СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ ВЫТЯНУТЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРУТОПАДАЮЩИХ ЗАЛЕЖЕЙ
METHOD OF COMBINED DEVELOPMENT OF ELONGATED DEPOSITS OF STEEPLY PITCHING SEAMS

Изобретение относится к горному делу, в частности к разработке полезных ископаемых открытым способом, и может быть использовано при отработке глубоких месторождений вытянутой формы в плане.
Известен способ комбинированной разработки месторождений (Патент США №4103972, кл. 299/18, 1978), включающий ведение добычных работ открытым способом с использованием самоходной техники, перепуском горной массы в пройденные ранее подземные выработки и последующей выдачей ее по конвейерному уклону на поверхность.
Недостатком данного способа является значительный объем вскрышных работ и невозможность отработки значительных по площади залежей.
Наиболее близким по технической сущности является способ комбинированной разработки месторождений (Патент Р.Ф. №2132950 от 12.02.1998. Опубликовано: 10.07.1999), предусматривающий вскрытие месторождения подземными выработками, отработку основных запасов открытыми горными работами с формированием предохранительных берм на уступах карьера. В плане запасы каждого горизонта отрабатывают взрыванием нисходящих скважин в направлении бортов карьера с формированием предохранительных призм у проектного его контура, отбойку которых осуществляют на заключительной стадии работ на горизонте с формированием крутого откоса в пределах горизонта. Отбитую горную массу от разрушения предохранительных призм перепускают на подземные транспортные выработки нижележащего горизонта, после чего извлекают на поверхность. Породы приконтурного массива укрепляют инъектированием и/или установкой предварительно направленных анкеров.
Решения по укреплению приконтурного массива и выделению отдельных выемочных единиц - предохранительных призм, разрабатываемых самоходным оборудованием с дистанционным управлением, способствуют значительному снижению коэффициента вскрыши и землеемкости открытых горных работ.
Однако этот способ также предполагает, что вся отбитая горная масса выдается на поверхность по подземным горным выработкам (по транспортным заездам на спиральный съезд), это ведет к росту энергетических расходов, а также необходимости в подземных транспортных выработках большого сечения, строительство которых сопровождается высокими капитальными затратами.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а также формирование единого комплекса горнотехнических сооружений, параметры которого обеспечивают его использование как во время разработки месторождения, так и после ее завершения.
Достигается поставленная задача тем, что в способе комбинированной разработки вытянутых месторождений крутопадающих залежей, включающем вскрытие месторождения подземными выработками и слоевую отработку основных запасов открытыми горными работами с погашением запасов каждого горизонта в направлении бортов карьера и формированием предохранительных призм у проектного контура последнего, отрабатываемых на заключительной стадии работ на горизонте с привлечением оборудования на дистанционном управлении, транспортированием горной массы по подземным выработкам отрабатываемого горизонта на поверхность, вскрытие месторождения до отметки концентрационного горизонта выполняют открытыми выработками, а затем совокупностью временных открытых и подземных вскрывающих выработок, разделяющих грузопотоки вскрыши и полезного ископаемого, устанавливают отметку концентрационного горизонта и временных вскрывающих выработок по глубине карьера в увязке с текущими объемами вскрышных работ при слоевой отработке, обеспечивая выдачу доминирующего объема вскрышных пород на поверхность по открытым вскрывающим выработкам, а всего объема полезного ископаемого по подземным выработкам на площадку концентрационного горизонта, вскрышные породы глубинной части месторождения отсыпают в выработанное пространство карьера, достигая при этом соответствия высотных отметок ярусов внутреннего отвала вскрыши отметкам заложения квершлагов.
Вскрытие месторождения подземными выработками осуществляют поэтапно, циклично наращивая конвейерный уклон и нарезая рудоспуски, через которые перепускают руду с горизонтов, соответствующих определенному интервалу по глубине карьера.
Сущность способа заключается в следующем. Месторождение отрабатывают стадиями. На первой стадии горные работы ведут открытым способом с формированием карьера первой очереди и трассы вскрывающих выработок до отметки концентрационного горизонта. Вскрышные породы и попутно добытую руду вывозят автотранспортом на поверхность. На второй стадии в борту карьера на концентрационном горизонте вкрест простиранию залежи проходят штольню за зону сдвижения, где затем устраивают камеру. С камеры по простиранию залежи и на предельную глубину карьера второй очереди проходят конвейерный уклон. Затем через заданное расстояние по простиранию залежи из конвейерного уклона к центру карьерного поля в плане нарезают квершлаги, которые соединяют рудоспусками с рабочей зоной карьера второй очереди. Параллельно проходке подземных транспортных выработок ведут слоевую выемку вскрышных пород в границах карьера второй очереди. В плане отработку вскрышных пород на горизонте ведут в направлении бортов карьера с формированием предохранительных призм у проектного его контура, отбойку которых осуществляют на заключительной стадии работ на горизонте с формированием крутого откоса в пределах горизонта. При необходимости борт карьера укрепляют. Выпуклая конструкция борта карьера в предельном положении обеспечивает такое распределение объемов вскрыши, при котором доминирующая часть последних находится в верхней части карьера. Понижение горных работ в карьере второй очереди до первого рудного горизонта сопровождается началом выпуска руды через подземные горные выработки, строительство которых к этому моменту должно быть закончено. Вскрышные породы перемещаются автосамосвалами во внешние отвалы. На третьей стадии при достижении дном карьера второй очереди отметки концентрационного горизонта с последнего закладывают систему временных вскрывающих выработок до горизонта, соответствующего половине глубины карьера. Отработку глубинной части карьера ведут по описанной выше схеме, однако фронт горных работ по простиранию залежи делят на несколько участков, отрабатываемых последовательно, начиная от карьера первой очереди. Руду перепускают на оставшиеся в работе рудоспуски, расположенные в центральной и противоположной торцевой частях карьера, а вскрышные породы отсыпают во внутренний отвал. По завершении отработки месторождения сформированный комплекс горнотехнических сооружений может быть использован как объект городской инфраструктуры по производству материалов дорожных одежд без дополнительных инвестиций в строительство.
Способ открытой разработки вытянутых месторождений крутопадающих залежей иллюстрирован схемой: на фиг.1 - план карьера на конец I стадии разработки; фиг.2 - поперечный разрез карьера по линии А-А; фиг.3 - план карьера на конец II стадии разработки; фиг.4 - план карьера на конец III стадии разработки; где 1 - трасса капитальных вскрывающих выработок; 2 - концентрационный горизонт; 3 - штольня; 4 - зона сдвижения приконтурного массива пород; 5 - камера; 6 - залежь полезного ископаемого; 7 - конвейерный уклон; 8 - квершлаг; 9 - рудоспуск; 10 - стакер; 11 - штабель дробленой руды; 12 - борт карьера в предельном положении; 13 - предохранительная призма; 14 - предохранительная берма; 15 - зона консервации вскрышных пород; 16 - система временных вскрывающих выработок; 17 - берма безопасности; 18 - внутренний отвал.
Способ осуществляют следующим образом.
Месторождение отрабатывается в несколько стадий. На первой стадии (фиг.1) горные работы ведут открытым способом с формированием карьера первой очереди и трассы капитальных вскрывающих выработок 7 до отметки концентрационного горизонта 2. Вскрышные породы и попутно добытую руду вывозят автотранспортом на поверхность. Породы направляют во внешний отвал, а руду на временный склад с мобильным комплексом дробильного оборудования с возможным размещением последнего на ярусе внешнего отвала карьерной вскрыши. Размещать карьер первой очереди в плане целесообразно в торцевой части залежи, падение которой направлено в карьер. На второй стадии (фиг.3) в борту карьера на концентрационном горизонте вкрест простирания залежи проходят штольню 3 за зону сдвижения 4, где затем устраивают камеру 5. С камеры 5 по простиранию залежи 6 и на предельную глубину карьера второй очереди проходят конвейерный уклон 7. Затем через заданное расстояние по простиранию залежи 6 из конвейерного уклона 7 к центру карьерного поля в плане нарезают квершлаги 8, создают перегрузочные узлы, которые соединяют рудоспусками 9 с рабочей зоной карьера второй очереди. Перегрузочные узлы оборудуют дробилками (например, конусными крупного дробления). Для исключения зависания руды над перегрузочным узлом рудоспуск 9 расширяют либо проходят контрольные восстающие на высоту аккумулируемого столба руды со смотровыми ходками. Квершлаги 8 и уклон 7 оснащают конвейерными линиями, а места их пересечения оборудуют перегрузочными станциями. В камере 5 устраивают перегрузочный пункт с конвейерной линии уклона 7 на конвейерную линию штольни 3. Перегрузочный пункт оборудуют дробилками среднего и мелкого дробления. Штольневая конвейерная линия выходит на стакер 10, который осуществляет разгрузку в штабель 11 на концентрационном горизонте 2 (дно карьера первой очереди). Параллельно проходке подземных транспортных выработок ведут слоевую выемку вскрышных пород в границах карьера второй очереди (фиг.3), причем ширина карьера второй очереди по поверхности соответствует карьеру первой очереди (фиг.1). В плане отработку вскрышных пород на горизонте ведут в направлении бортов карьера 12 с формированием предохранительных призм 13 у проектного его контура, отбойку которых осуществляют на заключительной стадии работ на горизонте с формированием крутого откоса в пределах горизонта, а с увеличением глубины - близкого к вертикальному (фиг.2). Для отработки предохранительных призм 13 используют оборудование с дистанционным управлением, а предохранительную берму 14 борта карьера формируют на несколько горизонтов. При необходимости породы за контуром карьера 12, расположенные в пределах зоны сдвижения 4, укрепляют. Выпуклая конструкция борта карьера в предельном положении 12, при которой α<α', обеспечивает следующее перераспределение объемов вскрыши: порядка 87% в интервале высот (поверхность ÷1/2 конечной глубины карьера) и 13% (1/2 конечной глубины карьера ÷конечная глубина карьера). Отработанные вскрышные породы перемещают автотранспортом по отрабатываемому горизонту, затем по трассе вскрывающих выработок 1 карьера первой очереди и далее на внешний вскрышной отвал. К моменту понижения горных работ в карьере второй очереди до первого рудного горизонта должно быть закончено капитальное строительство подземных транспортных коммуникаций, а рудоспуски 9 должны иметь выход в рабочую зону карьера. С момента появления рудных забоев отгруженная руда транспортируется к рудоспуску 9 самоходными транспортными средствами и далее по трассе подземных выработок на открытую площадку концентрационного горизонта 2. Вскрышные породы перемещаются автосамосвалами во внешние отвалы. На третьей стадии по достижении дном карьера второй очереди отметки концентрационного горизонта 2 вблизи их границы формируют зону консервации вскрышных пород 15, в которой закладывают систему временных вскрывающих выработок 16 с концентрационного горизонта 2 до горизонта, соответствующего порядка 1/2 конечной глубины карьера. Над зоной консервации вскрышных пород 15 оставляют берму безопасности 17 шириной, достаточной для обеспечения безопасного движения автосамосвалов по временным вскрывающим выработкам 16. Наличие временных вскрывающих выработок 16 в рабочую зону карьера позволяет перемещать порядка 87% карьерной вскрыши автосамосвалами, при этом трасса капитальных вскрывающих выработок 1 пройдена лишь в границах карьера первой очереди до концентрационного горизонта 2, что соответствует, ориентировочно, 1/3 конечной глубины карьера. Отработку глубинной части карьера ведут по описанной выше схеме, однако фронт горных работ по простиранию залежи 6 делят на несколько участков, отрабатываемых последовательно, начиная от карьера первой очереди. Руду перепускают на оставшиеся в работе рудоспуски 9, расположенные в центральной и противоположной торцевой частях карьера, а вскрышные породы отсыпают во внутренний отвал 18.
В качестве варианта возможно поэтапное наращивание конвейерного уклона 7 и последовательный ввод рудоспусков 9, через которые перепускается руда с горизонтов, соответствующих определенному интервалу по глубине карьера. В данном случае сокращается время строительства подземных коммуникаций, а следовательно, уменьшается и срок выхода карьера на проектную производственную мощность, однако при этом увеличивается плечо откатки самоходных транспортных средств на горизонте.
По завершении отработки месторождения сформированный комплекс горнотехнических сооружений может быть использован как объект городской инфраструктуры по производству материалов дорожных одежд без дополнительных инвестиций в строительство. В этом случае карьер первой очереди в постэксплуатационный период выполняет функцию погрузочно-разгрузочного узла; подземные горные выработки служат для перемещения и дробления рабочего материала, а выработанное пространство карьера второй очереди используют в качестве аккумулирующей емкости. Причем сырьем для производства дорожных одежд может служить скальная вскрыша как внутреннего, так и внешнего отвалов. Предложенный порядок строительства горнотехнических сооружений позволяет существенно понизить показатель землеемкости открытых горных работ и максимальным образом сохранить природный ландшафт территорий, прилегающих к центрам агломерации, а также повышает экономическую эффективность разработки месторождения.
Новизна предлагаемого способа разработки заключается в последовательности комбинированного вскрытия месторождения, сочетающегося с особенностями разделения грузопотоков вскрышных пород и полезного ископаемого, а также в размещении объектов первичного перерабатывающего производства в зоне выработанного пространства карьера и подземных выработках, в совокупности обеспечивающих снижение среднего коэффициента вскрыши и землеемкости открытых горных работ.
Экономическая эффективность предлагаемого способа достигается за счет снижения объемов вскрышных работ и энергетических расходов по ним, сокращения землеемкости открытых горных работ, а также возможности постэксплуатационного использования выработанного пространства карьера и подземных выработок в качестве неотъемлемого объекта городской инфраструктуры.