Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых Российский патент 2023 года по МПК E21C41/26 E21C41/28 

Изобретение относится к горному делу, в частности к разработке полезных ископаемых открытым способом, и может быть использовано при отработке угольных месторождений.

Известен способ отработки месторождений открытым способом, согласно которому крупные поля разрезов, предназначенные для отработки о транспортной системе с вывозом пород на внешние отвалы, предварительно разделяют на отдельные части, называемые блоками. Сначала производится вскрытие и отработка первоначального блока, при этом вскрышные породы размещают во внешний отвал. Затем, при последующей отработке карьерного поля, отрабатывая второй и последующие блоки вскрышные породы укладывают во внутренний отвал выработанного пространства первоначального и предыдущих блоков (Рутковский Б.Т. авторское свидетельство №337516).

Известный способ позволяет отработать месторождение на полную глубину на всей его протяженности, обеспечивают снижение землеемкости и сокращение дальности транспортирования пустой породы за счет складирования вскрышных пород в выработанном пространстве, а также позволит восстановить существенную часть выработанного пространства за счет внутреннего отвалообразования.

Недостатком известного способа является то, что отработку карьерного поля осуществляют по блоковой технологии, в которой каждый из последующих блоков включается в работу после доработки предыдущего. Вскрышные породы при разработке последующих блоков размещают в выработанном пространстве предыдущих блоков. При этом отсутствуют рекомендации определения главных параметров первоначального и последующих блоков, к которым относятся: глубина, ширина, длина блоков, объем блоков, вместимость внутреннего отвала, дальность транспортирования. Этот недостаток обусловлен тем, что при определении главных параметров каждого из блоков не учитывается взаимосвязь параметров разрабатываемого блока и выработанного пространства отработанного блока, при котором объем разрабатываемых пород невозможно разместить в выработанном пространстве предыдущего блока. Это обстоятельство определяет неравномерность размещения вскрышных пород из отрабатываемого блока в выработанное пространство отработанного, что негативно сказывается на технико-экономических показателях разреза - увеличивается дальность транспортирования за счет перемещения излишка породы на внешние отвалы, увеличиваются объемы и площади под внешние отвалы.

Технический результат заявления изобретения - обеспечение ритмичности ведения горных работ, возможность максимального использования выработанного пространства для размещения вскрышных пород, снижение расстояния транспортирования и его постоянство на протяжении всего срока отработки карьерного поля.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе отрытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающем в себя отработку первоначального блока до конечной глубины отработки залежи, размещение вскрышных пород из первоначального блока во внешний отвал, размещение вскрышных пород при отработке последующих блоков месторождения во внутренний отвал, размещенный в выработанном пространстве предыдущих блоков, согласно заявленному изобретению, разделение карьерного поля на блоки производят на основании предварительно рассчитанных параметров первоначального блока таких как глубина, учитывающая всю глубину свиты для максимального извлечения полезного ископаемого, длина блока по дну и по верху с учетом рациональной дальности транспортирования, которая включает в себя расстояние транспортирования по дну блока, борту блока и расстоянию до внешнего отвала для первоначального блока, и до внутреннего отвала для второго и последующих блоков, ширина блока по дну и по верху, с учетом устойчивых параметров бортов, объем блока, возможная вместимость внутреннего отвала в выработанном пространстве блоков.

Заявляемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично показан общий вид отработки первоначального блока с расположением транспортной связи между первоначальной выемкой и внешним отвалом; на фиг. 2 - показан поперечный разрез карьерного поля; на фиг. 3 - показаны: продольный разрез карьерного поля с оценкой выработанного пространства для формирования внутреннего отвала в первоначальном блоке и его размещение, параметры второго блока и минимальный зазор между нижней бровкой фронта отвальных работ и нижней бровкой следующего блока; на фиг. 4 - показан продольный разрез карьерного поля с оценкой выработанного пространства для формирования внутреннего отвала во втором блоке и его размещение; параметры третьего блока и минимальный зазор между нижней бровкой фронта отвальных работ и нижней бровкой следующего блока; на фиг. 5 - показан продольный разрез карьерного поля с оценкой выработанного пространства для формирования внутреннего отвала в n-ном блоке и его размещение; параметры n-ого блока и минимальный зазор между нижней бровкой фронта отвальных работ и нижней бровкой следующего блока.

Способ осуществляют следующим образом. Производят строительство первоочередного блока на полную глубину отработки месторождения, как показано на фиг. 1. При этом вскрышные породы складируют во внешний отвал 1. Параметры первоочередного блока определяют следующим способом. Глубину отработки 2 как первоначального, так и последующих блоков определяют горно-геологическими параметрами отрабатываемой свиты 3 для максимального извлечения полезного ископаемого. По мере углубления горных работ в блоке производят постановку борта в предельное положение, при этом достижение конечной глубины 2 при строительстве первоначального блока является необходимым, так как за счет этого обеспечивается возможность формирования внутреннего отвала. Определение уровня производственной мощности карьера по полезному ископаемому, схемы вскрытия каждого блока, транспортная связь между блоками не являются значимыми в рамках заявляемого изобретения.

Длину первоначального блока 4 по дну определяют совокупно дальностью транспортирования до отвала 5, по борту 6 и дну 7 первоначального блока с учетом конечной глубины отработки 2 и ограничивают максимально возможным рациональным расстоянием транспортирования, для условий месторождения. В целом длину первоначального блока 3 по дну определяют следующим образом:

Где - рациональная дальность транспортирования по экономическим критериям, км

L_дн - расстояние транспортирования по дну блока 5, км

L_борт - расстояние транспортирования по борту блока 6, км

L_отв - расстояние транспортирования от блока до отвала 7, км

Длину первоначального блока 8 по верху определяют суммарно как длину первоначального блока 4 по дну и разноски торцевой части блока с учетом устойчивых параметров борта. В целом длину блока 8 по верху определяют следующим образом:

Ширину первоначального блока для обеспечения максимального извлечения полезного ископаемого главным образом определяют, исходя из геологических условий залегания свиты 3, как показано на фиг. 2. Ширину первоначального блока 9 по дну определяют, как сумму горизонтальной мощности отрабатываемой свиты пластов и минимальной ширины разрезной траншеи:

Где В_свиты - горизонтальная мощность отрабатываемой свиты пластов, м;

В_тр - минимальная ширина разрезной траншеи по дну, м.

Ширину первоначального блока 10 по верху определяют суммарно как ширину первоначального блока 9 по дну и разноски с учетом устойчивых параметров борта. В целом ширину первоначального блока 6 по верху определяют следующим образом:

При этом объем первоначального блока 11 с учетом геометрических параметров определяют:

Где Н_{1 бл} - глубина первоначального блока 2, м.

Далее производят оценку выработанного пространства первоначального блока для возможности размещения в нем внутреннего отвала 12, формируемого из вскрышных пород следующего блока, как показано на фиг. 3. Длина основания 13 внутреннего отвала определяют исходя из длины первоначального блока по дну 4 за вычетом минимального зазора между нижней бровки фронта отвальных работ и нижней бровки следующего блока 14. Длина отвала по верху определяют исходя из параметров основания отвала с учетом устойчивых параметров. При этом геометрический объем внутреннего отвала 15 определяют следующим образом:

Принимая во внимание то, что все вскрышные породы второго блока, размещают в выработанном пространстве предыдущего блока, то объем второго блока 16 и последующих не должен превышать максимальной приемной способности внутреннего отвала 15, расположенного в предыдущем блоке:

т.е.

Перемещение вскрышных пород из второго блока в выработанное пространство первоначального блока при отработке верхних горизонтов блока осуществляют по транспортному борту блока. Транспортный доступ каждого горизонта эксплуатируемого блока имеется к каждому горизонту формируемого внутреннего отвала. При этом в общей сумме расстояния транспортирования будут преобладать расстояния транспортирования по борту блока и по внутреннему отвалу; при доработке блока в общей сумме расстояния транспортирования преобладать будут расстояния транспортирования по дну блока и по внутреннему отвалу.

Так как у второго и последующих блоков торцевая часть только одна и устойчивые параметры торца будут одинаковы на протяжении всей карьерной выемки, то объем 16 и длина 17 второго и последующих блоков по верху и дну будут равны предыдущим. Таким образом, длина второго блока по дну 17 определяют с учетом приемной способности внутреннего отвала 15, сформированного в предыдущем блоке и поперечного сечения эксплуатируемого блока. В связи с этим необходимо определить две длины и объем блока: длину и объем блока с учетом вместимости внутреннего отвала; длину блока, при которой суммарные расстояния транспортирования из эксплуатируемого блока до внутреннего отвала будут менее рациональной дальности транспортирования вскрышных пород для разрабатываемого месторождения.

Соответственно, в общем виде уравнение определения параметров второго и последующих блоков с учетом геометрической вместимости внутреннего отвала выглядит следующим образом:

Где S_{2 бл.} - площадь поперечного сечения второго блока, м².

Параметр длины блока с учетом суммарных расстояний транспортирования из эксплуатируемого блока до внутреннего отвала 11 определяют следующим образом:

Учитывая вышесказанное, объем 16 и параметры второго и последующих блоков определяют, как наименьшие, исходя из вместимости внутреннего отвала и рациональной дальности транспортирования:

Принцип определения параметров последующих блоков аналогичен определению параметров для второго блока. Общая схема отработки следующего блока и формирования внутреннего отвала показана на фиг 4, 5.

Общая совокупность отличительных признаков, таких как дальность транспортирования, параметры блоков, взаимосвязь объемов блоков и внутренних отвалов - обеспечивает достижение заявляемого технического результата ввиду следующего.

Описанные признаки позволяют организовать пространство карьерной выемки постоянным, в рамках отработки соответствующих горизонтов в соответствующих блоках. Определяемые параметры блоков позволяют выдержать расстояние транспортирования постоянным в пределах рациональной дальности, что обеспечивает ритмичность ведения горных работ, возможность максимального использования выработанного пространства для размещения вскрышных пород, снижение расстояния транспортирования и его постоянство на протяжении всего срока отработки карьерного поля.

Заявляемый способ был испытан в условиях разреза «Краснобродский», разрабатывающего свиты пластов угля крутого и наклонного залегания.

При проектировании участка «Краснобродский» карьерное поле длиной 6,7 километра и шириной 2,3 километра и глубиной отработки 290 метров делилось на блоки. Вскрышные породы из первоначального блока (Северный блок) вывозились на внешние отвалы. После окончания отработки Северного блока, в его выработанном пространстве размещается внутренний отвал, формирующийся из пород Южного блока. Размеры Северного блока составляют 3,5 км ×2,3 км, Южного - 3,1 км ×2,1 км. При этом внутренний отвал заполнен на 70-80%. Расстояние транспортирования вскрыши - более 7,5 км.

До перехода на работу согласно заявляемому способу горные работы на участке велись с условным разделением карьерного поля на блоки. Условной границей блоков являлась поперечная разведочная линия, расположенная по центру карьерного поля. При этом не учитывался объем вскрыши в Северном и Южном блоке, расстояние транспортирования при отработке каждого блока.

По итогам заявляемого способа были определены объемы вскрышных пород в каждом блоке и скорректированы размеры Северного и Южного блоков исходя из уточненных объемов. В результате длина Северного блока уменьшена на 15-20% от первоначальных, что позволяет разместить все вскрышные Южного блока во внутреннем отвале Северного блока. При этом расстояние транспортирования при отработке блоков не превышает 6 км.

По результатам предлагаемого способа была уменьшена доля внешнего отвалообразования более чем на 30%, в меньшую сторону изменилась дальность транспортирования вскрышных пород до отвалов, колебания которой составили менее 10% за счет изменения мест заложения скользящих съездов, работа приобрела равномерный характер, что свидетельствует о том, что заявляемый способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых обеспечивает ритмичность ведения горных работ, равномерность нагрузки на персонал и оборудование при отработке месторождения.

Изобретение относится к горному делу, в частности к разработке полезных ископаемых открытым способом, и может быть использовано при отработке угольных месторождений. Способ отрытой разработки месторождений полезных ископаемых включает отработку первоначального блока до конечной глубины отработки залежи, размещение вскрышных пород из первоначального блока во внешний отвал, размещение вскрышных пород при отработке последующих блоков месторождения во внутренний отвал, размещенный в выработанном пространстве предыдущих блоков. Карьерное поле разделяют на блоки, параметры которых определяют на основании рассчитанных параметров первоначального блока. Объем первоначального блока рассчитывают с учетом геометрических параметров отработанного блока, для чего определяют глубину отработки горно-геологическими параметрами отрабатываемой свиты для максимального извлечения полезного ископаемого. Определяют длину блока по дну как сумму дальности транспортирования до отвала, по борту и дну блока с учетом конечной глубины отработки и ограничивают максимально возможным рациональным расстоянием транспортирования для условий месторождения. Определяют длину блока по верху как сумму длины блока по дну и длины разноски торцевой части блока с учетом устойчивых параметров борта. Определяют ширину блока по дну как сумму горизонтальной мощности отрабатываемой свиты пластов и минимальной ширины разрезной траншеи. Определяют ширину блока по верху как сумму ширины блока по дну и разноски с учетом устойчивых параметров борта. Осуществляют отработку второго блока, при этом объем второго блока и последующих не превышает максимальной приемной способности внутреннего отвала, расположенного в предыдущем блоке. Техническим результатом является обеспечение ритмичности ведения горных работ, возможность максимального использования выработанного пространства для размещения вскрышных пород, снижение расстояния транспортирования и его постоянство на протяжении всего срока отработки карьерного поля. 5 ил.

Способ отрытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий отработку первоначального блока до конечной глубины отработки залежи, размещение вскрышных пород из первоначального блока во внешний отвал, размещение вскрышных пород при отработке последующих блоков месторождения во внутренний отвал, размещенный в выработанном пространстве предыдущих блоков, отличающийся тем, что карьерное поле разделяют на блоки, параметры которых определяют на основании рассчитанных параметров первоначального блока, объем первоначального блока рассчитывают с учетом геометрических параметров отработанного блока, для чего определяют глубину отработки горно-геологическими параметрами отрабатываемой свиты, для максимального извлечения полезного ископаемого определяют длину блока по дну как сумму дальности транспортирования до отвала, по борту и дну блока с учетом конечной глубины отработки и ограничивают максимально возможным рациональным расстоянием транспортирования для условий месторождения, определяют длину блока по верху как сумму длины блока по дну и длины разноски торцевой части блока с учетом устойчивых параметров борта, определяют ширину блока по дну как сумму горизонтальной мощности отрабатываемой свиты пластов и минимальной ширины разрезной траншеи, определяют ширину блока по верху как сумму ширины блока по дну и разноски с учетом устойчивых параметров борта, осуществляют отработку второго блока, при этом объем второго блока и последующих не превышает максимальной приемной способности внутреннего отвала, расположенного в предыдущем блоке.