способ реконструкции карьеров в сложных условиях

Формула изобретения

СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ КАРЬЕРОВ В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ, включающий отработку карьера до граничного контура этапами по глубине, формирование целика ниже дна карьера, формирование промежуточного дна, погашение борта, отсыпку вскрышных пород на дно выработанного пространства, отработку и транспортирование полезного ископаемого, формирование конечного дна, отличающийся тем, что реконструируемые борта погашают по проектному контуру на высоту, обеспечивающую их устойчивость не менее существовавшей до реконструкции, а последующую отработку массива со стороны выработанного пространства и углубку карьера производят на величину, обеспечивающую названную устойчивость промежуточным бортом, причем борта отстраивают на этапах реконструкции в пределах соотношений параметров: H_i=H_o + H_цi при

_{o i i+1 i+2},

где H_i и d_i - соответственно высота и результирующий угол наклона борта на i-ом этапе работ, м, градус,

H_o и _o - соответственно текущие высота и результирующий угол наклона погашаемого борта, обладающего не меньшей устойчивостью, чем устойчивость существовавшего погашенного борта, м, градус;

H_цi - высота целика в соответствующем i-ому этапу работ борту, м,

определяемых условиями устойчивости K_уо K_уi K_уi+1, где K_уо, K_уi, K_уi+1 - соответственно, коэффициенты устойчивости текущего и соответствующих этапам работ бортов, и по мере погашения бортов до граничного контура на участках по периметру карьера повышают их устойчивость на величину

K_у K_yi-K_yi+2,

где K_у - дефицит устойчивости бортов на последнем этапе работ, последовательно восполняемый по мере их формирования на участках по периметру карьера;

K_уi+2 - коэффициент устойчивости борта в предельном положении на последнем этапе работ.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий отработку карьера до проектного дна, отработку прибортовых запасов полезных ископаемых участками, отсыпку контрфорса на дно и присыпку борта на расчетную высоту, компенсирующую будущее ослабление борта, отработку и транспортирование полезного ископаемого.

Недостатками способа являются: невозможность безопасной углубки карьера ниже проектного дна; отсутствие гарантированной устойчивости и возможность деформации борта между поверхностью карьера и верхней площадкой контрфорса, обусловливающей опасность работ при избыточной общей устойчивости борта; невозможность определения параметров контрфорса, гарантирующих общую устойчивость подрабатываемого борта в условиях недоизученности прикарьерного массива (появление новых факторов, изменение физико-механических характеристик пород и т.п.).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ реконструкции карьеров, включающий отработку карьера до граничного контура этапами по глубине, формирование целика ниже дна карьера и формирование промежуточного дна, погашение борта, отсыпку вскрышных пород на дно выработанного пространства, отработку и транспортирование полезного ископаемого, формирование конечного дна карьера.

Недостатками способа являются:

необходимость уменьшения результирующего угла наклона бортов в предельном положении для обеспечения их устойчивости при углубке карьера или необходимость уменьшения глубины реконструируемого карьера в случае увеличения крутизны бортов. Это является сдерживающим фактором при повышении полноты выемки полезных ископаемых из недр (особенно крутопадающих месторождений), ограничивающим возможности увеличения эффективности открытых горных работ;

необеспечение гарантированной общей устойчивости бортов и безопасности работ при углубке карьеров в условиях неполной информации о прикарьерном массиве и влияющих на устойчивость бортов факторов, т.е. когда изменяется обводненность бортов, разупрочненность пород, сейсмическое воздействие на них, когда новые контуры реконструируемого карьера выходят за пределы разведанной, при малой сетке скважин зоны имеет место дефицит и инженерно-геологических данных и т.п.

Целью изобретения является повышение полноты выемки полезных ископаемых из недр и эффективности горных работ путем попарного увеличения угла и высоты бортов в предельном положении при обеспечении их устойчивости и безопасности работ.

Это достигается тем, что согласно способу реконструкции карьеров в сложных условиях, включающему отработку карьера до граничного контура этапами по глубине, формирование целика ниже дна карьера, формирование промежуточного дна, погашение борта, отсыпку вскрышных пород на дно выработанного пространства, отработку и транспортирование полезного ископаемого, формирование конечного дна, реконструируемые борта погашают по проектному контуру на высоту, обеспечивающую их устойчивость не менее (т.е. равную по крайней мере) существовавшей до реконструкции, а последующую отработку массива со стороны выработанного пространства и углубку карьера производят на величину, обеспечивающую названную устойчивость промежуточным бортом, причем борта отстраивают на этапах реконструкции в пределах соотношений параметров:

Н_i=Н_о+Н_цi при _{o i i + 1 i + 2}, где Н_i и _i соответственно высота и результирующий угол наклона борта на i-том этапе работ, м; градус

Н_о и _o соответственно текущие высота и результирующий угол наклона погашаемого борта, обладающего не меньшей устойчивостью, чем устойчивость существовавшего борта, м; градус

Н_цi- высота целика в соответствующем i-тому этапу работ борту, м; определяемых условиями устойчивости

К_yo K_yi K_{yi + 1}, где К_yo K_yi K_{yi + 1}, соответственно коэффициенты устойчивости текущего и соответствующих этапам работ бортов и по мере погашения бортов до граничного контура на участках по периметру карьера повышают их устойчивость на величину

К_y K_yi K_{yi + 2}, где К_y дефицит устойчивости бортов на последнем этапе работ, последовательно восполняемый по мере их формирования на участках по периметру карьера;

К_{yi + 2} коэффициент устойчивости борта в предельном положении на последнем этапе работ.

Предлагаемый способ отличается от известного характеризующими способ параметрами представленными в виде математических выражений и соотношений. Эти признаки отсутствуют в известных решениях и обеспечивают получение технического эффекта решение поставленных задач.

На чертеже изображена схема бортов реконструируемого карьера в профиле.

Способ осуществляет следующим образом.

После отработки карьера с формированием погашенного борта 1 высотой Н₁ и результирующим углом наклона ₁ на первом этапе работ по выемке из недр полезного ископаемого, начинают реконструкцию карьера. При этом на первом этапе реконструкции борта погашают по проектному контуру 2 под результирующими углами _{o 1} на высоту Н_о, определяемую из условия достижения коэффициента запаса их устойчивости (К_yо) не меньшего, чем коэффициент запаса устойчивости существовавшего погашенного борта (К_y1), обеспечившего безопасность работ в условиях влияния всех имеющихся факторов, т.е. К_yо К_y1. Таким образом, сначала отрабатывают объемы пород abcda, и борта погашают в пределах соотношений параметров определяемых условиями их устойчивости, с соблюдением принципа неснижения фактически испытанной устойчивости. Согласно схеме

Н₁=Н₀+Н_ц1, (1) где Н_о текущая высота погашаемого в первом этапе реконструкции борта, обладающего не меньшей устойчивостью, чем устойчивость существовавшего погашенного борта, м;

Н₁ высота существовавшего борта на первом этапе работ отработки карьера, м;

Н_ц высота породо-рудного целика в соответствующем первому этапу работ (отработке карьера) существовавшем борту, м.

При Н_ц=0, и _{o 1}, К_yо К_y1.

Величина Н_о, определяемая по зависимости (1), при _{o 1} является одним из условий решения поставленной задачи, поскольку увеличение параметров (угла и высоты) погашаемых бортов относительно существовавших влечет снижение их устойчивости относительно опробированной фактическими бортами, что не гарантирует надежность обеспечения безопасности работ по реконструкции, особенно в условиях недоизученности и изменения влияющих факторов. Поэтому для неснижения испытанной устойчивости и обеспечения тем самым безопасности работ в названных условиях необходимо отстраивать борт на высоту, меньшую, чем высота существовавшего борта согласно выражению (1).

Например, при высоте существовавшего погашенного борта 400 м и результирующем его угле 45^о, характеризовавшегося коэффициентом запаса устойчивости 1,5, погашаемый под углом 48^о (т.е. _{o 1} ), при прочих равных условиях новый борт по расчету может обладать коэффициентом устойчивости, не меньшем 1,5 при его высоте лишь 325 м, поэтому, согласно (1) в бывшем борту должен быть сформирован целик высотой 75 м.

Соответствие устойчивости отстраиваемых бортов устойчивости существовавших до реконструкции бортов обеспечивают одним из следующих основных путей:

1. Присваивают состоявшемуся (фактическому) борту определенный коэффициент запаса устойчивости, например, К_y=1,0 (или 1,1; 1,2; 1,3 и т.д.). Исходя из данного Кy обратным расчетом определяют средневзвешенные характеристики массива и по ним рассчитывают борта для этапов работ, приводя их параметры в соответствие с заданным (принятым) К_y, т.е. К_y=1,0, или 1,1 1,3 и т.д. путем, например, увеличения высоты борта до тех пор, пока не будет достигнут присвоенный фактическому бывшему борту коэффициент устойчивости.

2. По установленным (например, лабораторными и натурными испытаниями) физико-механическим характеристикам пород определяют коэффициент устойчивости фактических бортов до реконструкции, затем по этим характеристикам определяют коэффициент устойчивости отстраиваемых бортов и принимают к выполнению те их параметры, которые обеспечивают устойчивость не меньшую, чем устойчивость фактических (до реконструкций) бортов.

Второй этап реконструкции карьера и второй этап работ по выемке полезных ископаемых из недр заключается в том, что после выемки объемов abcda, отрабатывают объемы cemnfkc, в т.ч. объемы полезных ископаемых emnfe, которые транспортируют на поверхность карьера. При этом ниже высоты Но борта погашают по временному контуру kf и формируют в борту целик высотою Н_ц2 ниже дна em карьера таким образом, чтобы отсроенный на высоту Н₂ новый борт с временным участков dkfn был наклонен под результирующим углом ₂, не большем угла наклона существовавшего борта, т.е. с увеличением глубины карьера (Н₂ Н₁), борт погашают в пределах соотношений параметров:

Н₂=Н_о+Н_ц2 при _{2 1} и К₂ К₁, (2) где Н₂, ₂ и К₂ соответственно высота, результирующий угол наклона и коэффициент устойчивости погашаемого борта на втором этапе работ по выемке ископаемых из недр, м, градус;

Н_ц2 высота целика в соответствующем второму этапу работ борту, м.

При этом формируют промежуточное дно fn карьера.

Соблюдение соотношений (2) является необходимым условием решения поставленных задач, т.к. с увеличением высоты борта его устойчивость снижается, и удержать ее на уровне испытанной существовавшим бортом величины, обеспечивающей безопасность работ, можно соответствующим уменьшением результирующего угла наклона борта. В указанных соотношениях параметров _{2 1} соответствует случаю Н₂=Н₁ при недопустимости снижения коэффициента устойчивости погашаемого борта (К_y2) против коэффициента устойчивости существовавшего борта (К_y1), т. е. К_y2 К_y1, например, при наличии полезных ископаемых в борту в пределах высоты существовавшего борта (случай простого расширения карьера без его углубления), или в отдельных случаях, когда обнаружено, что бывший борт имел избыточную устойчивость, например, К_y1=1,6 и возможно его уменьшение до 1,5=К_y2.

Например, при увеличении высоты борта до 540 м Н₂ в вышеописанных условиях для обеспечения коэффициента устойчивости существовавшего борта К_y2=К_y1= 1,5 необходимо согласно (2) оставление в борту целика высотой 215 м и за счет этого положение отстраиваемого борта до 43^о, т.е. ₂=43^о< ₁=45^o.

Реконструкцию карьера на третьем этапе заканчивают отработкой объемов массива dkfnpod, в т.ч. объемов полезного ископаемого fnpof, т.е. отрабатывают целики в бортах, углубляют до граничного контура poa карьер и формируют конечное его дно ОР. При этом погашают борт по контуру 2 (ао) на высоту Н₃ под результирующим углом его наклона ₃ в пределах соотношений параметров:

Н₃= Н_о+Н_ц3 при _{3 2} и Н₃ Н₂, (3) где Н₃ и ₃ высота и результирующий угол наклона погашаемого на третьем этапе работ борта, м, градус;

Н_ц3 высота отрабатываемого целика в борту, соответствующем третьему этапу работ, м. Однако с одновременным увеличением высоты и угла наклона бортов, в предельном положении, на последнем этапе работ образуется дефицит устойчивости погашаемого борта, определяемый из выражения:

К_y= К_y1 К_y3, (4) где К_y дефицит устойчивости погашаемых бортов на последнем этапе работ;

К_y3 коэффициент устойчивости соответствующего последнему этапу работ погашаемого борта.

Для обеспечения безопасности работ данный дефицит устойчивости устраняют тем, что борта формируют отработкой целиков участками по периметру конечного дна ор карьера и при этом предварительно или последовательно повышают устойчивость участков на величину, определяемую по выражению (4). Дефицит устойчивости ликвидируют:

1) привлечением положительных факторов устойчивости; 2) устранением отрицательных факторов устойчивости; 3) использованием комплекса мер по привлечению и устранению факторов.

Например, до отработки целика dkfod на i-ом участке, на смежных по периметру дна карьера (i-1)-ом и (i+1)-ом участках борта предварительно пригружают отвалами пород с отсыпкой вскрышных пород на дно выработанного пространства (привлечение положительного фактора) и полностью осушают борт на i-том участке с выводом депрессионной воронки за пределы призмы возможного обрушения (снятие отрицательного фактора), после чего в короткий срок отрабатывают целики массива породы и полезные ископаемые до предельных контуров aop (использование временного фактора и фактора защемления пород в вогнутом в плане борту i-го участка между целиками (i-1)-го и (i+1)-го участков, догруженными отвалами пород). После отработки целиков i-го участка выработку в борту засыпают породами с применением цемента или без него. Затем операции повторяют на следующем (i+1)-ом, или другом, например, противоположном i+n-ом участке и т.д. до полной отработки объемов в предельных контурах, рекомендуемого карьера. Устойчивость участков может быть также повышена, например, снижением сейсмического воздействия на борт искусственным укреплением борта и т.д.

Соблюдение выражения (4) является необходимым условием решения поставленных задач, т.к. в противном случае погашенный борт в предельном положении будет обладать меньшей устойчивостью, чем борт до реконструкции, что чревато его деформациями, исключающими возможность отработки карьера и выемки ископаемого до граничного контура в силу опасности работ. Например, при отработке карьера до граничного контура на глубину Н₃=640 м с увеличением результирующего угла погашенного борта до 48^о, коэффициент запаса устойчивости снижается до К_y3= 1,1, и дефицит устойчивости формируемого по периметру карьера на участке борта составляет согласно (4) К_y=1,5-1,1=0,4. Поэтому, например, на смежных участках по периметру карьера отсыпают породы на промежуточное дно fn и увеличивают их устойчивость, например, до К₂=1,6, а на участке, подлежащем отработке, снижают депрессионную кривую, сейсмическое влияние и т.п. и тем самым повышают его устойчивость после отработки, например, до К_y3= 1,3 и таким образом достигают коэффициента устойчивости по трем смежным участкам (два в промежуточном и один отрабатываемый между ними в предельном положении) до К_y3cp=1,5, тем самым ликвидируют дефицит К_у=0,4. Это позволяет отработать карьер на глубину Н₃ и сформировать конечное дно ОР при условиях безопасности не худших, чем проверенные до реконструкции борта, что особенно важно при неполной информации об условиях разработки. Очевидно, что в случае невосполнения дефицита устойчивости безопасность работ и возможность их производства не могут быть гарантированы.