеров. Сущность изобретения: на всех стадиях отработки карьера зацело формируют призмы жесткости и распора бортов, на расчетной высотной отметке завершают формирование съезда на борту и проходкой траншеи с наклонным дном завершают формирование указанных призм при выемке периферийных полезных ископаемых и вдоль призмы распора формируют опорный целик и с примыканием к нему и призмам жесткости в выработке формируют насыпное звено съезда с наращиванием в определяемом шириной съезда его внутреннем контуре насыпной призмы распора и съезд продолжают нарезать вдоль призмы распора в целике пород и в аналогичных условиях операции повторяют; приведены аналитические зависимости определения высотной отметки и местоположения пункта завершения формирования съезда на борту и определения длины насыпного съезда. 5 ил.

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий отработку карьеров очередями, отсыпку внешних отвалов, формирование наклонного промежуточного дна и бортов карьера с радиусом кривизны торцового борта по дну карьера меньшим, чем радиус кривизны продольного борта при высоте торцового борта большей, чем продольного, выравнивание указанных параметров бортов посредством отсыпки пород на промежуточное дно в глубоком торце карьера и формирование распорной призмы из пород целика посредством углубки дна от бровки отсыпаемых пород в направлении, противоположном его уклону, и формирование конечного дна карьера под уклоном, противонаправленным уклону промежуточного его дна, отличающийся тем, что после предварительного определения контуров устойчивых призм жесткости и в их створе призм распора бортов, в процессе отработки карьеров призмы жесткости формируют зацело с призмами распора и при отработке периферийных полезных ископаемых завершают формирование призм проходкой наклонной траншеи по контуру перехода призмы жесткости в призму распора, при этом формирование съезда в целике борта и призм жесткости завершают на высотной отметке, определяемой зависимостью

где В_н - наибольшая высотная отметка линии примыкания к съезду на борту насыпного его звена, м;
h - величина превышения наибольшей высотной отметки линии примыкания разрушенных пород к опорному целику над высотной отметкой линии примыкания насыпного звена съезда к съезду в целике пород карьера, м;
Ш_о - ширина выработки в плоскости поперечного ее разреза на уровне наибольшей высотной отметки линии примыкания разрушенных пород к опорному целику, м;
β и α - соответственно угол естественного откоса разрушенных пород и засыпаемой ими части борта в плоскости поперечного разреза выработки между уровнями наибольших высотных отметок их примыкания к съезду на борту и опорному целику, град;
B_g - наименьшая высотная отметка наклонного дна траншеи, м;
l_р и l_ж - соответственно длина горизонтальной проекции отрезков наклонного дна траншеи от ребра вдоль граней призмы жесткости до линий примыкания к рабочим площадкам в карьере и в периферийной выработке, м;
i - уклон дна траншеи, ‰;
в плоскости поперечного разреза выработки на горизонтальном расстоянии по оси насыпного звена от линии его примыкания к съезду в целике карьера, определяемом зависимостью

где l - длина горизонтальной проекции оси насыпного звена съезда от линии его примыкания к съезду в целике пород карьера до линии максимального его сужения в плоскости поперечного разреза выработки, исключающая распространение отсыпаемых пород за пределы опорного целика, м;
Ш_с и i_н - соответственно допустимая ширина поверхности и уклон насыпного звена съезда, м, ‰;
δ - угол наклона не содержащего съезд борта на поперечном разрезе выработки между горизонтальными плоскостями на уровнях поверхности насыпного звена и наибольшей отметки линии примыкания разрушенных пород к опорному целику, град;
и вдоль призмы распора формируют опорный целик и, после выемки периферийных ископаемых, с примыканием к нему и призмам жесткости разрушенных пород в выработке формируют насыпное звено съезда длиной в горизонтальной проекции, определяемой зависимостью

где l_н - длина горизонтальной проекции оси насыпного звена съезда, м;
с наращиванием в определяемом шириной съезда его внутреннем контуре насыпной призмы распора и съезд продолжают нарезать вдоль призмы распора в целике ее пород и в аналогичных условиях операции повторяют.