СПОСОБ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПЛОЩАДНОЙ ФОРМЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ ТИПА "ОБРАТНАЯ ЛОПАТА"
METHOD OF OPEN MINING OF STEEPLY PITCHING FIELDS OF AREAL FORM USING HYDRAULIC BACKHOE EXCAVATORS

Известен способ увеличения углов откосов рабочих бортов, основанный на поэтапной разработке месторождений [1]. Суть способа заключается во временной консервации отдельных уступов, при которой борт занимает временно нерабочее положение. Консервация производится под углом, близким к углу погашения предельного борта карьера. При достижении временно нерабочим бортом расчетной высоты начинают разнос его верхних горизонтов, но при этом продолжается наращивание высоты временно нерабочего борта снизу вследствие продолжающейся углубки карьера. Таким образом, участок временно нерабочего борта «скользит» по контуру этапа. Аналогично производят отработку участков временно нерабочего борта, сформированного на контуре последующих этапов разработки. Экономическая эффективность способа достигается снижением текущего коэффициента вскрыши за счет увеличения результирующего угла откоса рабочего борта. При этом эффективность возрастает с увеличением угла наклона временно нерабочих бортов. На крупных карьерах объемы законсервированной вскрыши могут достигать нескольких десятков миллионов кубометров со сроком консервации 10 и более лет.
Однако данный способ увеличения углов откосов рабочих бортов имеет существенный недостаток, состоящий в том, что разнос верхних горизонтов временно нерабочего борта сопровождается выбросом горной массы при производстве взрывных работ. В результате при достаточно крутом угле откоса временно нерабочего борта весь он может быть полностью засыпан взорванной скальной массой. Это исключает возможность размещения на участках временно нерабочего борта вскрывающих выработок и не обеспечивает условия безопасного ведения горных работ при приведении во временно нерабочее положение нижерасположенных рабочих горизонтов. Подобных негативных явлений избегают тем, что временно нерабочий борт формируют с достаточно широкими бермами, позволяющими разместить выброс взорванной горной массы на одном-двух горизонтах. Но это приводит к выполаживанию результирующего угла откоса рабочего борта карьера и к увеличению текущего коэффициента вскрыши в первоначальный период работы карьера.
Из известных способов открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающих формирование в рабочей зоне карьера уступов временно нерабочего борта, разнос верхних горизонтов временно нерабочего борта одновременно с его формированием посредством приведения во временно нерабочее положение нижерасположенных рабочих горизонтов, является способ, в котором на горизонтах временно нерабочего борта отсыпают заградительные валы для улавливания камнепада через интервалы по высоте, равные высоте участков временно нерабочего борта, а в постоянном или временно нерабочем борту карьера на горизонтах размещения заградительных валов устраивают транспортные бермы, с которых проходят съезды на нижерасположенные рабочие горизонты в пределах интервала по глубине, равного высоте участка временно нерабочего борта [2].
Недостатком способа является необходимость выполаживания временно нерабочего борта для устройства транспортных берм и площадок, площадок с заградительными валами и прерывание грузотранспортной связи между участками временно нерабочего борта при его расконсервации, а само устройство заградительных валов не обеспечивает безопасности ведения работ при расконсервации целиков и работ на рабочих горизонтах из-за разлета камней. Прерывание грузотранспортной связи между участками по глубине при расконсервации борта ведет к необходимости строительства дополнительных съездов на рабочем борту и его выполаживанию. При этом решение проблемы вскрытия за счет выноса вскрывающих выработок на соседнюю часть рабочей зоны с нормальными рабочими площадками и строительством соединительных транспортных площадок ведет к увеличению текущих коэффициентов вскрыши и дополнительным затратам на разработку месторождения.
Известен также способ открытой разработки крутопадающих месторождений площадной формы [3], в котором вскрышные уступы рабочей зоны принимают увеличенной высоты исходя из условия их отработки с применением экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием, уступы объединяют в группы по три в каждой, при этом для верхних и нижних уступов в группах предусматривают минимальные рабочие площадки с размерами, равными ширине транспортных площадок, обеспечивающими двухстороннее движение технологического автотранспорта и его маневрирование, для средних уступов ширину площадок принимают равной сумме ширины минимальной рабочей площадки и ширины выемочной заходки с готовыми к выемке объемами вскрышных пород, обеспечивающими необходимую скорость понижения горных работ в каждой группе вскрышных уступов рабочей зоны, при формировании развала взорванной горной массы исходят из условия размещения его на средних и нижних уступах, при этом развал породы, остающийся на средних уступах, делят на два слоя, верхние из которых отрабатывают карьерными экскаваторами с верхней погрузкой в транспортные средства, находящиеся на площадках верхних уступов, объемы нижних слоев и объемы вскрышных пород, сброшенных взрывом на нижние уступы, отрабатывают отдельными экскаваторами с погрузкой в транспортные средства, находящиеся на одном с ними уровне, после отработки готовых к выемке объемов вскрышных пород во всех группах уступов и образования соответствующих объемов на смежных нижележащих уступах и происшедшего при этом смещения границ групп вниз на один уступ их отработку повторяют в вышеизложенном порядке, вскрытие вскрышных уступов рабочей зоны производят с применением крутых скользящих съездов с продольным уклоном 5-15° и шириной, обеспечивающей размещение развала взорванной горной массы при их расширении и одновременно сквозной проезд технологического транспорта, расширение крутых съездов производят с применением гусеничных и колесных погрузчиков путем деления развала взрываемой горной массы на горизонтальные и наклонные слои высотой, определяемой с учетом траектории движения ковша погрузчика.
Основным недостатком данного метода является то, что верхний слой развала взорванных вскрышных пород отрабатывается карьерным экскаватором с верхней погрузкой в транспортные средства, что является ограничивающим фактором для увеличения высоты уступов и, соответственно, углов наклона рабочих бортов и дальнейшего уменьшения текущих объемов вскрышных работ. Достаточно важным недостатком данного способа можно считать и применение для проведения крутонаклонных вскрывающих выработок фронтальных погрузчиков, сдерживающих в силу своих особенностей скорость подготовки новых горизонтов, то есть являющихся фактором, ограничивающим производительность карьеров.
Целью настоящего изобретения является снижение текущего коэффициента вскрыши в первоначальный период разработки крутопадающих месторождений площадной формы за счет увеличения результирующего угла откоса рабочего борта. Указанная цель достигается тем, что при разработке крутопадающих месторождений площадной формы, включающей формирование рабочей зоны, технологию отработки вскрышных уступов и обеспечение грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью, вскрышные уступы рабочей зоны принимают увеличенной высоты (до 25-30 м), исходя из условия их отработки с применением экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием и гидравлических экскаваторов типа «обратная лопата», уступы объединяют в группы по три в каждой, при этом для верхних и нижних уступов в группах предусматривают минимальные рабочие площадки с размерами, равными ширине транспортных площадок, обеспечивающими двухстороннее движение технологического автотранспорта и его маневрирование, для средних уступов ширину площадок принимают равной сумме ширины минимальной рабочей площадки и ширины выемочной заходки с готовыми к выемке объемами вскрышных пород, обеспечивающими необходимую скорость понижения горных работ в каждой группе вскрышных уступов рабочей зоны, при формировании развала взорванной горной массы исходят из условия размещения его на средних и нижних уступах, при этом развал породы, остающейся на средних уступах, делят на два слоя, верхние из которых отрабатывают гидравлическими экскаваторами типа «обратная лопата», располагаемыми на площадках верхних уступов групп, с погрузкой взорванных пород в транспортные средства, находящиеся на этих же площадках, объемы нижних слоев и объемы вскрышных пород, сброшенных взрывом на нижние уступы, отрабатывают отдельными экскаваторами с погрузкой в транспортные средства, находящиеся на одном с ними уровне, после отработки готовых к выемке объемов вскрышных пород во всех группах уступов и образования соответствующих объемов на смежных нижележащих уступах и происшедшего при этом смещения границ групп вниз на один уступ их отработку повторяют в вышеизложенном порядке, вскрытие вскрышных уступов рабочей зоны производят с применением крутых скользящих съездов с продольным уклоном 5-15° и шириной, обеспечивающей размещение развала взорванной горной массы при их расширении и одновременно сквозной проезд технологического транспорта, расширение крутых съездов производят с применением гидравлических экскаваторов типа «обратная лопата» путем деления развала взорванной горной массы на горизонтально-клинообразные слои высотой, определяемой с учетом глубины черпания этих экскаваторов.
Заявляемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение угла наклона рабочего карьера на 4-5° и значительное снижение текущих коэффициентов вскрыши в первоначальный период отработки крутопадающих месторождений площадной формы.
Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен план отработки крутопадающего месторождения площадной формы в заявляемом способе на момент подхода рабочего борта карьера к предельному контуру на поверхности (9) с расположением готовых к выемке объемов вскрышных пород и вскрывающих выработок, обеспечивающих грузотранспортную связь рабочих горизонтов с поверхностью в процессе развития горных работ; на фиг. 2 -ьразрез по месторождению, отражающий расположение готовых к выемке объемов вскрышных пород в рабочей зоне карьера; на фиг. 3 - разрез по месторождению, отражающий технологию отработки развала взорванных вскрышных пород, включающий порядок погрузки отдельных частей развала разными экскаваторами в транспортные средства, находящиеся на разных уровнях; на фиг.4 изображено начало проведения крутой траншеи, заключающейся в отработке верхнего горизонтального слоя с применением гидравлического экскаватора типа «обратная лопата» и автомобильного транспорта, способного преодолевать крутые уклоны.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом. При формировании рабочей зоны разрабатываемого месторождения площадной формы (фиг. 1 и 2) вскрышные уступы 1, 2, 3, 4, 5, 6 принимают увеличенной высоты (до 25-30 м) из условия их совместной отработки с применением карьерных экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием и гидравлических экскаваторов типа «обратная лопата», высоту добычных уступов 7, 8 в рудной зоне 10 принимают исходя из возможности селективной выемки. Вскрышные уступы объединяют в группы по три в каждой группе. Первая группа включает уступы 1, 2, 3, вторая - 4, 5, 6. При этом для верхних 1, 4 и нижних 3, 6 уступов в группах предусматривают минимальные рабочие площадки с размерами, равными ширине транспортных площадок, обеспечивающими двухстороннее движение технологического автотранспорта и его маневрирование. Для средних уступов 2, 5 ширину площадок принимают равной сумме ширины минимальной рабочей площадки и ширины выемочной заходки 11 с готовыми к выемке объемами вскрышных пород, обеспечивающими необходимую скорость понижения горных работ в каждой группе уступов рабочей зоны. Формирование развала взорванной горной массы (фиг. 3) предусматривают из расчета размещения его на средних 2, 5 и нижних 3, 6 уступах групп. При этом развал породы, остающейся на средних уступах, делят на два слоя, верхний 12 из которых отрабатывают гидравлическими экскаваторами типа «обратная лопата» с погрузкой в транспортные средства, располагаемые на верхних уступах групп. Объемы нижних слоев 13 и объемы 14 нижних уступов 3, 6 отрабатывают отдельными карьерными экскаваторами с удлиненным рабочим оборудованием с погрузкой в транспортные средства, находящиеся на одном с ними уровне. После отработки готовых к выемке объемов вскрышных пород во всех группах образуются соответствующие готовые к выемке объемы на смежных нижележащих уступах. В результате происходит смещение границ групп вскрышных уступов на один уступ вниз. Их отработку в новых границах повторяют в вышеизложенном порядке.
Вскрытие вскрышных уступов рабочей зоны (фиг. 1) производят с применением крутых скользящих съездов 15 с продольным уклоном 5-15° и шириной, обеспечивающей одновременно размещение развала взорванной горной массы при их расширении и сквозной проезд технологического транспорта. Расширение съездов начинают со взрывания горной массы в пределах их границ (фиг. 4). Затем осуществляют их расширение с помощью гидравлических экскаваторов типа «обратная лопата» и автосамосвалов, способных преодолевать крутые уклоны. Расширение съездов в конечных границах 18 производят путем деления их на горизонтально-клинообразные слои 19, высотой в их горизонтальной части, равной возможной глубине копания экскаватора. Соответственно отработка слоев производится экскаваторами при нижнем черпании. При отработке верхнего слоя экскаватор и автосамосвал работают, полностью находясь на горизонтальных площадках. При отработке второго слоя экскаватор работает, находясь на горизонтальной площадке, а автосамосвал осуществляет движение частично по горизонтальной, частично по мере подвигания забоя, по наклонной поверхности и так по мере отработки всех возможных последующих слоев.
Источники информации
1. Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений этапами. Изв. вузов. Горный журнал, №10, 1965.
2. Линев В.П., Рубинштейн С.Б. Обеспечение безопасности горных работ при использовании временно нерабочих бортов. Горный журнал, 2001, №5, с. 20-23.
3. Пат. 2528704. Российская Федерация, МПК Е21С 41/26 (2006.01). Способ открытой разработки крутопадающих месторождений площадной формы [Текст]/Яковлев В.Л., Корнилков С.В., Саканцев Г.Г., Саканцев М.Г.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН). - №2013120812/03; заявл. 06.05.2013; 20.09.2014, Бюл. 26, - 8 с.: 3 ил.
4. Пат. 2534297, Российская Федерация МПК Е21С 41/26 (2006.01), Способ проведения крутой траншеи [Текст]/Саканцев Г.Г., Яковлев А.В., Зырянова Т.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН). - №2013116307/03; заявл. 09.04.2013; 27.11.2014, Бюл. №33, - 4 с.: 2 ил.