способ разработки месторождений скального и полускального типов разноблочной структуры

Формула изобретения

Способ разработки месторождений скального и полускального типов разноблочной структуры, включающий детальное районирование горных пород по их блочности, трещиноватости, прочности и потребительскому качеству, осуществляемое на основе полученной информации о литолого-структурных особенностях массива горных пород, его разделение на горизонты, каждого горизонта или его отдельных участков - на эксплуатационные блоки, а последние - на элементарные блоки, отличающийся тем, что разработку месторождения скального или полускального типа, сложенного разноблочными или весьма трещиноватыми горными породами различной крепости и потребительского качества, осуществляют с минимальным объемом их предварительного разрушения или рыхления в массиве блока, достигаемого путем стадийно-детального районирования горных пород по блочности, трещиноватости, прочности и потребительскому качеству и последующего разделения массива рабочей зоны на разновысотные горизонты, а горизонты или их участки - на эксплуатационные блоки, последние - на однородные элементарные блоки, отрабатываемые сверху вниз методом "разборки" по блочности с первоначальным разрушением наиболее крупных - технологически и технически негабаритных отдельностей горных пород в массиве уступа - последующей выемкой из массива габаритных и мелких фракций с использованием соответствующего комплекса рабочих органов технических устройств универсального агрегата, позволяющего осуществлять непосредственную выемку габаритных отдельностей горных пород из массива, разбуривать и взрывать крупные отдельности горных пород зарядами ВВ малого и весьма малого диаметра - 8-84 мм под локальным укрытием, либо осуществлять их механическое разрушение или рыхление и последующую выемку и отгрузку горной массы в средства транспорта, либо во внутренний отвал, или во временный призабойный склад.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, гидротехническому, дорожному, сельскохозяйственному и другим отраслям строительства и может быть использовано при производстве различных горных работ, объектами которых являются блочные массивы скальных и полускальных горных пород, а также горные породы других типов, но с включениями отдельностей более прочных горных пород вплоть до весьма крепких, либо наоборот - с наличием включений менее крепких горных пород в скальных и полускальных или весьма плотных породах осадочного типа.

Ныне широко известны традиционные способы разработки месторождений твердых полезных ископаемых и, прежде всего, - открытой разработки, при которых подготовка горных пород к выемочно-погрузочным работам осуществляется в большинстве случаев с помощью взрывания либо механического рыхления или в редких случаях - разрушения физическими или химическими средствами [1, 2, 3].

При взрывном разрушении блочных горных пород на карьерах, которое, как правило, осуществляют скважинами среднего (200-247 мм) и большого диаметра (250-320 мм), а в некоторых случаях - и весьма большого диаметра (более 320 мм), небольшие и сравнительно крупные природные и природно-техногенные отдельности горных пород в массиве не разрушаются, а "выдавливаются", "вываливаются" или "выбрасываются" взрывом из массива взрываемого эксплуатационного блока, что предопределяет повышенный выход негабарита, применение других технических средств и технологических методов, а следовательно, - дополнительные затраты труда, материальных и денежных средств и времени на его разработку и уборку. Если же применяют механическое рыхление горных пород, то его осуществляют по всей площади эксплуатационного блока или участка отрабатываемого карьерного поля, угольного разреза или полигона россыпи. Такая подготовка горных пород приводит к повышенным затратам энергии, труда, материалов и денежных средств. Таким образом, при существующих способах производства горных работ рыхлению подвергают, как правило, весь объем скальных, полускальных и плотных горных пород независимо от их блочности и перемежаемости.

В качестве ближайшего аналога [4] принят способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых, включающий эксплуатационную разведку, выделение эксплуатационных блоков по качеству полезных ископаемых и прочности горных пород, рыхление горных пород буровзрывным способом с использованием горизонтальных или слабонаклонных скважин диаметром от 50 до 150 мм, их заряжение ВВ и взрывание под локальным мобильным укрытием, последующую экскавационную отработку взорванных блоков.

Недостатками прототипа, являются: рыхление всех горных пород, слагающих эксплуатационные блоки, независимо от их структуры; разрушение горных пород производится только одним способом - буровзрыванием; экскавацию всей горной массы производят последовательным внедрением во взорванный массив экскавационного устройства, что существенно увеличивает энергоемкость данного процесса.

Техническим результатом изобретения, является повышение эффективности отработки массивов горных пород, уступов на карьерах и угольных разрезах и разработки месторождений скального и полускального типов в целом, а также производства различных строительных работ, связанных с выемкой горных пород.

Данный результат достигается тем, что в заявленном способе открытой разработки месторождений скального и полускального типов разноблочной структуры, включающем детальное районирование горных пород по их блочности, трещиноватости, прочности и потребительскому качеству, осуществляемом на основе полученной информации о литолого-структурных особенностях массива горных пород, его разделение на горизонты, каждого горизонта или его отдельные участки на эксплуатационные блоки, а последние - на элементарные блоки, разработку месторождения скального или полускального типа, сложенного разноблочными или весьма трещиноватыми горными породами различной крепости и потребительского качества, осуществляют с минимальным объемом их предварительного разрушения или рыхления в массиве блока, достигаемого путем стадийно-детального районирования горных пород по блочности, трещиноватости прочности и потребительского качества и последующего разделения массива рабочей зоны на разновысотные горизонты, а горизонты или их участки - на эксплуатационные блоки, последние - на однородные элементарные блоки, отрабатываемые сверху вниз методом "разборки" по блочности с первоначальным разрушением наиболее крупных - технологически и технически негабаритных отдельностей горных пород в массиве уступа - последующей выемкой из массива габаритных и мелких фракций с использованием соответствующего комплекса рабочих органов технических устройств универсального агрегата, позволяющего осуществлять непосредственную выемку габаритных отдельностей горных пород из массива, разбуривать и взрывать крупные отдельности горных пород зарядами ВВ малого и весьма малого диаметра - 8-84 мм под локальным укрытием, либо осуществлять их механическое разрушение или рыхление и последующую выемку и отгрузку горной массы в средства транспорта либо во внутренний отвал или во временный призабойный склад.

Сопоставимым анализом с прототипом установлены отличия заявляемого способа, заключающиеся в дифференцированной отработке сложно-структурного массива горных пород "разборкой" по блочности и раздельной выемкой по прочности и потребительному качеству горных пород в пределах каждой отрабатываемой заходки эксплуатационного блока путем использования комплекса смежных технологических процессов и операций, включающих: разрушение или рыхление крупных - негабаритных - отдельностей горных пород непосредственно в массиве отрабатываемого уступа с помощью одного из наиболее эффективных способов - буровзрывного с применением зарядов ВВ малого или весьма малого диаметра и локального укрытия для скальных и относительно крепких полускальных горных пород, механического - для полускальных пород с применением комплекса технических устройств мобильного агрегата; выемку из массива уступа относительно крупных, но габаритных отдельностей горных пород осуществляют с помощью захватывающего и "вытягивающего" их из массива устройства и последующую погрузку в средства транспорта или разгрузку во внутренний породный отвал или во временный внутрикарьерный склад минерального сырья.

Таким образом, заявляемый способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых соответствует условию новизны. При изучении других решений в данной области техники признаки, которые отличают выдвигаемое изобретение от прототипа с достижением заявленного технического результата, выявлены не были и в связи с этим обеспечивают ему соответствие условию изобретательского уровня.

Способ разработки месторождений полезных ископаемых скального и полускального типов осуществляется следующим образом. Эксплуатационный отрабатываемый горизонт месторождения первоначально разделяют на эксплуатационные ленты соответственно литолого-структурным особенностям массива горных пород, на основе горно-геологической информации, полученной в процессе детальной геологической разведки и уточненной эксплуатационной разведкой, а также данными отработки вышележащего горизонта. В пределах каждой отрабатываемой ленты уступа выделяют эксплуатационные блоки, а в них - по совокупности, главным образом, трех признаков - блочности, структурно-петрографической и вещественно-качественной однородности, т.е. представленные кондиционным или временно некондиционным, или весьма бедным полезным ископаемым, либо породой. В элементарном блоке выделяют природные отдельности выемки трех основных параметрических типов - весьма крупные, требующие предварительного разрушения, крупные, которые могут извлекать из массива элементарного блока без предварительного разрушения или с его использованием, небольшие и мелкие отдельности, не требующие разрушения при отработке элементарных блоков.

После выделения в элементарном блоке структурно- и качественно однородных параметрических отдельностей горных пород для весьма крупных из них устанавливают рациональный способ разрушения или рыхления:

отдельности, представленные скальными или полускальными горными породами с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М.Протодъяконова f>7÷8, разрушают буровзрывным способом, с применением горизонтальных или направленных скважин, либо шпуров малого или весьма малого диаметра - 8-84 мм и зарядов ВВ соответствующего диаметра и их взрывания под локальным укрытием. Бурение скважин и шпуров, их заряжение и взрывание производят с помощью устройств универсального агрегата, в основе бурового из них используют станки - фирм "Тамрок", "Атлас", "Копко" - и электроперфораторы, выпускаемые, например, ведущими фирмами Германии или Японии, в основе заряжающего устройства - оборудование зарядной машины, используемой на отечественных рудниках, в основе взрывающего устройства - физико-техническая система с лазерным инициированием оптических детонаторов [4] и локальное укрытие [3];

- отдельности горных пород "промежуточной" крепости - с f=5÷8 разрушают энергией сжатого воздуха [5];

- отдельности горных пород небольшой крепости - с f<5÷8 разрушают или разрыхляют с помощью технического устройства универсального агрегата, снабженного зубьями по типу навесного рыхлителя или же с помощью разрыва или раскалывания.

Крупные отдельности горных пород элементарного блока, которые не подлежат разрушению, извлекают из него специальным устройством, состоящим из двух основных рабочих органов - захватывающего, снабженного нижними и боковыми, относительно тонкими, но прочными металлическими пластинами, верхними клюкообразными металлическими элементами, позволяющими охватывать верхнюю и заднюю плоскости отдельности и осуществить "захват" концов нижних и боковых пластин; выемочного, снабженного гидроцилиндрами, с помощью которых осуществляют "вытягивание габаритных отдельностей из массива, если они оказываются внутри элементарного блока, и их "отрыв" от массива - при их расположении сверху; перемещение этих отдельностей на погрузку в средства транспорта или на разгрузку во внутренний отвал осуществляют с помощью того же рабочего органа, снабженного несущей рукоятью трубчатого типа.

Далее осуществляют выемку, погрузку или разгрузку остальной части горной породы, слагающей элементарный блок, с помощью данного выемочного органа либо экскавационным устройством, с помощью которого реализуют рабочее движение ковша по горизонтальной, наклонной, почти вертикальной прямолинейной, либо криволинейной траектории [6].

Таким образом, путем использования предлагаемых технологических методов и универсального агрегата обеспечивают избирательную и качественную отработку блочных, трещиноватых и разнопрочных горных пород, слагающих уступы, эксплуатационные и элементарные блоки.

Заявляемый способ разработки месторождений скального и полускального типов обеспечивает снижение эксплуатационных и энергетических затрат и повышение эффективности освоения месторождений данного типа в целом, а также строительных работ, связанных с выемкой, главным образом скальных и полускальных горных пород.

Способ может применяться при открытой разработке рудных и угольных месторождений, а также месторождений камнецветного сырья и строительных горных пород, например при разработке месторождений типа Корфовского гранодиоритов, золоторудного Юрьевского, угольного Татауровского, которые отличаются высокой блочностью слагающих их горных пород.

Источники информации

1. Открытые горные работы. Справочник. - М.: Горное дело, 1994.

2. Томаков П.И., Манкевич В.В. Открытые разработка угольных и рудных месторождений. - М.: Изд-ние МГГУ, 2000.

3. Патент РФ RU №2039253, Е 21 С 37/00.

4. Патент РФ RU №2181834, Е 21 С 41/00.

5. Разрушение энергией сжатого воздуха высокого давления. - М.: Изд-ние ИГД им. Скочинского, 2000.

6. Секисов Г.В. Минеральные объекты и их рациональное освоение. - М.: Наука, 1994.