способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых (ПИ), включающий вскрытие месторождения на расстоянии до 150 м от реки и создание естественной фильтрующей перемычки между рекой и траншеей, откачку воды из траншеи в реку, извлечение ПИ, рекультивацию отвалов, заполнение траншеи водой, благоустройство образованного водоема, отличающийся тем, что последовательно вскрывают и добывают ПИ из двух траншей - вспомогательной, рекультивируемой под водоем, и основной, расположенной на противоположной стороне реки, и грунт от вскрыши которой используют для рекультивации вспомогательной траншеи, при этом в основной траншее вдоль всего борта со стороны реки сразу за горными работами ведут отсыпку внутреннего отвала шириной не менее 250 м и высотой на уровне земной поверхности, воду из траншей откачивают в реку, а затем и в водоем через промежуточные отстойники, при этом после создания водоема добиваются того, чтобы токи грунтовых вод между траншеями и рекой были сбалансированы, о чем судят по уровням воды во вспомогательной траншее и реке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых (ПИ), расположенных в прибрежной зоне рек, а также в условиях обводненной местности.

Известен способ /Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Е 21 С 41/26, №1662166, бюл. №8, 20.03.95/, где добычу ПИ в условиях сильного обводнения ведут с помощью дренажных проходок и траншей. После вскрытия ПИ вокруг него выполняют расходящимися ветвями дренажные траншеи, а отработку ПИ ведут от центра к периферии. Недостатком применения такого способа является нарушение токов грунтовых вод, что приводит к обмелению и даже утрате рек, прилегающих к месту разработки ПИ.

Известен способ /Способ вскрытия и разработки неглубоко залегающих пластовых месторождений полезных ископаемых. Е 21 С 41/26, №1675555, бюл. №33, 07.09.91/, в котором с разных сторон месторождения вскрывают две траншеи, основную и вспомогательную. Из траншей ведут горные выработки под месторождение и осуществляют добычу ПИ. Таким способом уменьшают затраты на рекультивацию отработанного месторождения, однако не решают проблему тока грунтовых вод и сохранения рек.

Известен способ /Способ водно-технической рекультивации отработанных нагорных карьеров. Е 21 С 41/32, №2120552, публ. 1998.10.20/; который заключается в послойной засыпке зоны карьера с образованием гидроаккумулирующей полости в нижнем слое. Для подъема уровня грунтовых вод создается дополнительный колодец, соединенный с аккумулирующей полостью. Отсыпку карьера осуществляют так, чтобы обеспечить из него сток вод. Способ не может быть использован в пониженных зонах и поймах рек.

Известны способы рекультивации ландшафтов, нарушенных открытыми разработками /Моторина Л.В., Забелина Н.М. Рекультивация земель, нарушенных горнодобывающей промышленностью. Обзор. M., 1968/. На месте бывших карьеров в СССР, Германии, США, Канаде создавались водоемы для отдыха людей и хозяйственных нужд. Отличительной особенностью горных работ является их долговременность. Сроки разработки карьеров исчисляются десятками лет. Относительно строгие законы о природоохране появились также несколько десятилетий назад. В связи с этим в технологию разработки месторождений строительных материалов, угля, о которых идет речь в указанном обзоре, не были включены мероприятия по рекультивации карьеров в водоемы. По окончании добычи ПИ карьеры, заполненные водой, очистили, берега рекультивировали под лесонасаждения и луга. Недостатком такой добычи ПИ является то, что природа не сберегается, а восстанавливается.

Ближайшим прототипом предлагаемому способу из числа известных технических решений является способ добычи строительных материалов и рекультивации карьера под водоем в районе г. Жуковский Московской области /Лазарева И.В. Восстановление нарушенных территорий для градостроительства. Издательство литературы по строительству. M., 1972 (с.38-39)/. Способ заключается в том, что вскрытие месторождения песчано-гравийной смеси осуществляется на расстоянии в 150 м от реки. При этом создается естественная фильтрующая перемычка между рекой и траншеей. В процессе разработки такого карьера, находящегося вблизи реки, откачивают воду, как правило, в реку. После извлечения ПИ производится рекультивация отвалов путем лесонасаждения и заполнения траншеи водой во время паводков и грунтовым притоком через фильтрующую перемычку. Выполняется благоустройство образованного водоема.

Недостатком способа является возможность его эффективного применения лишь при разработке строительных материалов. Например, при добыче неглубоко залегающего угля будет недоставать грунта для рекультивации отвалов, отсыпки бортов и дна создаваемого водоема. Применение способа при разработке нескольких карьеров, в том числе и на разных сторонах реки, приведет к изменению водного режима реки, ее обмелению, вплоть до исчезновения, засорению откачиваемой из траншей водой в смеси с угольной пылью.

Предлагаемый способ направлен на устранение отмеченных недостатков, и от его использования может быть получен следующий результат: при более полной добыче ПИ ускорится возврат земель в хозяйственное пользование.

Указанный результат достигается за счет того, что последовательно вскрывают и добывают ПИ из двух траншей: вспомогательной, которая рекультивируется под водоем, и основной, расположенной на противоположной стороне реки. При этом в основной траншее вдоль всего нерабочего борта со стороны реки сразу за горными работами ведут отсыпку внутреннего отвала шириной не менее 250 м и высотой на уровне земной поверхности. Расчетно-экспериментальным путем доказано, что такая толщина перемычки является препятствием для тока грунтовых вод. Грунт от вскрывши основной траншеи используют для рекультивации вспомогательной траншеи. Воду из траншей откачивают в реку и водоем (после окончания добычи ПИ) через промежуточные отстойники, выполненные в виде емкостей. При этом после создания водоема добиваются баланса тока грунтовых вод между траншеями и рекой, о чем судят по уровням воды в реке и водоеме.

Следует отметить, что способ применим и для частного случая, когда траншеи располагаются на одной стороне реки. При этом также предусматриваются естественные перемычки, согласно способу создаются отвалы и откачивающие системы.

Пример исполнения способа может быть показан на развитии Балахтинского угольного разреза в Красноярском крае (“Заключение...”, Приложение 1).

На чертеже позиции обозначают: 1 - вспомогательная траншея, 2 - естественная фильтрующая перемычка, 3 - река, 4 - внутренний отвал основной траншеи, 5 - основная траншея, 6 - контур развития основной траншеи, 7 - водовод из траншеи в отстойник, 8 - отстойник вспомогательной траншеи, 9 - водовод из отстойника в реку, 10 - затвор-распределитель, 11 - отстойник основной траншеи.

Разведкой указано месторождение угля, в районе реки 3 (ширина реки под названием Сыр до 10 м, средняя глубина - 1 м, водятся ценные породы рыб). Уголь залегает по обе стороны реки на глубине от поверхности в 4-10 м. Высота пласта до 18-36 м, запасы оцениваются в 200 млн.т.

На расстоянии 150 м от реки разрабатывается вспомогательная траншея 1, т.е. выемка, размером 900×300 м по поверхности и 30 м глубиной. Через естественную фильтрующую перемычку 2 вода из реки поступает в траншею 1. Из траншеи 1 вода по водоводу 7 откачивается в прилегающий к траншее отстойник 8. Отстойников может быть несколько, это водоемы с гидроизолированной внутренней поверхностью. После отстоя взвешенных частиц и, если необходимо, дополнительной очистки вода по водоводу 9 возвращается в реку 3. Из осушаемой траншеи 1 извлекается уголь. Исходя из темпов освоения вспомогательной траншеи 1, устанавливается время начала разработки основной траншеи 5, вскрышные породы которой используются в качестве материала отсыпки отработанного пространства вспомогательной траншеи 1 для будущего водоема.

Разработку основной траншеи 5 со стороны реки осуществляют таким образом, что сразу за выемкой угля создают внутренний отвал 4 шириной 250-300 м и высотой на уровне земной поверхности. Это мероприятие значительно уменьшает отток воды из реки в траншею через соответствующую перемычку. Осушение основной траншеи 5 производится путем откачки воды в реку через прилегающий отстойник 11 по водоводам, снабженным затвором-распределителем 10. Затвор-распределитель позволяет направлять воду из отстойника 11 либо в реку 3, либо во вспомогательную траншею 1. После завершения добычи угля из вспомогательной траншеи 1 и ее подготовки в качестве ложа водохранилища прекращается откачка воды в реку. Через 10-15 месяцев водохранилище заполнится водой из реки через перемычку 2, грунтовыми водами через всю поверхность ложа, атмосферными паводками и водой, откачиваемой из основной траншеи через отстойник 11 и затвор-распределитель 10. С заполнением траншеи необходимо соблюдать баланс водоперетоков и следить за уровнем воды в реке и созданном водоеме. Уровень должен соответствовать проектным значениям, которые зависят от темпов фильтрации воды через перемычки, атмосферных осадков, степени испарения, хозяйственных водозаборов. Указанное условие соблюдается с помощью отсыпки внутреннего отвала 4 и откачивающей системой через устройства 10, 11.

По мере удаления борта основной траншеи от реки в сторону контура развития 6 уменьшается водоприток через перемычку из реки, и основная траншея может стать вспомогательной для следующего цикла работ по ее рекультивации в водоем. А созданный водоем представляет собой единую гидросистему с рекой. Поверхность отвала 4 рекультивируется под лесонасаждения и поля.

Таким образом, с помощью предложенного способа обеспечивается практически полное извлечение угля, сохранение реки и ее биоресурсов, а также постоянный возврат отработанных земель в хозяйственное использование в виде чистых водоемов и благоустроенной территории.