СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
METHOD TO MINE BED DEPOSITS

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при разработке и рекультивации неглубоких карьеров, расположенных в осадочных породах, в том числе при добыче стройматериалов, угля, разработке россыпей.
Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с.111].
В настоящее время общая площадь нарушенных открытыми горными работами земель в России превышает три миллиона гектаров. Вопросы восстановления нарушенных земель в настоящий период весьма актуальны и включены в приоритетное направление развития науки и технологий «Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых». Вместе с тем восстановление земель и возврат их землепользователю чаще всего происходит после завершения добычных работ, спустя несколько лет и даже десятилетий после их нарушения. Вследствие этого зарастание рекультивированных земель начинается только после окончания эксплуатации запасов, что увеличивает сроки негативного воздействия нарушенных земель на окружающую среду.
Известен способ разработки и рекультивации неглубоких карьеров (глубина 2-8 м) с отвалами вскрышных пород, размещенных на одном или двух бортах (Зубченко Г.В., Сулин Г.А. Рациональное использование водно-земельных ресурсов при разработке россыпей. - М.: Недра, 1980, с.189-190, с.198-199). Рекультивация здесь сводится к переэкскавации всех или части породных отвалов в выработанное пространство и последующему выравниванию поверхности (прибортовой полосы карьера) под углом 3-6°.
Признаком, сходным с существующим признаком заявляемого способа, является переэкскавация породных отвалов в выработанное пространство.
Недостатком способа является значительное отставание сроков возврата земель от момента их нарушения, большая площадь нарушенных земель из-за размещения отвалов на бортах, а также двойной объем работ по выемке пород вскрыши и последующему их перемещению в выработанное пространство.
Известен также способ рекультивации при открытой разработке месторождений (а.с. №1062392, кл. E21C 41/00/ В.И. Горкунов, B.C. Завалишин, К.З. Валиев, опубликовано 23.12.83, бюл. №47), включающий перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы.
Общими признаками аналога с заявленным объектом является выполаживание бортов и засыпка дна карьера.
2
3
Недостатком указанного способа, также как и предыдущего, является невозможность осуществления ускоренного восстановления нарушенных земель с использованием предложенных технических решений, а также двойная перевалка вскрышных пород: вначале на борт карьера, а затем в выработанное пространство. Кроме того, из-за складирования вскрышных пород на борт карьера растет землеемкость (м/м) горных работ.
Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых и рекультивации карьеров [патент №2018669 кл. E21C 41/00 / В.Л. Гутаускас, Б.П. Саукявичюс, опубл. 30.08.1994].
Общими признаками аналога с заявленным техническим решением являются одновременность отработки вскрышных пород и полезного ископаемого в заходках, а также укладка вскрышных пород в выработанное пространство.
Недостатком указанного способа является то, что первоначально сформированный борт карьера рекультивируется только после завершения добычных работ. Последнее ведет к переносу сроков возврата земель землепользователю (а соответственно и их зарастания) на конец отработки запасов. Кроме того, размещение первоначального отвала на борту карьера увеличивает площадь нарушенных земель.
Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ разработки труднодрагируемых россыпей (а.с. №1788267 A1, кл. E21C 41/32 / Б.Л. Тальгамер, А.В. Гуричев, В.А. Кудряшев от 12.07.1990).
Общими признаками прототипа с заявленным способом являются одновременная отработка экскаватором вскрышных пород и полезного ископаемого, отсыпка отвала на подстилающие породы в выработанное пространство к бортам заходки.
Сопоставительный анализ заявленного технического решения с прототипом показывает, что основным недостатком последнего является необходимость последующей рекультивации нарушенных земель, а также задержка восстановления растительности на период опережения вскрышных работ относительно рекультивации.
Заявленное техническое решение направлено на совмещение вскрышных, добычных и рекультивационных работ, что позволяет ускорить процесс возврата земель землепользователю, а также сократить объем земляных работ по перевалке вскрышных пород.
Технический результат заключается в обеспечении ускоренного восстановления экосистем нарушенных горными работами земель за счет совмещения вскрышных, добычных и рекультивационных работ.
Технический результат достигается тем, что вскрытие полезного ископаемого осуществляется траншеей, пройденной вдоль границы запасов, а отсыпку отвалов производят на подстилающие породы в выработанное пространство у нерабочего борта карьера с одновременным его выполаживанием. В случае недостатка вскрышных пород для выполаживания борта карьера осуществляют предварительную подготовку месторождения путем создания временного отвала в намеченных контурах траншеи и отработку вскрышных пород производят совместно с отработкой временного отвала. В случае избытка вскрышных пород, необходимых для выполаживания борта карьера, подготовку месторождения осуществляют путем удаления избытка вскрышных пород за пределы намеченных контуров траншеи.
Проходка траншеи при вскрытии вдоль границы запасов по периметру месторождения позволяет сформировать нерабочие борта карьера в соответствии с требованиями горнотехнической рекультивации и обеспечить возможность их зарастания сразу же после выемки полезного ископаемого.
Отсыпка отвала вскрышных пород у нерабочего борта с выполаживанием последнего позволяет исключить последующие рекультивационные работы.
Одновременное проведение двух указанных выше операций позволяет ускорить процесс восстановления нарушенных земель при сокращении объемов земляных работ, в т.ч. за счет исключения переэкскавации вскрышных пород.
Из уровня техники неизвестны признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного способа, однако неизвестны признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого способа.
Известна спиральная система разработки россыпей [Шорохов С.М. Технология и комплексная механизация разработки россыпных месторождений - М.: Недра, 1973. - с 538], при которой отработка запасов начинается от внешней границы площади к середине. Такая система применяется для создания значительного опережения подготовительных работ при разработке широких россыпей и позволяет вскрышные породы, снимаемые с внутренней заходки, размещать в выработанном пространстве внешней заходки, что сокращает расстояние транспортирования. В заявленном техническом решении вскрышные породы размещаются в пределах той же отрабатываемой заходки.
Известный признак не предусматривает ускорение отработанных земель в экосистему, так как работы по рекультивации здесь будут проводиться позже. Кроме того, отвалы вскрышных от первой (вскрышной) заходки складируются за пределами границы запасов, что увеличивает площадь нарушенных земель.
Известны способы отсыпки вскрышных пород в выработанное пространство, в т.ч. с расположением их у нерабочего борта карьера. Однако при этом не выполняется одновременно формирование поверхности отвала с учетом требований рекультивации, и не обеспечивается ускоренное восстановление отработанных земель.
Таким образом, из уровня техники неизвестно влияние сходных с отличительными признаков на достигаемый технический результат, заключающийся в обеспечении ускоренного восстановления экосистемы земель за счет совмещения вскрышных, добычных и рекультивационных работ.
Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена план-схема разработки месторождения с указанием направления заходок экскаватора, где
1 - граница запасов;
2 - вскрывающая траншея;
3 - заходки в центральной части месторождения.
На фиг.2 представлена технологическая схема вскрытия запасов траншеей с размещением отвалов вскрышных пород у нерабочего борта карьера с выполаживанием последнего.
Позиции 1-3 те же, что и на фиг.1.
4 - полезное ископаемое в целике;
5 - подстилающие породы;
6 - вскрышные породы;
7 - контур вскрывающей траншеи;
8 - временный склад полезного ископаемого;
9 - отвал вскрышных пород;
10 - нерабочий борт карьера;
11 - выположенный борт.
На фиг.3 представлена технологическая схема отработки заходки, примыкающей к вскрывающей траншее, с размещением вскрышных пород на подстилающие породы (дно карьера), а полезного ископаемого на рабочий борт. Позиции 1-11 те же, что и на фиг.2.
На фиг.4 представлена технологическая схема разработки месторождения при избытке вскрышных пород. Позиции 1-11 те же, что и на фиг.1-3.
12 - выработка после удаления избытка вскрышных пород;
13 - временный отвал из вскрышных пород.
На фиг.5 представлена технологическая схема отработки месторождения при недостатке вскрышных пород. Позиции 1-11 те же, что и на фиг.1-4.
14 - выработка после перемещения недостающего количества вскрышных пород с заходки в контуры траншеи;
15 - насыпь в контурах траншеи, компенсирующая недостаток вскрышных пород.
Способ разработки пластовых месторождений осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности экскаватор типа драглайн начинает проходку вскрывающей траншеи 2 по периметру месторождения вдоль границы запасов 1. На первом этапе в начале вскрывающей траншеи 2 формируют выработку с временным размещением вскрышных пород на борту карьера. После выемки полезного ископаемого 4 на подстилающие породы 5 у нерабочего борта 10 производят укладку вскрышных пород 6 с выполаживанием борта 11 в соответствии с требованиями горнотехнической рекультивации в зависимости от принятого направления (водохозяйственное, рекреационное, природоохранное и т.д.). Полезное ископаемое 4 укладывают во временный склад 8 (или сразу в транспортное средство) с последующей вывозкой потребителю.
При большой мощности вскрышных пород вместимость отвала 9 в пределах контура 7 вскрывающей траншеи 2 может быть недостаточной для размещения всего объема пород без подсыпки рабочего борта и полезного ископаемого. В этом случае производят частичную выемку вскрышных пород в пределах контура 7 вскрывающей траншеи 2 с созданием выработки 12 и временным размещением пород во временный отвал 13. Данная операция позволяет выполаживать борт 9 без подсыпки пласта полезного ископаемого 4. В последующем при отработке примыкающей к вскрывающей траншее 2 заходки 3 вместимость отвала в выработанном пространстве возрастает и все вскрышные породы в пределах заходки 3 совместно с временным отвалом 13 складируются на подстилающие породы (дно) и выположенный борт 9.
При разработке многих месторождений полезных ископаемых мощность пустых пород, перекрывающих пласт полезного ископаемого, невелика, поэтому вскрышных пород недостаточно для выполаживания бортов и засыпки выработанного пространства (в том числе месторождения песчано-гравийной смеси, песка, глины; россыпи).
При незначительной мощности вскрышных пород их количества в пределах контуров 7 вскрывающей траншеи 2 может быть недостаточно для выполаживания борта карьера в соответствии с требованиями горнотехнической рекультивации. В этом случае недостающая часть вскрышных пород доставляется в контур траншеи 2 с площади примыкающих к траншее заходок 3 в центральной части месторождения. При этом за контуром 7 траншеи 2 создают выработку 14, а в контурах траншеи формируют насыпь 15. В последующем при проходке траншеи 2 вскрышные породы 6 совместно с насыпью 15 перекладываются в выработанное пространство с выполаживанием борта 9.
Параметры выработок 12 (фиг.4) и 14 (фиг.5) устанавливаются расчетом, учитывающим горнотехнические условия залегания месторождения и выбранное направление рекультивации. Ширину вскрывающей траншеи по верху с учетом нормального размещения пород вскрыши у нерабочего борта (см. фиг.2) можно определить по формуле
<mrow><mi>A</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>H</mi><mi>в</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>H</mi><mi>п</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">(</mo><mn>1,5</mn><mo>⋅</mo><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><msub><mi>α</mi><mi>о</mi></msub><mo>+</mo><mn>0,5</mn><mo>⋅</mo><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><msub><mi>α</mi><mi>о</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><msub><mi>k</mi><mi>р</mi></msub><mo>⋅</mo><msubsup><mi>H</mi><mi>в</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>α</mi></mrow><mrow><msub><mi>H</mi><mi>п</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>H</mi><mi>в</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>k</mi><mi>р</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mrow>
в
п
p
о
где A - ширина вскрывающей траншеи по верху, м; H - мощность вскрышных пород, м; H - мощность пласта полезного ископаемого, м; k - коэффициент разрыхления пород; α - угол откоса выположенного борта, град; α - угол откоса бортов траншеи, град.
При невозможности обеспечить проходку вскрывающей траншеи расчетной ширины имеющимся экскаватором необходимо удаление избытка вскрыши за контуры траншеи.