Результат интеллектуальной деятельности: Способ открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано при открытой разработке обводненных месторождений полезных ископаемых. По описанной технологии разрабатывают нескальные горные породы, пригодные для выемки средствами гидромеханизации.

Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых с притоком грунтовых вод (патент RU 2521002 С1, 27.06.2014, E21C41/26), включающий сооружение гидроотвала, вскрытие и отработку карьерного поля. На уступе нерабочего борта карьера, расположенного со стороны максимальной отметки уровня грунтовых вод в контуре карьерного поля, устанавливают контрфорсный противофильтрационный экран ниже уровня грунтовых вод за пределами призмы возможного обрушения нижележащего уступа, на всю длину слоя грунтовых вод, причем высоту H контрфорсного экрана определяют из установленного условия.

Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: вскрытие и отработка карьерного поля, сооружение гидроотвала.

Недостатком этого способа является большая сложность и высокая стоимость возведения контрфорсного противофильтрационного экрана, что существенно снижает эффективность и надежность способа, а также приводит к значительному увеличению затрат при разработке месторождений полезных ископаемых.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ разработки обводненных месторождений полезных ископаемых (патент RU 2504657 С1, 20.01.2014, E21C41/26), включающий вскрытие карьерного поля котлованом и заполнение его водой, установку в нем добычного устройства, выемку карьерного поля горизонтальными слоями сверху вниз с регулированием уровня воды вслед за отработкой слоев, при этом заполненный водой карьер делят на зоны: подготавливаемая к выемке, рабочая зона месторождения и отработанная зона месторождения, и в каждой зоне устанавливают водонепроницаемые экраны, ограждающие их от общего карьерного поля, при этом каждую зону дополнительно ограничивают перегородками и регулируют уровень воды, обеспечивая его повышение или понижение в рабочей зоне при установленных условиях.

Общими признаками прототипа и предлагаемого способа являются: вскрытие и отработка карьерного поля, состоящая из последовательной отработки вскрышных и добычных уступов, после чего производят регулирование уровня воды в выработанном карьерном пространстве для предотвращения подтопления нижнего уступа.

Недостатком этого способа является сложная и затратная технология добычи полезных ископаемых, вызванная необходимостью использования дополнительного горного оборудования при возведении водонепроницаемых экранов и перегородок, ограждающих рабочую зону месторождения и отработанную зону месторождения от общего карьерного поля, в том числе от подтопления, что существенно снижает эффективность и надежность способа.

Проблема заключается в повышении эффективности способа открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых за счет упрощения способа путем исключение операций по осушению месторождения и складирования основного объема вскрышных пород в гидроотвале вскрышных пород, формируемом в выработанном карьерном пространстве, при сокращении затрат и повышении общей безопасности, а также в повышении надежности способа за счет использования традиционного и апробированного горного оборудования, в отличие от прототипа.

Решение проблемы достигается тем, что в способе открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых, включающем вскрытие и отработку карьерного поля, состоящую из последовательной отработки вскрышных и добычных уступов, после чего производят регулирование уровня воды в выработанном карьерном пространстве для предотвращения подтопления нижнего уступа, согласно техническому решению при каждой очередной заходке отработку верхних вскрышных уступов производят последовательно сверху вниз с перемещением гидросмеси вскрышных пород в гидроотвал вскрышных пород, нижний вскрышной уступ отрабатывают с перевалкой вскрышных пород в насыпь, после отработки вскрышных уступов производят отработку добычных уступов, а по почве нижнего пласта по всей ширине дна карьера проходят водоприемную траншею для сбора атмосферных осадков и подземных вод и для регулирования уровня воды в выработанном карьерном пространстве с перевалкой пород в насыпь, выполняющую, совместно с насыпью от перевалки вскрышных пород нижнего вскрышного уступа, функции оградительной дамбы гидроотвала вскрышных пород.

Указанная совокупность признаков позволит упростить способ, исключив затратные операции по осушению месторождений, рационально использовать в замкнутом технологическом цикле выемки и транспортирования вскрышных пород карьерные воды, аккумулируемые в водоприемной траншее, позволяющей вести регулирование уровня воды для предотвращения подтопления нижнего уступа, складировать основной объем вскрышных пород в гидроотвале вскрышных пород, размещаемом в выработанном карьерном пространстве, что также позволит повысить надежность способа и снизить затраты на его реализацию.

Складирование основного объема вскрышных пород в гидроотвале вскрышных пород, формируемом в выработанном карьерном пространстве, позволит значительно сократить расстояние транспортирования вскрышных пород и снизить площадь земель, изымаемых для размещения внешних отвалов вскрышных пород, что, в свою очередь, позволит существенно сократить затраты на складирование вскрышных пород и повысить экологическую безопасность открытых горных работ.

Целесообразно при проходке водоприемных траншей соблюдать условие:

V_тр > (V_ао + V_пв + V_фв) – (V_гв + V_ив),

где V_тр – объем водоприемной траншеи, м³

V_ао – приток атмосферных осадков, м³/сутки

V_пв – приток подземных вод, м³/сутки

V_фв – приток воды в результате фильтрации из гидроотвала вскрышных пород, м³/сутки

V_гв – расход воды на нужды гидромеханизации вскрышных работ, м³/сутки

V_ив – потери воды в процессе ведения вскрышных работ, м³/сутки.

Это позволит не допустить подтопления нижнего уступа за счет контроля уровня воды в водоприемной траншее, что в свою очередь позволит повысить общую безопасность способа и сократить затраты на проведение работ.

Сущность технического решения поясняется примером конкретной реализации способа открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых (далее - способ) и чертежами фиг. 1-2, где на фиг. 1 изображена схема реализации предлагаемого способа, вид сверху, на фиг. 2 – разрез А-А на фиг. 1.

Способ реализуют следующим образом. Карьерное поле вскрывают системой въездных и разрезных траншей, отработку верхних вскрышных уступов 1 (фиг. 2) производят последовательно сверху вниз гидромониторно-землесосными комплексами с перемещением гидросмеси вскрышных пород в гидроотвал 2 вскрышных пород. Нижний вскрышной уступ 3 отрабатывают экскаватором-драглайном 4 (фиг. 1) с перевалкой вскрышных пород в насыпь 5 (фиг. 2). Отработку добычных уступов 6 производят экскаваторно-автомобильными комплексами после отработки вскрышных уступов 1 и 3. По почве нижнего пласта по всей ширине дна карьера экскаватором-драглайном 4 (фиг. 1) проходят водоприемную траншею 7 (фиг. 2) с перевалкой вскрышных пород в насыпь 8, выполняющую совместно с насыпью 5 функции оградительной дамбы гидроотвала 2 вскрышных пород. При этом соблюдение геометрических параметров водоприемной траншеи 7 по условию:

V_тр > (V_ао + V_пв + V_фв) – (V_гв + V_ив),

где V_тр – объем водоприемной траншеи, м³

V_ао – приток атмосферных осадков, м³/сутки

V_пв – приток подземных вод, м³/сутки

V_фв – приток воды в результате фильтрации из гидроотвала вскрышных пород, м³/сутки

V_гв – расход воды на нужды гидромеханизации вскрышных работ, м³/сутки

V_ив – потери воды в процессе ведения вскрышных работ, м³/сутки,

позволит регулировать уровень воды путем увеличения объема водоприемной траншеи 7 или путем откачки излишних притоков воды, избежать подтопления нижнего, например, добычного уступа 6 (фиг. 2) без осушения месторождения и обеспечить экологическую безопасность работ.

Указанные операции повторяют при каждой очередной заходке.