Результат интеллектуальной деятельности: Способ отработки глубоких карьеров в криолитозоне

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и создано применительно к горнотехническим условиям разработки глубокозалегающих кимберлитовых трубок в экстремальных климатических условиях криолитозоны Севера.

Известен способ отработку глубоких карьеров с отстройкой их бортов крутыми откосами с применением скважинных зарядов различной конструкции обеспечивающих сохранение целостности законтурного массива в устойчивом состоянии (см. SU №1707201, кл. Е21С41/26, Е21С37/00, опубл. 23.01.1992).

Недостатком известного способа являются значительные объемы производства буровзрывных работ, снижающих в целом эффективность технического решения.

Известен способ отработки глубоких горизонтов карьера при отстройке его нерабочих бортов с наклонным расположением предохранительных берм, обеспечивающий снижение объемов работ в контуре отработки карьера за счет увеличения генеральных углов откосов борта (см. Галкин А.М., Галкин В.А., Попов В.Н. Опыт проектирования и строительства карьеров с наклонными предохранительными бермами. – М.: Обзорная информация, серия: Горное дело, 1977, 37 с.).

Недостатком известного решения является увеличение объемов горноподготовительных работ по проходке наклонных берм, снижающих темпы понижения горных работ и в целом эффективность способа.

Известен также способ отработки глубокого карьера, обеспечивающий экологически безопасный режим эксплуатации месторождения за счет отработки крутопадающей залежи путем разделения ее на этапы и формирования рациональной схемы развития фронта горных работ (см. П.И. Томаков, В.С. Коваленко, А.И. Михайлов, А.Т. Калашников. Экология и охрана природы при открытых горных работах. – М.: Изд-во МГГУ. – 1994, 418 с. – С. 98-156).

Недостатком известного способа является сложность технологической схемы, а также трудоемкость создания защитных сооружений, дороговизна их конструктивных элементов, которые, в конечном итоге, снижают эффективность технологического решения.

Известен комплексный способ переработки минерального сырья при отработке глубоких горизонтов карьера позволяет попутно извлечь из кимберлитов все сопутствующие мелкие ценные минералы, необходимые для металлургического, ювелирного и сварочного производств (см. Андросов А.Д., Седалищева С.И. Эффективные технологии отработки глубоких карьеров в криолитозоне. – Сб. статей межд. научн.-практ. конференции «Инновационные технологии в науке нового времени», Уфа, НИЦ АЭТЕРНА, ч.3 – 244 с. – С.108-113).

Недостатком способа является необходимость создания на борту карьера мини-металлургического производства по переработке бедных руд, которые теряются в процессе горнообогатительного производства. Кроме того, мелкие ценные минералы также содержатся на хвостах обогатительных фабрик и беднотоварных кимберлитовых трубках.

Известен способ безвредного захоронения отходов горнообогатительных производств на открытом пространстве окружающей природной среды (см. RU №2310076, кл. Е21С 41/26, опубл. 10.11.2007).

При этом, известному решению присущи ограниченная область применения ввиду захоронения отходов горнообогатительных производств в открытом пространстве природной среды, пагубно влияющих на экологическую ситуацию в регионе ведения горных работ.

Кроме того, известны комплексные решения, сочетающие многообразие способов отработки глубоких горизонтов карьера, а также технологий безвзрывной выемки кимберлитов, экологически безопасного захоронения отходов вредных производств и восстановления нарушенных горными работами земель.

Таким образом, по способу отработки глубоких карьеров при отстройке их бортов сооружаются параллельные транспортные и предохранительные бермы, располагаемые во встречном направлении (см. SU №621875, кл. Е21С41/02, опубл. 30.08.78). При этом, неизбежен частичный разнос нерабочего борта карьера, сопровождающийся выемкой дополнительных объемов вскрыши для расширения его контуров.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ отработки глубоких карьеров с формированием нерабочих бортов уступами переменной высоты, укреплением откосов уступов с помощью мерзлотозащитного покрытия, сооружением на транспортной берме улавливающей траншеи с защитным валом, ориентированным вдоль откоса (см. RU №2034150, кл. Е21С41/26, опубл. 30.04.95).

Недостатком данного способа является низкая эффективность разработки месторождения глубокими карьерами в условиях криолитозоны, обусловленные значительными расстояниями транспортирования горной массы по горизонтам карьера, ухудшением условий эксплуатации горнотранспортного оборудования и экологической ситуации в регионе ведения горных работ, возрастанием затрат, вызванных захоронением вредных отходов в открытом пространстве природной среды.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности разработки месторождений глубокими карьерами в условиях криолитозоны.

Для решения поставленной задачи по способу отработки глубоких карьеров в криолитозоне спиральные стволы в зоне освоения глубоких горизонтов располагают во встречном направлении, от мест их пересечения проходят квершлаги к рудному телу, откосы крутых и устойчивых бортов формируют комбайнами с фрезерными исполнительными органами, разработку горных пород при безвзрывной технологии ведут рыхлителями с частичным использованием для их доразрушения лазерной технологической установки, снижение загазованности карьерного пространства осуществляют применением горнотранспортного оборудования с двигателями на газовом топливе, для комплексного извлечения запасов минерального сырья на борту карьера создают склад руды для технологии безотходной переработки, нарушенные участки земной коры восстанавливают последовательной засыпкой с использованием скользящих съездов, вначале вскрышными породами, затем песком, а верхний слой покрывают черноземом с посадкой на них плодово-ягодных растений, безвредное захоронение отходов горно-обогатительных производств выполняют с учетом рельефа поверхности земли путем сооружения заградительной дамбы из бетонной стенки и отсыпкой наружной ее стороны пустыми породами.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

В предлагаемом способе новыми признаками в сравнении с прототипом являются:

- формирование встречных спиральных стволов вокруг рудного тела и квершлагов к нему;

- использование комбайнов с фрезерными исполнительными органами для формирования крутых и устойчивых бортов карьера;

- разработка горных пород при безвзрывной технологии с частичным использованием для их доразрушения лазерной технологической установки (ЛТУ);

- снижение загазованности карьерного пространства за счет применения горнотранспортного оборудования с двигателями на газовом топливе;

- комплексная переработка минерального сырья при попутном извлечении мелких ценных минералов (МЦМ);

- восстановление нарушенного участка земной коры последовательной отсыпкой различными породами и черноземом для выращивания плодово-ягодных растений;

- безвредное захоронение отходов горных производств в открытом пространстве природной среды с использованием бетонных заградительных дамб в сочетании со вскрышными породами.

Указанные новые признаки исключают недостатки существующих способов отработки глубоких карьеров в криолитозоне и обеспечивают следующие усиленные новые положительные свойства:

- формирование встречных спиральных стволов вокруг рудного тела и квершлага к нему сокращают среднее расстояние транспортирования горных пород от горизонтов карьера;

- сооружение крутых и устойчивых бортов карьера комбайнами с фрезерными исполнительными органами значительно снижают объемы горных работ в контуре отработки карьера;

- безвзрывная выемка кимберлитов с частичным использованием лазерной технологической установки повышает качество проработки подошвы уступов в процессе ведения горных работ;

- использование автосамосвалов на газовом топливе при отработке глубоких горизонтов улучшает санитарно-гигиенические условия труда для работающего персонала;

- попутное извлечение мелких ценных минералов, содержащихся в рудах, приносит дополнительный доход предприятию благодаря реализации их на рынке драгоценных камней;

- отсыпка нарушенных участков земной коры плодородным растительным слоем улучшает социально-культурный быт проживающего в данном регионе населения;

- захоронение отходов вредных производств в специально оборудованных хранилищах снижает вредные выбросы от предприятий в окружающую природную среду.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами: на фиг. 1 схематически показан поперечный разрез карьера с встречным расположением спиралевидных стволов с квершлагами; на фиг. 2 – схема работы комбайна с фрезерным исполнительным органом на уступе при формировании крутого и устойчивого борта карьера; на фиг. 3 – схема размещения оборудования на рабочей площадке уступа; на фиг. 4 – схема расположения склада руды с заградительной дамбой на борту карьера; на фиг. 5 – восстановленный участок поверхности земли с посадками плодово-ягодных растений; фиг. 6 – расчетная схема к определению основных технико-экономических показателей способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Карьер до глубины отработан с транспортированием горной массы автосамосвалами 1 по спиральным съездам 2, расположенным на его борту (см. фиг. 1). На данной глубине оставляются рабочие площадки 3, от которых проходят наклонные спиралевидные стволы 4, противоположно направленные друг к другу. От мест пересечения наклонных стволов на глубинах , , , и т.д. проходят квершлаги 5, соединяющие рудное тело 6 с данными стволами. Таким образом, для отработки глубоких горизонтов карьера создают новую транспортную схему: забой рудный – квершлаг – наклонные спиралевидные стволы – спиральные съезды на борту карьера. Карьер ниже глубины отрабатывают открытым выработанным пространством уступами 7 с постановкой крутого и устойчивого борта 8 в предельное положение. При этом крутой и устойчивый борт 8 формируют комбайном с фрезерным исполнительным органом 9 с отработкой приконтактной зоны ослабленных от взрывов многолетнемерзлых пород 10 путем шлифования откосов фрезой (см. фиг. 2).

В процессе перемещения экскаваторных забоев при отработке уступов экскаватор 11 производит погрузку горной массы 12 в автосамосвалы 13 (см. фиг. 3). В процессе перемещения экскаваторного забоя по подошве уступа всегда остаются бугры 14 от некачественной проработки подошвы в результате выполнения буровзрывных работ. Для ликвидации таких бугров с целью улучшения дорожных условий при эксплуатации автосамосвалов используют бульдозер-рыхлитель 15 в комплексе с лазерной технологической 16, способствующей лучшему разрушению данных бугров.

В процессе углубки карьера горными работами пересекаются водоносные пласты 17 (см. фиг. 4). Водоносные пласты представлены рассолами, насыщенными сероводородом и многими другими химическими соединениями, а следовательно, окружающие породы 18 также насыщены рассолами. Поэтому с целью снижения вредного влияния горных работ на окружающую природную среду на борту карьера, для безвредного захоронения отходов 19 горно-обогатительных производств сооружают заградительную дамбу из бетонной стенки 20, а наружную ее сторону отсыпают вскрышными породами 21.

Последствиями ведения открытых разработок является нарушение участков земной коры, ландшафта и т.д. Для восстановления таких участков поверхности земли отвалы пустых пород отсыпают последовательными слоями (см. фиг. 5). Вначале отсыпают предотвал 22, который покрывают определенным слоем щебня 23. Затем поверх щебня наносят слой песка 24, после которого производят отсыпку поверхности отвала черноземом 25 и планируют бульдозерами 26 для последующей посадки плодово-ягодных растений 27. Все указанные работы выполняют с использованием скользящих съездов 28, которые постоянно перемещаются по мере развития фронта отвала.

Таким образом, на разрушенном пространстве природной среды будет создана окультуренная зона для улучшения социального быта проживающего в этом регионе населения. А в целом такое горнодобывающее предприятие представляет глубокий карьер будущего с экологически безопасными параметрами и эксплуатируемый в экстремальных условиях криолитозоны Севера.