способ открытой разработки пологих месторождений в условиях многолетней мерзлоты

Формула изобретения

Способ открытой разработки пологих месторождений, включающий выемку потенциально плодородного слоя, блочную отработку вскрышного уступа, выемку и транспортирование полезного ископаемого, чередование отсыпкой выработанного пространства с подвалкой внутреннего отвала, отличающийся тем, что при разработке месторождений в условиях многолетней мерзлоты, в выработанном пространстве параллельно заходке намораживают ледяную призму, объем которой определяют как разность суммы объемов полезного ископаемого и вскрыши в заходке и объема вскрыши с учетом коэффициента разрыхления, причем толщина размещаемой над ледяной призмой вскрыши, больше мощности сезонной оттайки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке многолетнемерзлых угольных и россыпных месторождений с внутренним отвалообразованием.

Известен способ рекультивации при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, включающий снятие почвенного слоя, его транспортирование и последующее размещение на рекультивируемую поверхность со снятием почвенного слоя с сохранением текстурно-структурного строения путем разделения на блоки в вертикальной и горизонтальной плоскостях (а.с. СССР 643642, МКИ Е 21 С 41/02. Бугров В.Н. "Способ рекультивации при открытой разработке месторождений полезных ископаемых").

Известен способ отвалообразования, включающий отсыпку отвальных пород параллельными заходками и формирование на основании отвала призмы упора с добавлением скрепляющих веществ с последующей отсыпкой вскрыши на одну или обе грани этой призмы (а.с. СССР 941582, МКИ Е 21 С 41/00, Шапарь А.Г., Шпортько В.П., Копач П.И., Протасов В.А. "Способ отвалообразования").

Также известен способ открытой разработки пологих и наклонных пластов месторождений полезных ископаемых, включающий отработку вскрыши экскаваторными блоками, внутреннее отвалообразование, создание упорной призмы по мере отработки блоков по падению пласта, отстраивание транспортной полосы и съезд, при котором полезное ископаемое транспортируется через съезд к торцу призмы с одновременным внутренним отвалообразованием на упорной призме (а.с. СССР 1153062, МКИ E 21 C 41/02, Рыбаков Б.Н. "Способ открытой разработки пологих и наклонных пластов месторождений полезных ископаемых").

Наиболее близким по существу техническим решением является способ открытой разработки пластовых месторождений полезных ископаемых, включающий отработку уступа подуступами с блочной отработкой вскрышных пород с перевалкой вскрыши во временный отвал с последующей переэкскавацией в постоянный внутренний отвал, при котором блочную отработку ведут вдоль фронта работ с чередованием выемки полезного ископаемого каждого предыдущего блока и отсыпки в выработанное пространство (а.с. СССР 1224403, МКИ Е 21 С 41/02. Резников Л. М. , Александров Г.А., Тимошин В.И. и др. "Способ открытой разработки пластовых месторождений полезных ископаемых").

Однако при разработке мощных пологих и горизонтальных месторождений с коэффициентом вскрыши меньше 1 выработанное пространство не заполняется породами вскрыши с учетом коэффициента разрыхления (разрезы Харбалахский, Кировский). Кроме того, вскрышные породы, представляющие собой строительный материал (песчано-гравийная смесь), вывозятся на отсыпку дорожного полотна и другие цели, что уменьшает объем вскрыши. В связи с этим возникла проблема заполнения выработанного пространства для осуществления рекультивации карьерного поля. В связи с этим изложенные технологии с внутренним отвалообразованием не удовлетворяют требованиям технической рекультивации карьерного поля, в связи с чем не могут быть использованы.

Таким образом, известные способы не могут быть использованы эффективно при открытой разработке мощных (выше 10 м), пологих и горизонтальных месторождений с коэффициентом вскрыши менее 1, т.к. объем пород вскрыши с учетом коэффициента разрыхления будет недостаточным для заполнения выработанного пространства.

Сущность изобретения заключается в том, что при разработке месторождений в условиях многолетней мерзлоты в выработанном пространстве параллельно заходке намораживают ледяную призму, объем которой определяют как разность суммы объемов полезного ископаемого и вскрыши в заходке и объема вскрыши с учетом коэффициента разрыхления. Для обеспечения сохранности ледяной призмы над ней размещают породы вскрыши толщиной больше мощности сезонной оттайки.

Задача заявляемого технического решения заключается в заполнении выработанного пространства, позволяющем ее последующую рекультивацию.

Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого изобретения заключается в обеспечении заполнения выработанного пространства при коэффициенте вскрыши менее 1 и отвлечении части вскрыши на другие цели. Это обеспечивает рекультивацию карьерного поля.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом способе перед формированием внутреннего отвала намораживают ледяную призму, объемом

V_л=(V_п.и+V_в)-V_вК_р,

где V_л - объем намораживаемой ледяной призмы, м³;

V_п.и - объем извлекаемого полезного ископаемого в заходке, м³;

V_в - объем вскрыши заходки в целике, м³;

К_р - коэффициент разрыхления вскрыши.

Затем на ледяную призму размещают вскрышу толщиной больше чем глубина протаивания.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Поставленная задача достигается тем, что, используя отрицательную температуру массива многолетнемерзлых пород в холодный период года, намораживают ледяную призму, например методом дождевания, с помощью устройства "Град". При этом объем намораживаемой призмы определяется как разность суммы объемов полезных ископаемых и вскрыши в заходке и объема вскрыши с учетом коэффициента разрыхления. С целью сохранения намороженной призмы в мерзлом состоянии над ним размещают теплоизоляционный слой из вскрышных пород. При этом его мощность должна быть больше глубины сезонной оттайки в этом районе многолетнемерзлой зоны.

На чертеже показан поперечный разрез фронта горных работ с внутренним отвалообразованием с намораживанием ледяной призмы.

Способ включает операции удаления и отдельного складирования плодородного слоя 1, одновременно приступают к намораживанию ледяной призмы 2 в выработанном пространстве с помощью установки "Град", устанавливаемой со стороны забоя драглайна 3. После намораживания необходимого объема ледяной призмы на него начинают экскавацию предварительно разрыхленной вскрыши 4 и формируют внутренний отвал 5.

Причем толщина последнего должна превышать мощность сезонной оттайки и обеспечивать теплоизоляцию ледяной призмы. На полученный внутренний отвал размещают плодородный слой 6 и осуществляют рекультивацию карьерного поля без переэкскавации, завоза пород и т.д.

Способ осуществляется следующим образом. Сначала бульдозером снимают плодородный слой 1 и окучивают отдельно. Одновременно ведут намораживание ледяной призмы 2 с помощью установки "Град", при этом используют низкую температуру (ниже -10^oС) воздуха, когда выбрасываемая в воздух струя воды разбивается на отдельные капли и, падая, намерзает и создает ледяную призму 2, которую наращивают вдоль забоя экскаватора по мере продвижения фронта выемочно-погрузочных работ. Параллельно ведут подготовку пород вскрыши к экскавации. После того как объем ледяной призмы V_л достигает значения

V_л=(V_п.и+V_в)-V_вK_р,

работу по намораживанию приостанавливают и начинают экскавацию пород вскрыши на созданную ледяную призму, образуя внутренний отвал 5, толщиной более мощности сезонной оттайки. В центральных районах Якутии мощность сезонноталого слоя составляет от 2 до 3,5 м и увеличивается к югу. Т.е. толщина внутреннего отвала 5, укрывающего ледяную призму 2, должна быть больше 2-3,5 м, которые установлены для каждого района.

Затем на полученный внутренний отвал размещают заранее подготовленный плодородный слой 1 и осуществляют подравнивание, обеспечивая рекультивацию карьерного поля.

Таким образом, предлагаемый способ исключает переэкскавацию вскрыши и перевозку дополнительного объема вскрыши во внутренний отвал, что сокращает дополнительные затраты на переработку горной массы.