СПОСОБ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
OPEN DEVELOPMENT METHOD OF WATER-BEARING MINERAL DEPOSITS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке обводненных месторождений твердых полезных ископаемых.
6
Известен способ открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых площадного залегания, включающий вскрытие карьерного поля первоначальным карьером или котлованом до дна в месте наибольшего понижения почвы водоносной толщи и формирование на дне карьера стационарного водосборника, отработку добычных уступов по восстанию гипсометрии подошвы водоносной толщи, подготовку к осушению путем проходки опережающих дренажных траншей или щелей и организацию сбора водопритоков водоотводными канавами и сброс воды в стационарный водосборник на дно карьера (RU 94031931 А1, МПК  Е21С 41/26, от 05.09.1994, опубликовано 27.07.1996).
Недостатками данного способа являются необходимость формирования на дне карьера стационарного водосборника, проходки опережающих дренажных траншей, организации сбора водопритоков водоотводными канавами, сброс воды в стационарный водосборник, а также значительные затраты на откачку воды из водосборников и ее очистку.
7
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемых, включающий отработку карьерного поля до экономически целесообразной глубины с внешним отвалообразованием вскрышных пород и карьерным водоотливом, проходку подземных вскрывающих выработок, постепенное заполнение отработанного карьера породами и отработку запасов полезного ископаемого ниже предельного положения дна карьера, перед отсыпкой пород сооружают на дне отработанного карьера дренирующие элементы шахтного водоотлива, включающие горизонтальные фильтровые колонны и наклонные скважины, соединяющие фильтровые колонны с подземными горными выработками, отсыпку крепких скальных пород ниже подошвы основного водоносного коллектора, укладку сверху слабофильтрующих материалов (тканевый природный или искусственный материал) и затем существенно глинистых пород, перекрывая ими кровлю основного водоносного коллектора, поддержание работ карьерного водоотлива на период проходки подземных вскрывающих выработок и отсыпки пород, дренирование крепких скальных пород, при этом производительность шахтного водоотлива должна превышать величину притока дренажных вод через существенно глинистые породы, отработку подкарьерных запасов под защитой отсыпанных пород с закладкой (RU 2165018 С2, МПК  Е21С 41/00, от 14.07.1999, опубликовано 10.04.2001).
Недостатками данного способа являются необходимость отработки карьера до экономически целесообразной глубины с карьерным водоотливом, проходка подземных вскрывающих выработок, сооружения на дне отработанного карьера дренирующих элементов шахтного водоотлива, отсыпка крепких скальных пород ниже подошвы основного водоносного коллектора, укладка сверху слабофильтрующих материалов и затем существенно глинистых пород, поддержание работ карьерного водоотлива на период проходки подземных вскрывающих выработок и отсыпки пород, что значительно снижает эффективность разработки месторождения.
Задачей способа является повышение эффективности разработки обводненных месторождений за счет исключения операций по проведению дренажных выработок, карьерных водоотливов, необходимых водосборников, дренирующих элементов шахтного водоотлива, исключение энергозатрат на приведенные выше операции. Возможность отработки месторождения полезных ископаемых в обводненных условиях без проведения каких-либо дополнительных операций.
Достигается это тем, что в способе открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых, включающий отработку карьерного поля, которую проводят попеременно из надводного и подводного забоев экскаватором, установленного на понтоне, используемого ранее при отработке карьерного поля в необводненной его части, при этом оставляют неотработанный целик карьерного поля в обводненной его части с минимальной высотой до уровня максимальной отметки обводнения карьерного поля, равной:
,
где а - эмпирический коэффициент, зависящий от грузоподъемности транспортных средств (а=f(р));
п
ε - коэффициент сцепления пород,
а максимальная высота неотработанных целиков должна обеспечивать разгрузку экскаваторов в транспортные средства, которую определяют из условия:
р
где Н - максимальная высота разгрузки экскаватора, м;
н
h - высота надводной части понтона, м;
тр
Н - высота транспортного средства, м.
Минимальная глубина воды между надводным и подводным забоями составляет:
г
п
max
Н=h+d+0,2,
п
где h - максимальная осадка понтона, м;
max
d - максимально возможный размер кусков породы или неотработанных целиков, м.
Высота подводного забоя составляет:
где  - максимальная глубина черпанья экскаватора, м.
Тип рабочего оборудования экскаватора для отработки карьерного поля выбирают из учета полной выемки полезных ископаемых при отработке обводненной части карьерного поля.
Применение экскаватора, установленного на понтоне, используемого ранее при отработке карьерного поля в необводненной его части позволит снизить затраты электроэнергии при создании системы водоотлива, а также снизить экономические затраты при приобретении нового оборудования, реконструируя ранее используемое оборудование.
При использовании заявляемого способа целесообразно отрабатывать попеременно верхний и нижний уступы для равномерного передвижения экскаватора по направлению перемещения фронта работ.
При использовании заявляемого способа целесообразно оставлять неотработанный целик с минимальной высотой до уровня максимальной отметки обводнения карьерного поля для перемещения наземного транспорта в случае его применения, а также максимальной высотой неотработанных целиков для обеспечения разгрузки экскаватора в наземное транспортное средство в случае его применения.
При использовании заявляемого способа целесообразна глубина воды между надводным и подводным забоями, позволяющая свободно и беспрепятственно передвигаться экскаватору, кроме того нужно учитывать максимальную высоту подводного забоя, которую сможет отработать экскаватор с учетом его технических возможностей.
Как показали результаты моделирования при использовании заявляемого способа обеспечивается достижение результата, при полого залегающих и неглубоких месторождениях, с исключением системы водоотлива. При более глубоких или крутопадающих залежах значительно снижается объем вод, необходимых для откачивания из карьера.
Выбор граничных значений параметров обусловлен тем, что, если параметры высот уступов с учетом уровня вод не будут соблюдаться, то экскаватор не сможет производить работы по выемке полезного ископаемого вследствие ограничения своих технических параметров. Сущность изобретения поясняется графически, где:
1 - экскаватор на понтоне;
2 - обводненная часть уступа;
3 - подводный уступ;
4 - комбинированный уступ с надводной и подводной частью.
На фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 и фиг.6 показана технология отработки месторождения.
На фиг.1, вид с боку, и фиг.2, вид сверху, показан процесс погрузки в транспорт, на данном чертеже в качестве примера изображен автотранспорт.
На фиг.3, вид с боку, и фиг.4, вид сверху, показан процесс отработки уступа для дальнейшего перемещения фронта работ и передвижения экскаватора.
На фиг.5, вид с боку, и фиг.6, вид сверху, показан процесс отработки уступа находящегося под водой.
Способ реализуется следующим образом:
Отработку карьерного поля в обводненной его части 2 проводят попеременно из надводного и подводного забоев 4 экскаватором 1, установленным на понтоне, используемым ранее при отработке карьерного поля в необводненной его части, при этом оставляют неотработанный целик карьерного поля в обводненной его части, с минимальной высотой до уровня максимальной отметки обводнения карьерного поля, равной:
,
где а - эмпирический коэффициент, зависящий от грузоподъемности транспортных средств (а=f(р));
п
ε - коэффициент сцепления пород,
а максимальная высота неотработанных целиков должна обеспечивать разгрузку экскаваторов в транспортные средства, которую определяют из условия:
р
где Н - максимальная высота разгрузки экскаватора, м;
н
h -высота надводной части понтона, м;
тр
Н - высота транспортного средства, м.
Минимальная глубина воды между надводным и подводным забоями составляет:
г
п
max
Н=h+d+0,2,
п
где h - максимальная осадка понтона, м;
max
d - максимально возможный размер кусков породы или неотработанных целиков, м.
Высота подводного забоя составляет:
где  - максимальная глубина черпанья экскаватора, м.
Экскаватор 1, находящийся на понтоне, который позволяет ему держаться на плаву в обводненных условиях части 2, после выемки пород или полезного ископаемого с подводного уступа 3 производит погрузку в транспорт, далее по аналогии с уступом 3 производит отработку уступа 4 с погрузкой в транспорт.
Способ поясняется примерами. В примере 1 описывается способ без обводненной части и неотработанного целика. Пример 2 на основе заявляемого способа.
п
р
тр
Пример 1. Золотороссыпное месторождение кор выветривания разрабатывается открытым способом с водоотливом. Выемка пород осуществляется гидравлическим экскаватором типа «обратная лопата» с верхней погрузкой в автотранспортные средства. Технологические параметры отработки составляют: высота уступа Н=5 метров; коэффициент сцепления пород ε=1,1; эмпирический коэффициент, зависящий от грузоподъемности транспортных средств а=0,9; максимальная высота разгрузки экскаватора Н=10 м; высота транспортного средства Н=3,5 м. В процессе отработки месторождения производится водоотлив грунтовых вод и поверхностных вод, затраты на водоотлив в год составляют 4 млн. рублей.
п
Пример 2. Золотороссыпное месторождение кор выветривания разрабатывается открытым способом без водоотливов. Выемка пород осуществляется гидравлическим экскаватором, ранее используемым при отработке месторождения, установленным на понтоне с верхней погрузкой в автотранспортные средства. Тип рабочего оборудования «обратная лопата» для полной выемки полезных ископаемых при отработке подводной части карьерного поля. При отработке карьерного поля в обводненной его части оставляют неотработанный целик с минимальной высотой  до уровня максимальной отметки обводнения карьерного поля при эмпирическом коэффициенте, зависящем от грузоподъемности транспортных средств а=0,9 и коэффициенте сцепления пород ε=1,1. Максимальная высота неотработанных целиков должна обеспечивать разгрузку экскаваторов в транспортные средства:
р
р
где Н - максимальная высота разгрузки экскаватора, Н=10 м;
н
н
h - высота надводной части понтона, h=0,3 м;
тр
тр
Н - высота транспортного средства, Н=3 м.
Минимальная глубина воды между надводным и подводным забоями составляет:
г
Н=0,4+0,3+0,2=0,9 м,
п
п
где h - максимальная осадка понтона, h=0,4 м;
max
max
d - максимально возможный размер кусков породы или неотработанных целиков, d=0,3 м.
Высота подводного забоя составляет:
где  - максимальная глубина черпанья экскаватора,
Затраты на водоотлив отсутствуют.
Из вышеприведенных примеров видно, что предлагаемый способ открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты за счет исключения мероприятий по установке водоотливного оборудования и его обслуживания.