способ комбинированной открыто-подземной разработки крутопадающих месторождений

Формула изобретения

Способ комбинированной открыто-подземной разработки крутопадающих месторождений, включающий отработку рудного тела открытым способом до проектной отметки, открыто-подземным способом до отметки начала подземных горных работ, при этом вскрытие рудного тела при открытом способе отработки ведут системой транспортных берм внешнего и внутреннего заложения, при открыто-подземном способе отработки осуществляют подземными горными выработками в сочетании с транспортными бермами, причем в рабочей зоне карьера при открыто-подземном способе отработки образуют улавливающую выработку, отличающийся тем, что при открыто-подземном способе отработки открытые горные работы ведут с интервалом отставания по вертикали от подземных горных работ не менее чем на высоту рабочего уступа, причем отбойку руды в центральной части рудного тела осуществляют послойно уступами взрыванием нисходящих взрывных скважин, в приконтактной части рудного тела отбойку руды осуществляют системой восходящих веерных скважин, пробуренных из подземных горных выработок с образованием улавливающей выработки, при этом улавливающую выработку по мере понижения открытых горных работ расширяют путем взрывания на каждом рабочем уступе вертикальных скважин с глубиной перебура не менее 1/3 высоты рабочего уступа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки месторождений полезных ископаемых из скальных многолетнемерзлых пород и руд преимущественно трубообразной и столбообразной форм.

Известен комплексный открыто-подземный способ добычи, разработанный институтом ИПКОН, заключающийся в разработке месторождения по глубине тремя ярусами, при этом месторождение разрабатывается открытым способом до проектной отметки ведения открытых горных работ - Н₀; от проектной отметки открытых горных работ до отметки начала подземных горных работ - Н_0-п; проектная отметка начала ведения подземных горных работ - Н_п; вскрытие всех горизонтов карьера при открытом способе разработки осуществляется системой траншей внешнего и внутреннего заложения, при открыто-подземной разработке ниже проектной отметки открытых горных работ шахтными стволами в сочетании с горизонтальными подземными выработками; отбойка руды в пределах ведения открыто-подземных работ производится без разноса бортов карьера одним высоким уступом в пределах 100 и более метров системой нисходящих взрывных скважин, пробуренных со дна карьера и восходящих, пробуренных из подземных выработок; обрушенная руда из зоны открыто-подземных работ через систему выпускных выработок поступает на подземный концентрационный горизонт, где с помощью вибропитателей загружается в транспортные сосуды [Агошков М.И., Терентьев В.И., Казикаев Д.М. и др. Комплексный открыто-подземный способ разработки мощных крутопадающих рудных месторождений. В кн. Основные направления развития открыто-подземного способа разработки месторождений. Ротопринт ИПКОН АН СССР. 1987. - С.4-16].

Недостатками данного открыто-подземного способа разработки являются низкая эффективность горных работ, связанная с ограничением производительности транспортных потоков по условиям вентиляции и по пропускной способности подземных выработок, а также повышенная опасность ведения буровых и взрывных работ вблизи погашенных бортов карьера.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ открыто-подземной добычи для пологопадающих пластовых месторождений с углом падения не более 50°, заключающийся в том, что на горизонте планируемого дна карьера организуется камерная выемка, параметры которой обеспечивают обрушение покрывающих пород до поверхности. В результате выпуска руды в зоне обрушения образуется воронка, примыкающая к стенке обрушения, которая является надежной защитой от разлета возможных отслоений кусков породы от стенки обрушения, что гарантирует безопасную работу карьерного оборудования по уборке обрушенных пород в рабочей зоне карьера [Демидов Ю.В. Комплексный открыто-подземный способ добычи руды при разработке мощных наклонных залежей. Горный информационно-аналитический бюллетень, 2002, №10, - с.176-178].

Недостатком данного открыто-подземного способа разработки является недостаточно высокая эффективность добычных работ в период доработки месторождения, обусловленная сложностью управления процессом обрушения для гарантированного получения воронки обрушения до поверхности в условиях многолетней мерзлоты и ограниченных размерах карьера в плане с крутопадающим столбообразным рудным телом.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности горных работ при доработке рудного тела ниже проектной отметки дна карьера.

Технический результат достигается тем, что в способе комбинированной открыто-подземной разработки крутопадающих месторождений, включающем отработку рудного тела открытым способом до проектной отметки, открыто-подземным способом от проектной отметки карьера до отметки начала подземных горных работ, при этом вскрытие рудного тела при открытом способе отработки ведут системой транспортных берм внешнего и внутреннего заложения, при открыто-подземном способе отработки осуществляют подземными горными выработками в сочетании с транспортными бермами, причем в рабочей зоне карьера при открыто-подземном способе отработки образуют улавливающую выработку, открытые горные работы при открыто-подземном способе отработки ведут с интервалом отставания по вертикали от подземных горных работ не менее чем на высоту рабочего уступа, причем отбойку руды в центральной части рудного тела осуществляют послойно уступами взрыванием нисходящих взрывных скважин, в приконтактной части рудного тела отбойку руды осуществляют системой восходящих веерных скважин, пробуренных из подземных горных выработок с образованием улавливающей выработки, причем улавливающую выработку по мере понижения открытых горных работ расширяют путем взрывания на каждом рабочем уступе вертикальных скважин с глубиной перебура не менее 1/3 высоты рабочего уступа.

Для полного раскрытия технической сущности и преимуществ заявляемого изобретения применительно к месторождениям кимберлитовых трубок, расположенных в зоне распространения многолетнемерзлых пород в суровых климатических условиях Якутии, приведен пример доработки месторождения, представленный на фиг.1, 2, 3, 4, 5.

На фиг.1 приведен план карьера в отработанном виде до проектной отметки (290 м) - отметка начала открыто-подземных горных работ.

На фиг.2 приведен план карьера на момент достижения комбинированных открыто-подземных горных работ проектной отметки, т.е. окончания горных работ в так называемой переходной зоне Н_0-п.

На фиг.3 в разрезе представлены положение открыто-подземных горных работ на момент их завершения и схема вскрытия приконтактной части рудного тела подземными выработками в переходной зоне, т.е. между проектной отметкой открытых горных работ и отметкой начала подземных горных работ.

На фиг.4 приведена схема развития открытых и подземных горных работ в переходной зоне, т.е. между проектной отметкой открытых горных работ и отметкой начала подземных горных работ.

На фиг.5 приведена последовательность ведения работ по проходке и расширению улавливающей выработки из подземных выработок и с рабочих горизонтов открытых горных работ.

Обозначения на фиг.1-5

1 - транспортная берма внешнего заложения;

2 - транспортная берма внутреннего заложения;

3, 4, 5 - подземные горные выработки - штольня, наклонные съезды, вентиляционная скважина соответственно;

6 - кольцевой породный штрек;

7 - проектная отметка открытых горных работ (-290 м);

8 - борт карьера;

9 - центральная часть рудного тела на границе перехода открыто-подземных горных работ к подземным горным работам;

10 - приконтактная часть рудного тела;

11 - петлевые крутонаклонные транспортные бермы;

12 - перегрузочная площадка на горизонте (-290 м);

13 - временный рудный склад на горизонте (-290 м);

14 - орт-заезд;

15 - перегрузочный пункт на горизонте (-170 м);

16 - погашенный борт карьера в зоне перехода открытых горных работ к открыто-подземным горным работам;

17 - улавливающая выработка;

18 - отбитая руда в зоне подземной разработки приконтактной части рудного тела;

19 - отбитая руда в зоне открытой разработки центральной части рудного тела;

20 - забой рабочего горизонта;

21 - временный крутонаклонный съезд в зоне ведения открытых горных работ;

22 - фронт открытых горных работ в центральной части рудного тела;

23 - нисходящие взрывные скважины;

24 - вертикальные скважины для расширения улавливающей выработки;

25 - наклонные скважины для расширения улавливающей выработки;

26 - восходящие веерные скважины;

27 - кольцевой рудный штрек;

28 - рабочие уступы.

Предлагаемый способ предусматривает ведение горных работ до проектной 7 отметки (-290 м) открытым способом (фиг.1) и ниже проектной отметки 7 открытых горных работ (-290 м) (фиг.2, 3, 4, 5) одновременно двумя способами: в центральной части 9 рудного тела - открытым способом, а на приконтактной части 10 рудного тела - подземным способом.

Кимберлитовая трубка до проектной 7 отметки (-290 м) на глубину Н₀ =600 м разрабатывается открытым способом (фиг.1). Вскрытие рудного тела осуществляется транспортными бермами внешнего 1 и внутреннего 2 заложения. Отбойка руды и пород ведется уступами, послойно, взрыванием нисходящих скважин глубиной 16-17 м, пробуренных с рабочих уступов (высота рабочего уступа - 15 м, нерабочего уступа - 45 м). Отбитая горная масса с помощью карьерных экскаваторов ЭКГ-12,5 и фронтальных погрузчиков "Letorn 1100" грузится в автосамосвалы большой мощности "Cat 785C" и по транспортным бермам 2 выдается на поверхность, вскрышные породы размещаются в отвалах пустых пород.

Для повышения эффективности доработки рудного тела ниже проектной отметки 7 открытых горных работ и до отметки начала подземных горных работ выделяется так называемая переходная зона с отметки (-290 м) до отметки (-380 м), где отработку месторождения ведут комбинированным открыто-подземным способом (фиг.2, 3, 4, 5).

В переходной зоне вскрытие центральной части 9 рудного тела производится петлевыми крутонаклонными транспортными бермами 11, которые отстраивают с горизонта (-290 м) на горизонт (-380 м) с уклоном не более 20°, общей длиной 250 м, размещенных вдоль борта перегрузочной площадки 12, расположенной на горизонте (-290 м). Отбойка руды при отстройке крутонаклонных транспортных берм 11 ведется уступами послойно буровзрывным способом. Отбитая руда грузится с помощью фронтальных погрузчиков на автосамосвалы с шарнирно-сочлененной рамой и выдается по крутонаклонным транспортным бермам 11 на перегрузочную площадку 12, перегружается в карьерные автосамосвалы и доставляется по транспортным бермам внутреннего 2 и внешнего 1 заложения на поверхность. Развитие фронта 22 горных работ в центральной части 9 рудного тела производится после вскрытия горизонта (-350 м) временным крутонаклонным съездом 21.

Отбойка руды на добыче в центральной части 9 рудного тела производится путем послойной отбойки рабочих уступов 28 высотой 15 м с помощью нисходящих взрывных скважин 23, забуренных станками СБШ-250МН. Транспортирование отбитой руды 19 производится двумя видами транспорта. С нижних рабочих горизонтов (-335 м) и (-350 м) по временному крутонаклонному съезду 21, петлевой крутонаклонной транспортной берме 11 и до временного рудного склада 13, размещенного на перегрузочной площадке 12 (горизонт (-290 м)), руда доставляется специальным транспортом для перевозки руды по крутым подъемам (например, самосвалы с шарнирно-сочлененной рамой или гусенично-тракторный транспорт). С временного склада 13 транспортировка руды осуществляется карьерными автосамосвалами 9 (CAT 785C), грузоподъемностью 135 т по транспортным бермам внутреннего 2 и внешнего 1 заложения до обогатительной фабрики или склада руды на поверхности карьера. Погрузка руды как в забоях 20 рабочих горизонтов (-335 м) и (-350 м), так и на временном рудном складе 13 производится фронтальными погрузчиками "Letorn 1100".

В целях обеспечения беспрерывности добычных работ при переходе из зоны открытых горных работ в зону комбинированной открыто-подземной разработки месторождения и для обеспечения вскрытия приконтактной части 10 рудного тела (фиг.2, 3) параллельно с ведением открытых горных работ с борта 8 карьера с горизонта (-170 м) до горизонтов (-305÷-380 м) производится проходка вскрывающих подземных выработок: штольни 3, наклонного съезда 4, а с дневной поверхности с отм. (+310 м) осуществляется бурение вертикальной вентиляционной скважины 5 диаметром в проходке 3,5 м. Также осуществляется проходка кольцевых породных штреков 6, кольцевых рудных штреков 27 и ортов заездов 14 (фиг.4). Проходка подземных выработок осуществляется бурением и взрыванием по забою выработок врубовых и отбойных скважин (шпуров). Отбитая горная масса с помощью подземного погрузчика грузится на подземные автосамосвалы "Atlas Copco" MT 2000 и вывозится по подземным выработкам 14, 27, 6, 4, 3 на перегрузочный пункт 15. Затем горная масса перегружается на карьерные автосамосвалы и по транспортным бермам внутреннего 2 и внешнего 1 заложения вывозится на поверхность. Крепление горизонтальных 3, 6, 27, 14 и наклонных 4 подземных выработок производится с помощью металлической арочной крепи. Вентиляционная скважина 5 не крепится.

Отбойку руды в приконтактной части 10 рудного тела (фиг.4) ведут буровзрывным способом. Для этого из кольцевого рудного штрека 27 бурят веера восходящих скважин 26, длина которых составляет от 2 до 13 м, расстояние между отдельными веерами скважин составляет 2-3 м, количество рядов вееров скважин 26 составляет 3-4 (т.е. параметры веерных скважин 26 определяются проектным контуром взрываемого участка). После взрыва веерных скважин 26 по периметру контакта рудного тела и вмещающих пород (между горизонтами (-350 м) и (-335 м) - отметка ведения открытых горных работ) образуется улавливающая выработка 17, заполненная раздробленной рудой 18.

Отбитая руда 18 из улавливающей выработки 17, падая под собственным весом, заполняет кольцевой рудный штрек 27 и частично орт-заезд 14, откуда с помощью подземной погрузочной техники доставляется на кольцевой породный штрек 6 и грузится в подземные автосамосвалы "Atlas Copco" MT 2000. Далее руда по кольцевому породному штреку 6, наклонному съезду 4, штольне 3 доставляется на перегрузочный пункт карьера 15, расположенный на 120 м выше от проектной отметки окончания открытых горных работ (фиг.3, горизонт (-170 м)). С перегрузочного пункта 15 руда карьерным транспортом выдается на поверхность. Таким образом, 90-85% отбитой руды из объема улавливающей выработки 17 убирается.

Для обеспечения по мере понижения открытых горных работ возможности своевременного образования улавливающей выработки 17 открытые горные работы ведут по отношению к подземным горным работам с интервалом отставания по вертикали не менее чем на высоту рабочего уступа 28.

При подходе открытых горных работ к улавливающей выработке 17 по горизонту (-305 м) ведут работы по ее расширению для нижележащего горизонта (-320 м) до необходимой ширины 15 м (последовательность работ по расширению улавливающей выработки по мере понижения открытых горных работ показана на фиг.5). Для этого на расстоянии 5 м от контура улавливающей выработки 17 забуривают вертикальные скважины 24 на глубину 20 м, т.е. с перебуром на 1/3 высоты рабочего уступа 28. Данная глубина скважин 24 обеспечивает достаточную величину расширения улавливающей выработки 17. При отработке горизонта (-320 м) вертикальные скважины 24 бурят на расстоянии 3 м от контура улавливающей выработки 17 и дополнительно бурят наклонные скважины 25, так как при отработке этого рабочего уступа 28 расстояние между вертикальными скважинами 24 и контуром нерасширенной части улавливающей выработки 17 составляет 8 м, что превышает линию наименьшего сопротивления взрываемых горных пород. Необходимая ширина улавливающей выработки 17 на нижележащем горизонте (-335 м) будет равна 18 м.

Работы по созданию улавливающей выработки 17 и по ее расширению на нижележащих горизонтах аналогичны вышеописанному. При отработке горизонтов (-320 м) и (-350 м) вертикальные скважины 24 и наклонные скважины 25 забуривают на расстоянии 3 м от контура улавливающей выработки 17, глубина бурения вертикальных скважин 24 составляет 20 м, наклонные скважины 25 бурят через горизонт. Ширина улавливающей выработки 17 в период отработки горизонтов (-305 м; -320 м; -335 м; -350 м; -365 м; -380 м) на рабочих уступах 28 будет соответственно равна 10; 15; 18; 20; 23 и 26 м.

Необходимая общая ширина улавливающей выработки 17 определяется из значений дальности падения камней с погашенного борта 16 карьера с учетом технического запаса по правилам безопасности

Ш _б=l_пад+l_зап,

где l_пад - дальность падения камней с погашенного борта 16, м;

l_зап - технический запас ширины улавливающей выработки 17, 1_зап=1÷2 м.

Открытые горные работы ведутся на безопасном удалении от погашенных бортов 16 карьера, которое определяется общей необходимой шириной улавливающей выработки 17 по ее верхнему контуру Ш_б (фиг.2).

Результаты расчета необходимой ширины открытой улавливающей выработки 17, установленные с учетом дальности падения камней с погашенного борта 16 карьера согласно "Временным методическим указаниям по управлению устойчивости бортов карьера в цветной металлургии" [4], сведены в таблицу 1.

Таблица 1
№№п.п.	Абс. отм., м	Высота погашенного борта 16 карьера, м	Необходимая ширина Шб улавливающей выработки 17, м
1	-290	45	10
2	-305	60	15
3	-320	75	18
4	-335	90	20
5	-350	105	23
6	-365	120	26

Создается улавливающая выработка 17 вдоль борта 16 карьера участками, длина которых должна быть равна длине экскаваторного блока (L_б=50÷100 м), в пределах которого производится от 4 до 8 взрывов рядов восходящих веерных скважин 26.

Глубина улавливающей выработки 17 с учетом оставления части отбитой руды 18 в качестве демпферной "подушки" составляет 11-12 м. При такой глубине и минимальной ширине, равной 10 м, улавливающая выработка 17 сможет принять до 800-850 м ³ осыпи и вывалов на участке протяженностью 10 м. Такая емкость улавливающей выработки 17 сможет обеспечить безопасность открытых горных работ с достаточно высокой вероятностью.

Таким образом, комбинированным открыто-подземным способом, предусматривающим образование улавливающей выработки для сбора осыпей и вывалов с погашенных бортов карьера, может быть обеспечена эффективная доработка рудного тела между проектной отметкой окончания открытых горных работ и отметкой начала подземных горных работ.