способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ открытой разработки месторождений глубоким карьером, включающий выделение этапов и подэтапов и отстройки глубокого карьера под дифференцированными углами откосов бортов в соответствии со снижающейся естественной и техногенной нарушенностью пород массивов с глубиной до отстройки вертикальных уступов и участков борта в глубоких зонах и применением традиционного транспорта, в виде автотранспорта и циклично-поточной технологии (ЦПТ) с затратами на доставку руды и вскрыши на поверхность из глубоких зон, достигающих 60-70% от стоимости разработки 1 т полезного ископаемого, отличающийся тем, что разделяют вскрышную толщу пород и рудное тело по вертикали на зоны и отстраивают в них наклонные, крутонаклонные и вертикальные участки бортов с креплением в глубоких зонах при доработке карьера, и по мере отработки полезного ископаемого в первой зоне в области окончания рационального действия автотранспорта на борту карьера сооружают конвейерную установку в виде несущей и прижимной лент с изменяющейся крутизной наклона в соответствии с равноустойчивым углом наклона борта, а в качестве тягового органа используют фрикционные барабаны конвейерных установок и тягового органа подъемной машины, устанавливаемой на поверхности, что позволяет по мере отработки полезного ископаемого во второй и третьей и последующих зонах добавлять крутонаклонные и вертикальные блоки конвейерной установки, для чего в боковых зонах карьера создаются площадки, на которых устанавливаются дробилки и монтируется приемная часть конвейерного става и периодически переносятся при переходе к отработке следующего этапа с увеличением крутизны става, причем для обеспечения достаточной равномерной удерживающей нагрузки крупных кусков руды (породы) на полотне по высоте става на прорезиненной ленте устраивают стопоры из возвышений того же материала полосообразного вида с уширением в основании для гашения сдвигающей нагрузки от кусков, что позволяет удерживать крупные куски и исключить их смещение при одновременном действии прижимной ленты, в свою очередь, прижимаемой по краям катящимися роликами, расстояние между которыми регулируется в зависимости от веса элементарного столба раздробленного материала с увеличением угла наклона става, приходящегося на 1 погонный метр конвейерной установки, и разработка рудного тела таким способом ведется в расширенном карьерном пространстве до полной его отработки или до тех пор, пока затраты на разработку и доставку ценного сырья на поверхность не сравняются с затратами при подземном способе разработки месторождения полезных ископаемых.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке открытым способом месторождений полезных ископаемых в виде наклонных и крутонаклонных рудных тел, а также жил при выемке вскрыши и руды в глубоких карьерах.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых этапами, включающий отработку рудных залежей выделением этапов и ведение выемки вскрыши и руды подвиганием одинарных уступов на горизонтах и транспортированием горной массы автотранспортом, приводящим к выполаживанию бортов карьеров [1].

Недостатком способа является то, что при отстройке съездов на нерабочем борту карьера происходит его выполаживание, и с глубиной резко нарастают транспортные затраты на топливо и материалы, а также имеет место износ дорогостоящих шин при больших расстояниях перевозки руды и вскрыши.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых с применением циклично-поточной технологии при разработке рудных тел на карьерах, достигших средней глубины [2].

Недостатком способа является то, что снижение затрат на транспортирование горной массы имеет место в первоначальный период эксплуатации ЦПТ при стационарном ее исполнении, а затем расстояние транспортирования резко увеличивается при разработке глубоких зон.

Известен способ разработки рудных тел с применением вертикальных конвейеров [3].

Недостатком способа является то, что его применение ограничивается разработкой горных пород небольшого объемного веса (известняк, гипс, уголь) и недостаточно при других рудах, и меньше всего при разработке руд глубоких горизонтов.

Наиболее близко к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату относится способ разработки месторождений полезных ископаемых с использованием автоподъемников на борту карьера [4].

Недостатком способа является то, что на борту карьера необходимо сооружение крупной подъемной установки при подъеме автосамосвалов большой грузоподъемности в массивах с имеющейся вероятностной информацией о сдвиговых свойствах пород. Кроме того, работа установки эффективна при углах наклона около 53°, а углы наклона бортов карьеров в верхних зонах по проектам не превышают 42-45°. Подъемную установку нельзя применить при насыпных породах.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работ при транспортировании и доставке горной массы на поверхность путем снижения затрат на транспортные процессы и формирования карьерного пространства под более крутыми углами, соответствующими равнопрочным откосам борта с увеличивающейся крутизной в глубоких зонах, применением конвейеров в глубоких зонах с прижимной лентой и несущей лентой с разделением рудного столба на отсеки с уменьшением их высоты с увеличением наклона става.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе с выделением этапов и подэтапов и отстройки глубокого карьера под дифференцированными углами откоса бортов в соответствии со снижающейся естественной и техногенной нарушенностью пород массивов с глубиной до отстройки вертикальных уступов и участков борта в глубоких зонах и применением традиционного транспорта, в виде автотранспорта и циклично-поточной технологии (ЦПТ) с затратами на доставку руды и вскрыши на поверхность из глубоких зон, достигающих 60-70% от стоимости разработки 1 т полезного ископаемого, разделяют вскрышную толщу пород и рудное тело по вертикали на зоны и отстраивают в них наклонные, крутонаклонные и вертикальные участки бортов с креплением в глубоких зонах при доработке карьера, и по мере отработки полезного ископаемого в первой зоне в области окончания рационального действия автотранспорта на борту карьера сооружают конвейерную установку в виде несущей и прижимной лент с изменяющейся крутизной наклона в соответствии с равноустойчивым углом наклона борта, а в качестве тягового органа используют фрикционные барабаны конвейерных установок и тягового органа подъемной машины, устанавливаемой на поверхности, что позволяет по мере отработки полезного ископаемого во второй и третьей и последующих зонах добавлять крутонаклонные и вертикальные блоки конвейерной установки, для чего в боковых зонах карьера создаются площадки, на которых устанавливаются дробилки и монтируется приемная часть конвейерного става, и периодически переносятся при переходе к отработке следующего этапа с увеличением крутизны става, при чем для обеспечения достаточной равномерной удерживающей нагрузки крупных кусков руды (породы) на полотне по высоте става на прорезиненной ленте устраивают стопоры из возвышений того же материала полосообразного вида с уширением в основании для гашения сдвигающей нагрузки от кусков, что позволяет удерживать крупные куски и исключить их смещение при одновременном действии прижимной ленты, в свою очередь прижимаемой по краям катящимися роликами, расстояние между которыми регулируется в зависимости от веса элементарного столба раздробленного материала с увеличением угла наклона става, приходящегося на 1 погонный метр конвейерной установки, и разработка рудного тела таким способом ведется в расширенном карьерном пространстве до полной его отработки или до тех пор, пока затраты на разработку и доставку ценного сырья на поверхность не сравняются с затратами при подземном способе разработки месторождения полезных ископаемых.

Отработка месторождения полезных ископаемых предлагаемым способом с применением конвейерной установки нового типа обеспечивает создание карьеров с требуемым карьерным пространством для увеличения их глубины из-за более крутых откосов бортов за счет наиболее экономичной и облегченной подъемной конвейерной установки с меньшей долей используемого автотранспорта с затратными процессами и циклично-поточной технологии с характерными небольшими уклонами конвейерных линий, автоподъемников с чрезмерно мощной подъемной системой с большим расходом электроэнергии и созданием сложного сооружения на борту карьера.

При создании высоких отвалов такая облегченная конвейерная установка может быть использована на насыпных породах.

Исследованиями и опытом работы доказано, что конвейерный транспорт эффективнее применения автотранспорта с глубин 150-160 м. Однако конвейерные линии на карьерах часто имеют углы наклона 15-16° и реже 30-35° (зарубежные карьеры). Вертикальные конвейеры применяются на породах с небольшим объемным весом (гипс, известняк, уголь), на руде их применяют мало и то с высотой подъема 90-100 м.

Предложено применение с глубин 300-400 м автоподъемников при углах наклона колеи около 53°. Однако углы наклона верхних участков бортов по проектам 42-45°. В этом случае требуется перемещать не только полезный груз, но и тару, достигающую 100 т (при полезном грузе 120-140 т). В этом случае имеет место энергоемкий процесс. Общий вес поднимаемого и опускаемого груза 140+2×100=340 т (по проекту один автосамосвал с грузом поднимается, а другой (порожний) опускается. С учетом резерва 1,5-2 расчетный вес = 610 т.

По предлагаемому способу при глубине ввода конвейерного става 600 м и длине его (200 м - вертикальный участок, 260 м - крутонаклонный, наклонный 340 м) общая длина 800 м.

При высоте насыпной толщи слоя h_с=180 мм (максимальный диаметр куска 150-200 мм) и ширине слоя В _с=1000 мм площадь сечения близка к треугольной или трапециевидной и равна:

Принимаем среднее сечение насыпного материала S_cp=93000 мм²=0,093 м² .

Объемный вес раздробленного материала =1,8-1,9 т/м³, тогда погонный вес 1 м насыпного материала составит:

Р_п=1 м×0,092×1,85=0,1702 т.

При длине конвейерного става 800 м полезная нагрузка составит:

Р_к=0,1702×800=136,1 т.

При погонном весе ленты 12-15 кг общий вес ленты составит:

Р_л=0,015×1600=24000 кг=24 т.

Тогда общий вес груза составит 160 т. Следовательно, осуществимость способа реальна: по грузонесущей силе тяги она в 4 раза меньше, чем при применении автоподъемников.

Реализация способа возможна и эффективна за счет использования силы трения (барабанов) и силы тяги подъемной установки.

При небольшом весе конвейерного става и подъемной установки она может быть размещена на отвале. Это создает возможность строительства высоких отвалов (200-300 м), которые при автомобильном транспорте особенно затратны.

На чертежах, фиг. 1-3, представлены этапы I, II, III разработки рудного тела с применением конвейерной установки при различных глубинах карьера и его откосах.

1 - карьер; 2 - рабочая зона по отработке ценного сырья; 3 - наклонный откос; 4 - конвейерная установка; 5 - подъемная установка; 6 - шкивы трения (барабаны); 12 - площадка для установки дробилок и горизонтального или наклонного участка установки (приемная часть).

Фиг.4 - конвейерная трасса на борту карьера в аксонометрическом его виде при различных этапах работ (I, II, III).

4 - конвейерная установка.

Фиг.5, 6 - конвейерная установка в укрупненном виде с тяговыми барабанами трения 6 и подъемной установки 5.

7 - несущая конструкция установки; 8 - шкив каната подъемной установки; 9 - трос; 10, 11 - отклоняющие барабаны и ролики.

Фиг.7, 8, 9, 10 - схемы конструктивного оформления несущей и прижимной лент с поперечными и продольными стопорами (полосами) и роликами на горизонтальном и вертикальном участках трассы.

13, 14 - прижимная и несущая ленты установки; 15 - кусок; 16, 17 - несущая конструкция; 18, 19 - ролики, 20, 21 - стопор (полоса - «волна»), 22 - дно карьера.

Фиг.11 - схема действия сдвигающих и прижимных усилий на кусок

(Д_кmax).

Фиг.12 - схема действия бокового стопора (от просыпания фракций мелочи).

l - длина стопора («волны»); h₁ - высота полосы (стопора); h - высота слоя; t - толщина стопора; B₁, В - расстояние между полосами (стопора) и ширины ленты.

Пример выполнения

Способ разработки месторождения глубоким карьером при выделении этапов и отстройки откосов бортов дифференцированного профиля по глубине в соответствии с повышающейся прочностью пород и сужением карьерного пространства и применением огибающего такой борт подъемного конвейерного устройства на различных этапах разработки месторождения показан на схемах, помещенных на фиг.1-12, и осуществляется следующим образом.

На сложно-структурном Коашвинском месторождении ОАО «Апатит», Ковдорском глубоком карьере 1 комплексных железных руд 2, а также месторождениях типа алмазных трубок 2 и жил драгоценного сырья 2 вначале на наклонных откосах 3 борта карьера 45-50° и глубинах разработки 250-300 м сооружается конвейерный став 4 с несущей и прижимной лентами шириной 1200-1400 мм. В качестве тягового органа на первом этапе могут использоваться барабаны 6 трения традиционных конвейерных установок с отклоняющими роликами 10, 11. В этот период вблизи участка с конвейерным ставом сооружается подъемная установка 5 с тяговыми органами 6, 8, 9, 10, 11, соответствующими общему весу груза при максимальной длине конвейера 160-170 т.

Для получения куска 15 размером 150-200 мм целесообразно применение конусных дробилок, устанавливаемых на площадке 12.

При крутизне конвейерного става 40-45° куски 15 и дробленный материал удерживаются от смещения не только прижимной лентой 13, но и на несущей ленте 14 создаются полосы 20, 21 на большую часть ширины ленты (0,9 В) или для облегчения типа «волны» 20-3 участка длиной по 300 мм и высотой полосы 21-70-80 мм, или дискретных выступов (типа волны) 20-90-100 мм, причем в сечении они имеют пикообразную форму - вверху 10-15 мм, внизу 20-30 мм (для жесткости). С увеличением крутизны конвейерного става до 60-90° расстояние между стопорами-полосами 20, 21 уменьшается от 1,5-1 м до 0,70-0,5 м. Для исключения просыпи мелкофракционного материала с ленты с обеих сторон ее по длине устраиваются выступы 19 высотой 20-30 мм и шириной 30-40 мм. Высота стопоров (полос) 20, 21, близкая или немного превышающая радиус максимального куска вместе с нагрузкой, создаваемой прижимной лентой, не позволяет им смещаться по ленте, и прижимная лента 13 не может «выпячиваться», поскольку сама контролируется прижимными катящимися роликами 18, связанными с несущими остовами 7, 16, 17 конвейера (Фиг.7-12).

При переходе к отработке рудного тела на новом этапе (Фиг.2) (глубина карьера 500-600 м) на откосах борта крутизной 50-60° сооружается новый участок конвейера с удлинением несущей и холостой ветвей.

При этом дробильное звено (дробилки) переносится в боковую зону карьера на площадку 12 под отработанным выше целиком.

При отработке рудного тела последующих этапов (Фиг.3) до глубокой части 22 на крутонаклонном или вертикальном откосе в зависимости от падения рудного тела сооружаются предпоследний и последний участки конвейерного става с оборудованием места для дробилок и горизонтального или слабонаклонного участка для загрузки конвейерной установки.

При применении способа автотранспорт используется как сборочный вид транспорта, работающий на коротком плече откатки (до дробилок).

Применение конвейерной установки в таком исполнении позволяет реализовать равноустойчивый борт при крутых откосах участков (50-90°), что значительно круче, чем при традиционных способах (по проектам 40-45°). Это обеспечивает сокращение от разноса сотни миллионов кубов вскрыши в бортах карьера от разноса. Может быть увеличена глубина карьеров на 150-200 м. С учетом этих статей, а также снижения доли применения автотранспорта на доставке горной массы на поверхность, экономия затрат может составить десятки миллиардов рублей.

При небольшом весе конвейерной установки она может быть использована при строительстве высоких отвалов (200-300 м). Ее можно установить на отвале и снизить долю применения автотранспорта при доставке породы на верхние горизонты отвала.

Источники информации

1. Системы разработки и транспорт на карьерах. М.: Недра. - 1974. - 424 с.

2. Циклично-поточная технология на карьерах Заполярья / Апатиты. - 1986. - 82 с.

3. Картавый А.Н. Перспективы применения крутонаклонных конвейеров с прижимной лентой при ЦПТ. // Горный журнал. - 2003. - № 6. - С.52-55.

4. Епишов В.Н., Петриченко Л.Н., Каплун А.С., Демидов Ю.В. Автомобильный наклонный подъемник для Коашвинского карьера ОАО «Апатит». / М.: Горный журнал. - 2001, - № 5. - С.76-80 (прототип).