способ открытой разработки крутопадающих кимберлитовых месторождений

Формула изобретения

Способ открытой разработки крутопадающих кимберлитовых месторождений, включающий отработку карьера до проектной глубины этапами с отстройкой бортов с параметрами, допустимыми по устойчивости, погашение бортов, доработку массива полезного ископаемого, отличающийся тем, что при отработке карьера до проектной глубины отстройку и погашение борта производят до границы промежуточного дна карьера, на этапе доработки массива полезного ископаемого в прибортовых целиках ниже границы промежуточного дна карьера борт отстраивают сверхвысокими крутыми уступами под предельным углом погашения.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ углубки карьера при разработке крутопадающих рудных тел, заключающийся в погоризонтальней выемке вскрышных пород и полезного ископаемого при постановке бортов в предельное положение. По мере отработки измеряют геомеханические параметры структурных блоков породного массива и находят соответствующие значения устойчивых углов погашения борта. После определения новых границ контура карьера производят доработку карьера с постановкой бортов в предельное устойчивое положение [Патент 2097565, Е 21 С 41/26. А. Ю. Макеев и др. - Заявка 97105603, заявл. 16.04.97, опубл. 27.11.97, бюл. 33].

Недостатком данного способа является выемка завышенного объема вскрыши в первоначальный период отработки. Нерабочий борт на проектную глубину отрабатывается под углом 43^o (пример конкретного выполнения), тогда как расчетный угол погашения борта на эту же глубину равен 50^o (при глубине карьера 350 м). Таким образом, первоначальная отработка карьера ведется под углом ниже расчетного на 7^o, т.е. с увеличенным контуром карьера и увеличенным объемом вскрыши. Лишь на глубине 300 м, т.е. на высоте 50 м от проектной глубины, угол погашения борта увеличивают до 64^o (пример расчета). Однако при этом также увеличивается, по сравнению с проектным контуром, и объем вскрыши в зоне доработки. Учитывая достаточно высокий угол погашения борта в зоне углубки за счет ликвидации берм, увеличивается риск возможной потери значительного объема руды в нижней зоне. Таким образом, данный способ является недостаточно эффективным за счет выемки лишнего объема вскрыши в первоначальный период отработки, а также выемки излишнего объема вскрыши в зоне углубки карьера. Кроме того, за счет большого увеличения угла наклона борта в зоне углубки повышается риск потери значительного объема руды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ отработки полезных ископаемых, включающий отработку карьера до проектной глубины этапами с отстройкой бортов с параметрами, допустимыми по устойчивости, погашение бортов и доработку карьера при минимально допустимой устойчивости борта на последнем этапе отработки массива. На последующих этапах борта переотстраивают в новые положения, определяемые по математическому выражению [Патент 2096620, Е 21 С 41/26. Н.Н. Кузнецов - Заявка 95113309, заявл. 01.08.95, опубл. 20.11.97, бюл. 32].

Недостатком известного способа является невысокая эффективность при полной выемке запасов полезного ископаемого. Это обусловлено следующим:

- отработка карьера в контурах плоского борта по сравнению с выпуклым (равноустойчивым) дает заведомо завышенный объем вскрыши;

- доработка карьера на последнем этапе ведется с минимально допустимым коэффициентом запаса устойчивости (КЗУ), что ведет к снижению безопасности горных работ. В случае увеличения КЗУ до предельных значений угол наклона борта придется уменьшить, что приведет к увеличению объема вскрыши. Если оставить прежний контур борта, то для снижения риска необходимо выположить нижнюю часть борта, что приведет к оставлению руды в бортах, т.е. потере руды. Кроме того, отсутствие четко зафиксированных проектных контуров отработки до конечной глубины затрудняет размещение поверхностных объектов вокруг карьера, что также снижает эффективность отработки.

Целью изобретения является увеличение эффективности и полноты выемки запасов полезного ископаемого при снижении объемов вскрыши и обоснованном снижении коэффициента запаса устойчивости (КЗУ) на этапах доработки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе открытой разработки крутопадающих кимберлитовых месторождений, включающем отработку карьера до проектной глубины с отстройкой бортов с параметрами, допустимыми по устойчивости, погашение бортов, доработку массива полезного ископаемого при отработке карьера до проектной глубины, отстройку и погашение борта производят до границы промежуточного дна карьера, на этапе доработки массива полезного ископаемого в прибортовых целиках ниже границы промежуточного дна карьера борт отстраивают сверхвысокими крутыми уступами под предельным углом погашения.

Равноустойчивый профиль - это профиль, запас устойчивости которого одинаков для любых его частей. Но поскольку устойчивость профиля борта напрямую связана с экономическими показателями работы карьера [А.А. Козеев и др. Термо- и геомеханика алмазных месторождений. - Новосибирск: Наука, 1995, с. 67-69] , то представляется разумным требовать от борта такую надежность, при которой разница между экономией от уменьшения объема вскрыши и возможными убытками (от разрушения борта и его восстановления) была бы максимальной. Анализируя известные зависимости надежности от экономических показателей работы карьера, можно сделать вывод, что чем больше отношение стоимости руды (продажная 1т) к стоимости вскрыши и чем больше объем планируемой добычи, тем надежность должна быть выше. Если же с глубиной ценность руды меняется мало, а стоимость вскрыши заметно увеличивается, то и отношение их уменьшается. Значит, с увеличением глубины карьера оптимальная надежность может быть уменьшена. При этом значение КЗУ равноустойчивого борта остается в пределах допустимых значений - оптимальным.

Отстройка, а затем и погашение борта до границы промежуточного дна карьера позволяет сформировать борт с максимальным приближением к равноустойчивому профилю, для которого коэффициент запаса устойчивости одинаков для любых его частей, за счет изменения угла их наклона. Коэффициент запаса устойчивости (КЗУ) отстроенного профиля борта имеет обоснованную надежность, при которой прибыль карьера, а значит и эффективность максимальны.

Отстройка борта свервысокими крутыми уступами ниже промежуточного дна карьера позволяет вести доработку массива под предельным технологическим углом погашения без разноса бортов. Поскольку дорабатываемые запасы полезного ископаемого в борту карьера невелики, то и оптимальная устойчивость для нового профиля борта может быть ниже.

На чертеже представлен разрез месторождения с профилем нерабочего борта карьера и рудным целиком.

Пример конкретного исполнения.

Для месторождения трубки "Юбилейная", представленной крутопадающей залежью под углом =80^o, на основе технико-экономического анализа определена эффективная предельная глубина Н карьера. В приводимом примере величина Н равна 500 м. Определенная на стадии проектирования точка А (положение промежуточного дна карьера) лежит на границе верхней и нижней зон разрабатываемого карьера.

Отработка карьера до проектной глубины осуществляется в две стадии.

На первой стадии (профиль ВАС, см. чертеж) отработка карьера до проектной глубины производится поэтапно горизонтальными слоями сверху вниз с транспортированием вскрышных пород во внешние отвалы, с оставлением в зоне CAD рудных целиков. Оптимальный профиль борта отстраивается по индивидуальным прочностным характеристикам геологических слоев пород (сжатие пород, растяжение, сопротивление сдвигу), слагающих месторождение, по критерию минимума коэффициента вскрыши при варьировании высоты и угла наклона уступов по глубине отработки. При этом отстройка борта ведется с параметрами, обеспечивающими значение показателей сцепления и угла внутреннего трения массива горных пород для его устойчивого состояния, т.е. борт по линии ВАС строится по равноустойчивому профилю с коэффициентом запаса устойчивости КЗУ=1,25-1,30, удовлетворяющим прочностным свойствам горных пород. Обоснованные технические и технологические параметры предохранительных и транспортных берм равны соответственно 10-20 и 30 метрам, высота уступов 15 и 30 метров, углы их наклона 60-90^o, продольный уклон автодорог 80 %.

На второй стадии осуществляется доработка массива полезного ископаемого оставленного в рудном целике в зоне CAD, запасы которого не превышают 10% от запасов руды в 100-метровом нижнем участке. Для этого участок борта отстраивается подуступами высотой 50 м с углом наклона 90^o, разделенными горизонтальными бермами шириной 7 м. Таким образом, борт по линии AD отстраивается под предельным углом погашения и равен 75^o. Рудный целик отрабатывается с использованием автосамосвалов малой грузоподъемности 30-40 т с колесной формулой 44. При этом ширина транспортной бермы может быть уменьшена до 15-17 м, а продольный уклон увеличен до 110-120 %.