СПОСОБ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
OPEN MINING METHOD FOR MINERAL DEPOSITS

Изобретение относится к горной промышленности, точнее к открытым разработкам мощных месторождений при применении техники непрерывного действия.
Известно, что при разработке горизонтального и полого залегания месторождений при применении конвейерного транспорта необходимо систематически производить работы по наращиванию става магистральных конвейеров, приводящие к вынужденной остановке всех конвейерных линий, находящихся в технологической связи (Теория и практика открытых разработок. М.: «Недра», 1973. 636 с. Авт.: Н.В.Мельников, А.И.Арсентьев, М.С.Газизов и др., с.271).
Указанный способ характеризуется высокой трудоемкостью работ по наращиванию става магистральных конвейеров, снижающей эффективность технологии непрерывного действия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, горизонтального и пологого залегания мощных месторождений при применении техники непрерывного действия. Способ включает разработку вскрышных пород, выемку полезного ископаемого и внутреннее отвалообразование, разработку вскрышных пород производят клиновидными заходками с полной выемкой клина при условии параллельности линий нижней бровки внутреннего отвала со стороны добычной зоны, осевой линии хода экскаватора при отработке нижнего добычного подуступа уступа, осевой линии хода перегружателя, нижней и верхней бровки нижнего добычного уступа последующей заходки, осевых линий забойных конвейеров для транспортировки полезного ископаемого при выемке нижнего и верхнего добычных подуступов, осевой линии хода экскаватора при отработке верхнего добычного подуступа уступа, нижней и верхней бровки верхнего добычного уступа последующей заходки, осевой линии хода вскрышного экскаватора, нижней и верхней бровки вскрышного уступа последующей заходки. А при повороте фронта горных работ от первоначального положения на 90 градусов производят работы по укорачиванию става магистрального конвейера и удлинение забойного, осуществляющих транспортирование полезного ископаемого верхнего подуступа, на величину, равную межосевому расстоянию между конвейерами для радиального поворота забойных конвейеров относительно пункта перегрузки полезного ископаемого с забойных на магистральные конвейеры, и при повороте вскрышного фронта горных работ на 180 градусов дальнейшую разработку осуществляют параллельно оси карьерного поля. [Патент RU №2394157 С1, Е21С 41/26, 26.05.2009, опубл. 10.07.2010].
Такой вариант раскройки карьерного поля имеет округлую форму, что затрудняет развитие горных работ в плане.
Основной задачей изобретения является снижение трудоемкости, повышение эффективности, рациональное извлечение полезного ископаемого и безопасность ведения горных работ.
Поставленная задача достигается тем, что в способе открытой разработки месторождения полезного ископаемого при веерном продвигании фронта работ, включающем проходку капитальной траншеи, строительство разрезной траншеи, монтаж транспортных коммуникаций, выемку полезного ископаемого уступами посредством выемочного-погрузочного комплекса непрерывного действия при веерном продвигании фронта работ, согласно изобретению при продвижении веерного фронта работ одновременно разрабатывают целики полезного ископаемого, расположенные за границей веерного фронта, отгрузку полезного ископаемого из целиков производят на транспортные коммуникации и вначале определяют площадь клиновидной заходки при веерном продвигании фронта в соответствии с условием:
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>с</mi><mi>е</mi><mi>к</mi><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>π</mi><mo>⋅</mo><msubsup><mi>L</mi><mi>ф</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><msub><mi>α</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><mn>360</mn></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
ф
где L - длина фронта работ, м;
i
α - угол поворота фронта работ, град,
затем определяют площадь клиновидной заходки с учетом целика в соответствии с условием:
<mrow><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>L</mi><mi>ф</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><mi>t</mi><mi>g</mi><mo stretchy="false">(</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msub><mi>α</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo></mrow>
ф
где L - длина фронта работ, м;
i
α - угол поворота фронта работ, град.,
а для одновременного продвижения веерного фронта работ с отработкой целиков, определяют его объем, в соответствии с условием:
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>ц</mi></msub><mo>=</mo><mi>H</mi><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>с</mi><mi>е</mi><mi>к</mi><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo></mrow>
где Н - средняя мощность полезного ископаемого, м;
i
2
S - площадь клиновидной заходки с учетом целика, м;
i-1 -
2
S площадь предыдущей клиновидной заходки с учетом целика, м;
i(сектор)
2
S - площадь клиновидной заходки, м.
Данный способ иллюстрируется графически, на фиг.1 представлена математическая зависимость объема целика полезного ископаемого от угла поворота фронта горных работ, где по оси X дан угол поворота фронта работ, а по оси Y - объем целика полезного ископаемого, фиг.2 - схема ведения горных работ в плане (фронт <90°) и фиг.3 - схема ведения горных работ в плане (фронт >90°), где 1 - капитальная траншея; 2 - разрезная траншея; 3 - транспортные коммуникации; 4 - выемочно-погрузочный комплекс непрерывного действия; 5 - отвал; 6 - целик полезного ископаемого; 7 - выемочно-погрузочный комплекс цикличного действия; 8 - граница карьерного поля.
Способ заключается в следующем. С использованием известной технологии и средств проходится капитальная траншея 1 и разрезная траншея 2, в которых размещаются транспортные коммуникации 3. Выемку полезных ископаемых производят при веерном продвигании фронта работ с помощью выемочно-погрузочного комплекса непрерывного действия 4 и складированием пустой породы в отвал 5. При такой системе разработки неизбежно остаются целики полезного ископаемого 6, для их устранения было предложено одновременно с веерным продвиганием фронта работ отрабатывать целики полезного ископаемого 6 выемочно-погрузочным комплексом цикличного действия 7, с продвиганием горных работ в границах карьерного поля 8, отгрузкой полезного ископаемого на транспортные коммуникации 3 и складированием пустой породы в отвал 5. После продвижения фронта работ на угол более 90° идет перегон выемочно-погрузочного комплекса цикличного действия 7 на противоположный целик полезного ископаемого 6 для дальнейшей отработки карьерного поля.
Для планирования развития горных работ необходимо определить объем целика полезного ископаемого, для этого рассмотрим схему ведения горных работ в плане (фронт <90°) фиг.2.
Находим площадь клиновидной заходки полезного ископаемого выемочно-погрузочным комплексом непрерывного действия:
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>с</mi><mi>е</mi><mi>к</mi><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>π</mi><mo>⋅</mo><msubsup><mi>L</mi><mi>ф</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><msub><mi>α</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><mn>360</mn></mrow></mfrac><mtext>,                                           (1)</mtext></mrow>
ф
i
где L - длина фронта работ, м; α - угол поворота фронта работ, град.
i
Продлевая линию контура заходки выемочно-погрузочного комплекса непрерывного действия L, до границы карьерного поля, образуется треугольник S - площадь отработки клиновидной заходки с учетом целика, которую находим по формуле
<mrow><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>L</mi><mi>ф</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><mi>t</mi><mi>g</mi><mo stretchy="false">(</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msub><mi>α</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></mfrac><mtext>,                                    (2)</mtext></mrow>
ф
i
где L - длина фронта работ, м; α - угол поворота фронта работ, град.
Объем целика полезного ископаемого определяется по формуле:
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mi>H</mi><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>с</mi><mi>е</mi><mi>к</mi><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo><mtext>                    (3)</mtext></mrow>
где Н - средняя мощность полезного ископаемого, м.
i
2
S - площадь отработки клиновидной заходки с учетом целика, м
i-1
2
S - площадь предыдущей клиновидной заходки с учетом целика, м;
i(сектор)
S - площадь клиновидной заходки, м.
С учетом этих формул была выведена математическая зависимость объема целика полезного ископаемого от угла поворота фронта горных работ фиг.1.
Из графика видно, что с увеличением угла поворота фронта горных работ возрастает площадь целика полезного ископаемого. Максимальный показатель объема целика достигается при угле поворота фронта горных работ в 45° и при дальнейшем развитии уменьшается, это позволяет планировать распределение мощности выемочно-погрузочного комплекса цикличного действия, что в свою очередь определяет снижение трудоемкости, повышение эффективности, рациональное извлечение полезного ископаемого и безопасного ведения горных работ.