СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ БОРТОВ НЕГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ Российский патент 2016 года по МПК E21C41/32 

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при разработке и рекультивации неглубоких карьеров, преимущественно с небольшой мощностью вскрышных пород, в том числе при добыче строительного камня.

В связи с ухудшением горнотехнических условий разработки месторождений полезных ископаемых ежегодно растет удельная землеемкость (м²/т) горных работ, в результате чего в настоящее время общая площадь нарушенных открытыми горными работами земель в России превышает три миллиона гектар. Вопросы восстановления нарушенных земель в настоящий период весьма актуальны и включены в приоритетное направление развития науки и технологий «Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с. 110].

Известен способ рекультивации неглубоких карьеров (глубина 2-8 м) с отвалами вскрышных пород, размещенных на одном или двух бортах [Зубченко Г.В., Сулин Г.А. Рациональное использование водно-земельных ресурсов при разработке россыпей. - М.: Недра, 1980, с. 189-190, с. 198-199]. Рекультивация здесь сводится к переэкскавации всех или части породных отвалов в выработанное пространство и последующему выравниванию поверхности (прибортовой полосы карьера) под углом 3-6°.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является выполаживание бортов и засыпка дна карьера.

Недостатком способа является невозможность осуществления восстановления нарушенных земель с использованием данного технического решения при небольшой мощности вскрышных пород, что не позволяет полностью сформировать растительный слой на нарушенной поверхности.

При разработке многих месторождений полезных ископаемых мощность пустых пород, перекрывающих пласт полезного ископаемого, невелика, поэтому вскрышных пород недостаточно для выполаживания бортов и засыпки выработанного пространства (в том числе месторождения строительного камня, песчано-гравийной смеси, песка, глины, россыпи). Данный способ неприемлем для карьеров с незначительным количеством вскрышных пород.

Известен способ рекультивации карьеров (варианты) согласно патенту RU №2433268, по МПК Е21С 41/32 (Тальгамер Б.Л., Коробкова Е.А., опубликовано 10.11.2011. Бюл. №31). При данном способе выполаживание бортов карьера осуществляется снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются раздельная выемка, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы.

Недостатком аналога является то, что при разработке месторождений строительного камня, а также при скальных подстилающих породах на многих других месторождениях (в т.ч. россыпи, песчано-гравийные смеси) процесс выемки пород со дна карьера весьма трудоемок. Кроме того, подсыпка бортов карьера снизу вверх с увеличением глубины выработки резко осложняется.

В некоторых технических решениях, например в способе рекультивации карьеров Зенькова И.В. и др. [Зеньков И.В. и др. Технологии формирования горнопромышленных ландшафтов в отработанных щебеночных карьерах с учетом экологических целей / Экология и промышленность России, 2014. - №1. - С. 42-46], предлагается формировать нерабочие борта карьера (см. рис. 7, стр. 46) при отработке карьерного поля с углами откосов оптимальными для восстановления природного ландшафта (18-22°). Однако при формировании бортов с такими углами откосов за контурами запасов (в большинстве случаев запасы ограничиваются вертикальными контурами) резко увеличатся объем выемки пустых пород и площадь нарушенных земель. При формировании таких бортов в контурах запасов значительно возрастут потери полезного ископаемого. Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются выполаживание нерабочих бортов карьера, нанесение на поверхность выположенных бортов плодородной смеси.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ рекультивации при открытой разработке месторождений (а.с. №1062392, по кл. Е21С 41/00 / В.И. Горкунов, B.C. Завалишин, К.З. Валиев, опубл. 23.12.83, Бюл. №47).

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются раздельная выемка почвенного слоя и вскрышных пород, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, отработка карьерного поля, выполаживание поверхности бортов и дна карьера, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дна карьера и укладка почвенного слоя на вскрышные породы.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что основным недостатком последнего является дополнительное нарушение земель за пределами контура карьера при выполаживании бортов.

Кроме того, данный способ связан с повышенной опасностью работы горного оборудования на бортах карьера из-за возможности их обрушения, так как последние с целью сокращения объемов работ по заоткоске (циклу технологических операций для придания борту карьера (откосу уступа) заданного угла, обеспечивающего его длительную устойчивость) формируются в процессе отработки карьерного поля с максимальным углом наклона.

Изобретение направлено на повышение эффективности землепользования при разработке неглубоких карьеров.

Технический результат заключается в сокращении землеемкости горных работ и полном использовании всех пустых пород для рекультивации выработанного пространства.

Технический результат достигается тем, что в способе формирования и рекультивации бортов неглубоких карьеров, охарактеризованном в формуле изобретения, включающем раздельную выемку почвенного слоя и вскрышных работ, складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, отработку карьерного поля, выполаживание поверхности бортов и дна карьера, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению в процессе отработки карьерного поля борта карьера формируют за контурами запасов, а породы, взятые при формировании бортов, используют для их выполаживания, при этом угол наклона бортов карьера устанавливают исходя из равенства объемов пород, необходимых для выполаживания бортов, и объема пород, взятых за контурами запасов при формировании бортов, по следующему выражению:

где α - угол наклона нерабочего борта карьера, …°;

β - угол откоса выположенного борта карьера, …°;

Кр - коэффициент разрыхления пород.

Уменьшение угла откоса бортов при разработке месторождений с 55-70° до 42-45° в соответствии с предложенным техническим решением позволяет повысить безопасность горных работ и в целом сократить общий объем земляных работ по выемке пород за контурами запасов и рекультивации бортов на 35-40%. При этом площадь нарушенных земель за контурами запасов уменьшится также на 35-40%.

Отличия от прототипа доказывают новизну заявляемого способа.

Известные способы выполаживания бортов карьеров и откосов отвалов, описанные в специальной литературе [Чемезов В.В. и др. Землепользование и рекультивация нарушенных земель при разработке месторождений золота и алмазов - Иркутск: Изд-во ОАО «Иргиредмет», 2007. - С. 107, рис. 6.13, 6.14] и изложенные в а.с. №810970, ведут к дополнительному нарушению земель за контурами карьера. При разработке месторождений строительного камня при указанном способе выполаживания по Чемезову В.В. и др. верхняя половина борта карьера будет сформирована из неразрыхленных скальных пород, что при недостатке вскрышных пород затруднит восстановление растительности на этой части борта. Кроме того, использование буровзрывных работ для выполаживания бортов (см. а.с. №810970) значительно увеличит стоимость рекультивации.

При формировании бортов карьера за контурами запасов осуществляется выемка пустых пород при заоткоске. В описанных выше способах пустая порода, взятая за контурами запасов в процессе заоткоски, не используется для выполаживания бортов и для ее складирования необходимы отдельные площади, что в большинстве случаев ведет к увеличению землеемкости горных работ.

В отличие от известных решений в предложенном техническом решении вся порода, взятая за контурами запасов при проведении заоткоски, используется для выполаживания бортов карьера.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема формирования и рекультивации борта неглубокого карьера согласно формуле изобретения,

где 1 - склад почвы;

2 - нерабочий борт карьера;

3 - ленточный отвал вскрышных пород;

4 - контур запасов;

5 - слой вскрышных пород;

6 - слой почвы.

Сечение АБС - площадь горных пород за контурами запасов, взятая в процессе формирования нерабочего борта (при заоткоске);

Сечение АСД - площадь горных пород, отсыпанных в процессе выполаживания нерабочего борта.

Способ, описанный в формуле изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы и транспортируют ее на склад почвы 1, расположенный на борту карьера 2. После этого производят вскрышные работы с размещением пород во временные ленточные отвалы вскрышных пород 3 за контуром карьера на нерабочих бортах. Указанные работы могут выполняться бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого в установленных контурах запасов 4. После выемки полезного ископаемого и завершения добычных работ производят выполаживание бортов с использованием пород, взятых при заоткоске за контурами запасов при формировании борта карьера. Объем пустых пород, взятых при заоткоске (сечение ABC), соответствует объему пород, необходимых для выполаживания бортов (сечение АСД), с учетом коэффициента их разрыхления.

Равенство объемов пород, взятых при заоткоске за контурами запасов (сечение ABC) и необходимых для выполаживания бортов карьера (сечение АСД), устанавливается с учетом обоснованного угла выполаживания β и коэффициента разрыхления пород К_р с использованием зависимости:

где α - угол наклона нерабочего борта карьера, …°;

β - угол откоса выположенного борта карьера, …°;

Кр - коэффициент разрыхления пород.

Выемка пустых пород за контурами запасов при формировании бортов карьера 2 осуществляется с использованием технологии горных работ, принятой для отработки карьерного поля, например, экскаваторами. Взятые при этом пустые породы используются для выполаживания уже сформированных ранее нерабочих бортов.

После выполаживания бортов на них и дно карьера наносится слой вскрышных пород 5 из ленточных отвалов 3. В завершение рекультивации на слой вскрышных пород 5 из склада почвы 1 наносится почвенный слой 6.

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при разработке и рекультивации неглубоких карьеров, преимущественно с небольшой мощностью вскрышных пород, в том числе при добыче строительного камня. В процессе отработки карьерного поля борта карьера формируют за контурами запасов, а породы, взятые при формировании бортов, используют для их выполаживания. Угол наклона бортов карьера устанавливают исходя из равенства объемов пород, необходимых для выполаживания бортов, и объема пород, взятых за контурами запасов при формировании бортов. Технический результат заключается в сокращении землеемкости горных работ и полном использовании всех пустых пород для рекультивации выработанного пространства. 1 ил.

Способ формирования и рекультивации бортов неглубоких карьеров, включающий раздельную выемку почвенного слоя и вскрышных работ, складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, отработку карьерного поля, выполаживание поверхности бортов и дна карьера, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дна карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что в процессе отработки карьерного поля борта карьера формируют за контурами запасов, а породы, взятые при формировании бортов, используют для их выполаживания, при этом угол наклона бортов карьера устанавливают исходя из равенства объемов пород, необходимых для выполаживания бортов, и объема пород, взятых за контурами запасов при формировании бортов, по следующему выражению:

где α - угол наклона нерабочего борта карьера, …°;
β - угол откоса выположенного борта карьера, …°;
Кр - коэффициент разрыхления пород.