способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий формирование в рабочих бортах целиков, чередующихся по высоте с рабочими площадками для из разноса, отличающийся тем, что углубку горных работ производят с периодическим смещением дна карьера к противоположным бортам, причем разнос нижнего целика в одном из бортов завершают к окончанию периода смещения дна карьера к противоположному борту.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может найти применение при открытой разработке наклонных и крутопадающих рудных тел.

Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых без оставления в рабочем борту временных целиков, с углубкой карьера в направлении, обеспечивающем минимум текущего или среднего с начала отработки карьера коэффициента вскрыши (Арсентьев А.И. Планирование развития горных работ в карьерах. М. "Недра", 1972, с. 98-116).

По известному способу линия направления углубки карьера ориентируется, как правило, под углом, близким или равным углу падения рудного тела.

Недостатком известного способа является неравномерное распределение во времени выемки пород вскрыши, большая часть которых удаляется в первый период отработки карьера до выхода рабочих бортов на конечный контур.

Известен способ отрытой разработки месторождений полезных ископаемых с формированием в рабочем борту, начиная с поверхности одного целика, разносом этого целика с последующим формированием, начиная с поверхности нового целика. (Арсентьев А.И. Планирование развития горных работ в карьерах. М. Недра, 1972, с. 76).

Недостатком известного способа является увеличение объемов вскрышных работ в период разноса целика.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых с формированием в рабочих бортах целиков, чередующихся по высоте с рабочими площадками для их разноса [1]

По сравнению с существующими аналогами этим способом достигается отнесение наибольшего объема вскрыши на более поздние периоды отработки карьера. Однако по прототипу углубку карьера осуществляют так же, как в первом из описанных выше аналогов, т.е. без учета пространственного размещения и динамики целиков. В результате в течение всего периода разноса каждого из нижних целиков противоположных бортов линия перемещения дна карьера при его углубке ориентируется под углом наклона, близким или равным углу падения рудного тела, что не позволяет увеличить высоту нижнего целика в процессе его разноса и получить дополнительное увеличение объемов вскрыши, выемка которых переносится на более поздние периоды отработки карьера.

Целью изобретения является отнесение выемки части объемов вскрыши на более поздние периоды отработки за счет увеличения высоты нижнего целика.

Поставленная цель достигается тем что, согласно предлагаемому способу открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающему формирование в рабочих бортах целиков, чередующихся по высоте с рабочими площадками для их разноса, углубку горных работ производят с периодическим смещением дна карьера к противоположным бортам, причем разнос нижнего целика в одном из бортов завершают к окончанию периода смещения дна карьера к противоположному борту.

На чертеже представлен разрез карьера. Штрих-пунктирная линия обозначает конечный контур карьера: штриховая линия с крестами в разрывах границу распространения целиков по рудно-породному контакту или параллельно ему под углом наклона линия, проходящая через точки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, линия 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 и линия 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 обозначает промежуточные положения горных работ на конец периодов смещения дна карьера к одному из противоположных бортов; линии 6, 13 и 13, 22 направления смещения дна карьера при его углубке в двух смежных периодах; пунктирные линии 4, 12 и 15, 23 продолжения откосов нижних целиков 3, 4 и 15, 16 до границы их распространения.

Заштрихованными участками показана вскрыша, выемка которой относится на более поздние периоды отработки карьера.

Способ осуществляется следующим образом.

В рабочих бортах формируют целики 1, 2; 3, 4; 8, 9 и т.д. чередующиеся по высоте борта с рабочими площадками для их разноса на участках 2, 3; 9 10 и т.д. Углубку горных работ производят с периодическим смещением дна карьера к противоположным бортам. В первом периоде за время отработки запасов руды в призме 5, 6, 7, 14, 13, 12, дно карьера 6 смещается от борта 1, 2, 3, 4, 5 к противоположному по линии 6, 13, а во втором периоде за время отработки запасов руды в призме 1213, 14, 23, 22, 21 в обратном направлении по линии 13, 22. Разнос нижнего целика 3, 4 в борту 1, 2, 3, 4, 5 завершают на границе распространения целиков в точке 12 к окончанию периода смещения дна карьера 6 к противоположному борту. К окончанию второго периода на границе распространения целиков в точке 23 завершают границу разноса нижнего целика 15, 16. Таким образом, в первом периоде завершают разнос нижнего целика в левом борту, во втором в правом и т.д. а в одном и том же борту карьера разнос нижнего целика, например, целика 8, 9 осуществляют в течение двух смежных периодов, к началу первого из которых на границе распространения целиков в точке 7 завершен разнос очередного целика, расположенного ранее над целиком 8, 9 и с этого момента целик 8, 9 становится нижним. Опускание рабочего участка 9, 10 по разносу целика 8, 9 осуществляют по линии откоса целика 9, 8, 16, 15, 23 аналогично прототипу, т.е. со скоростью разноса, превышающей среднюю за весь период разноса скорость наращивания целика снизу.

При сопоставлении с прототипом в равных условиях, т.е. при одной и той же фиксированной вертикальной составляющей скорости углубки карьера, скорость наращивания целика 8, 9 по прототипу будет постоянной, поскольку в течение всего времени разноса целика 8, 9 дна карьера 6 перемещают в положение 22 параллельно рудному телу под углом направления углубки b равным g В соответствии с направлением углубки 6, 22 горные работы по прототипу на начало разноса целика 8, 9 займут положение по линии 25, 2, 26; 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, на конец разноса по линии 34, 35, 36, 20, 21, 22, 23, 24, а в промежуточной фазе на момент окончания первого периода по предлагаемому способу, положение горных работ по прототипу будет проходить по линии 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 16, 17. При постоянных значениях скорости разноса и скорости наращивания уменьшения высоты целика по прототипу происходит равномерно и во время отработки запасов руды в призме 5, 6, 7, 32, 31, 30, равной призме 5, 6, 7, 14, 13, 12, целик 8, 9 опустится в положение 16, 33 с уменьшенной высотой H1.

По предлагаемому способу скорость наращивания целика 8, 9 в первом периоде увеличивается вследствие смещения дна карьера к разносимому целику, опускаемому в положение 15, 16, где его высота H будет тем больше высоты H1 по прототипу, чем больше величина смещения 31, 13 дна карьера к разносимому целику. Своевременность последующего разноса увеличенного целика 15, 16 обеспечивает уменьшением скорости его наращивания во втором периоде за счет смещения дна карьера в обратном направлении по линии 13, 22 от разносимого целика к противоположному борту, в котором, в свою очередь, формируют увеличенный целик 19, 20, подлежащий разносу в последующем периоде.

Таким образом, при одной и той же средней за весь период разноса скорости наращивания целика, его высота по предлагаемому способу в любой промежуточной фазе разноса будет больше высоты целика по прототипу. Максимум увеличения высоты нижнего целика достигается к моменту наибольшего смещения к нему дна карьера.

Допустимая величина смещения зависит от таких факторов, как мощность рудного тела, рациональный шаг переноса целиков технологические ограничения по скорости наращивания нижнего целика, поэтому расчет оптимальной величины смещения дна карьера должен осуществляться индивидуально для каждого случая использования предлагаемого способа.

Объемы вскрыши, выемка которых относится на более поздник периоды отработки за счет увеличения высоты нижнего целика, показаны штриховкой.

Изобретение может использоваться для экономии вскрыши со стороны лежачего и висячего блоков рудного тела при периодическом смещении дна карьера к противоположным бортам в направлении в крест простирания рудного тела при отработке мощных залежей полезного ископаемого. При отработке рудных тел малой мощности дно карьера смещают в направлении по простиранию рудного тела, экономия вскрыши при этом достигается в торцах карьера. Изменение направления углубки по простиранию рудного тела можно использовать и для отработки мощных залежей.

Возможность осуществления изобретения подтверждается фактическим использованием на многих карьерах признаков "формирование в рабочих бортах целиков, чередующихся по высоте с рабочими площадками для их разноса" и "смещение дна карьера" при углубке горных работ. В частности, последний из указанных признаков имеет место при изменении направления падения рудного тела, вслед за которым и смещают дно карьера. Предлагаемое независимым пунктом формулы изобретения выполнение признаков периодического повторения смещения дна карьера к противоположным бортам и второго признака, увязывающего во времени по первому признаку с циклом разноса нижнего целика, также не содержит в себе технологически невыполнимых процессов, препятствующих возможности осуществления изобретения. Более того, для внедрения изобретения не требуется каких-либо предварительных затрат, т.к. предлагается изменить лишь порядок и направления развития горных работ без изменения основных технологических процессов бурения, погрузки и транспорта.

Все признаки формулы заявляемого изобретения являются существенными, т. к. они влияют на достигаемый технический результат, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом.

Отказ от признака "формирование в рабочих бортах целиков, чередующихся по высоте с рабочими площадками для их разноса" лишает независимый пункт формулы изобретения материального объекта действий над ним и не позволит достичь цели изобретения. Если же целики не будут чередоваться с рабочими площадками для их разноса, то по окончании отработки руды под целиком его высота будет максимальной без возможности дополнительного увеличения, т.е. изобретение будет лишено средства достижения цели.

Отказ от признака "углубку горных работ производят с периодическим смещением дна карьера к противоположным бортам" приведет либо к невозможности формирования нижнего целика увеличенной высоты, когда дно карьера приближается к нижнему целику, либо, если увеличенный целик уже сформирован, к невозможности его последующего своевременного разноса, если дно карьера не будет удаляться от разносимого целика, что приведет к сползанию целика в руду с потерей производительности карьера по полезному ископаемому.

Рассмотрим последний признак "разнос нижнего целика в одном из бортов завершают к окончанию периода смещения дна карьера к противоположному борту". В случае, если разнос нижнего целика, например, целика 8, 9, завершить раньше, чем дно карьера 13 будет смещено к противоположному борту в положение 22, то это приведет к уменьшению времени, отводимого на разнос целика с соответствующим сокращением допустимой высоты целика не только в промежуточной фазе его разноса, в которой и достигается желаемый результат, но и с начальной стадии разноса, т. е. высота нижнего целика в этом случае будет меньше, чем по прототипу. Если же разнос целика 8, 9 завершить после того, как дно карьера 13 сместится в крайнее положение 22, то целик неминуемо сползает в руду, т.к. в завершающей фазе его разноса скорость наращивания целика резко возрастает вследствие приближения дна карьера к целику в третьем периоде. Если разнос нижнего целика завершить к окончанию периода смещения дна карьера не к противоположному борту, а к тому же борту, в котором находится целик, подлежащий разносу, то его высота на всех стадиях разноса не превысить высоты целика по прототипу, что также противоречит поставленной цели.

В приведенном анализе отличительных признаков для удобства сравнения с прототипом линия направления углубки по прототипу принята совпадающей с результирующим за два смежных периода направлением углубки по предлагаемому способу, т.е. по линии 6, 22, поскольку в этом случае идентичные с прототипом участки борта, а именно: 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 33, 16, 17 и 20, 21, 22, 23, 24, проходят по одному и тому же месту, накладываясь друг на друга. При этом экономия объемов вскрыши, показанная штриховкой, сконцентрирована в левом борту. Если же линию углубки по прототипу сместить к другому боку залежки, проведя через точку 13 параллельно линии 6, 22, то весь сэкономленный объем вскрыши переместится в левого на правый борт. Если же направление углубки по прототипу принять по оси рудного тела, то сэкономленный объем вскрыши при вертикальном падении рудного тела распределяется поровну между левым и правым породными бортами, а при наклонном падении рудного тела больший эффект достигается со стороны висячего бока залежи и меньший со стороны лежачего. Таким образом, поставленная цель достигается при любом положении по прототипу линии направления углубки по падению рудного тела.

Если же линия направления углубки по прототипу проходит не по падению рудного тела, а по более сложной траектории, что может иметь место при отработке рудных тел неправильной формы, сложноструктурных и комплексных месторождений, то в этом случае в прототипе выделяются относительно прямолинейные участки траектории углубки карьера, относительно которых и смещают дно карьера по предлагаемому способу. Нетрудно убедиться, что поставленная цель достигается при любом отклонении от вертикали прямолинейных участков сложной траектории углубки по прототипу, вокруг которых осуществляют смещение дна карьера по заявляемому изобретению.

Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения находится в непосредственной причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.

Новизна предлагаемого способа заключается в новой последовательности действий по формированию траектории углубки карьера, взаимоуказываемых с динамикой развития целиков, что позволяет при любой траектории углубки карьера по прототипу сформировать иную, обеспечивающую возможность отнесения выемки части объемов вскрыши на более поздние периоды отработки за счет увеличения высоты нижнего целика.