СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к горно-добывающей промышленности и может быть использовано при открытой комбинированной разработке пластовых месторождений с двумя угольными пластами, с поочередной выемкой пластов и междупластья и технологией вскрышных работ на базе транспортно-бестранспортной системы разработки.

Известен способ бестранспортной разработки вскрышных пород для поочередной выемки двух угольных пластов и междупластья, включающий ряд усложненных технологических схем [1].

Общим в этих схемах является наличие подготовленного пространства со стороны внутренних отвалов для укладки внешней и внутренней вскрыши (междупластья). Междупластье может разрабатываться как непосредственно с его кровли, так и с предотвала. Экскавация по этим схемам осуществляется с верхним и нижним черпанием, и предусматривается последовательная расстановка оборудования (работа друг за другом). Основным недостатком этих схем являются значительные объемы переэкскавации, неадаптированность их к условиям месторождений зоны многолетней мерзлоты (криолитозоны).

Месторождения криолитозоны характеризуются такими особенностями, при которых прямое использование вышеуказанных технологических схем невозможно. К этим особенностям следует отнести обязательную буровзрывную подготовку, смерзание взорванных пород после взрыва, невозможность работы с верхним черпанием и обычно отсутствие емкостей для внутренней вскрыши (междупластья) со стороны внутренних отвалов.

Смерзание породы ограничивает длину экскаваторного блока. По правилам безопасности, расстояние между экскаваторами должно быть не менее 2-х радиусов черпания (с учетом заброса ковша - для драглайнов). Учитывая значительные объемы переэкскавации по вышеуказанным схемам, а также время подготовительных операций по установке экскаватора на предотвал, планировочные работы, последовательная работа драглайнов представляется весьма проблематичной. Для разработки смерзающихся взорванных многолетнемерзлых вскрышных пород предложен способ разработки, в котором посредством специальной организации работ и путем ограничения длины экскаваторного блока в зависимости от определяющих факторов можно значительно снизить или даже полностью исключить влияние вторичного смерзания породы [2].

Недостатком этого способа является то, что он предусматривает отработку междупластья по транспортной схеме (ЭКГ + автотранспорт), что приводит к высокой себестоимости разработки 1 м³ вскрышных пород и влечет за собой вредные выбросы в атмосферу от автотранспорта.

В этой связи наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является способ разработки вскрышных пород, включающий бурение блока и взрывание вскрышного уступа, экскавацию взорванных пород с кровли верхнего пласта полезного ископаемого в предотвал, последующую экскавацию предотвала и оставшихся объемов породы в конечные контуры отвала, бурение, взрывание и отработку верхнего пласта полезного ископаемого, бурение, взрывание и отработку междупластья по бестранспортной технологии в созданные путем смещения драглайна на необходимую величину в сторону выработанного пространства специальные отвальные емкости на заранее определенных участках, пригодных для отработки этого породного прослоя по бестранспортной технологии [3].

Оценку возможности укладки драглайном пород междупластья в конечный контур отвала и выделение участков его бестранспортной отработки осуществляют исходя из параметров экскаватора и параметров рабочей зоны: мощностей вскрыши, пластов полезного ископаемого, мощности междупластья, ширины заходки.

Длина создаваемой емкости определится следующим образом.

Пусть h_м - мощность междупластья, м;

A_зах - ширина экскаваторной заходки, м;

L_бестр - длина участка по фронту работ, на котором возможно применение бестранспортной технологии отработки междупластья;

V_м - объем междупластья на данном участке фронта работ, м³;

V_м=h_м·А_зах·L_бестр,

h_отк - длина откоса отвала, м;

m - принятая глубина емкости, м;

L_емк - длина создаваемой емкости, м.

Объем создаваемой емкости должен быть равен объему междупластья, который необходимо уложить в отвал драглайном:

V_м=h_м·А_зах·L_бестр=h_отк·m·L_емк.

И тогда необходимая длина создаваемой емкости:

L_емк=V_м/h_отк·m, м.

Параметр "m" характеризует также величину смещения оси драглайна в сторону выработанного пространства при создании специальной емкости. Этот параметр зависит от мощности междупластья и объемов переэкскавации при создании отвальной емкости.

Из анализа вышеприведенных аналогов видно, что при открытой комбинированной разработке пластовых месторождений с двумя угольными пластами, с поочередной выемкой пластов и междупластья бестранспортная отработка междупластья известна. Породы междупластья складируются в данном случае в предварительно созданные в процессе отработки внешней вскрыши отвальные емкости. При этом существует ограничение по высоте вскрышного уступа, при его разработке, связанное с техническими характеристиками драглайна. То есть, предварительное формирование отвальной емкости в процессе отработки внешней вскрыши может быть технически невозможно. При недостаточных параметрах драглайна (главное здесь высота разгрузки и длина стрелы) междупластье отрабатывается по транспортной технологии.

Следует отметить, что в таких условиях создание отвальной емкости вторым драглайном, идущим последовательно с предотвала, трудноосуществимо по причине коротких длин взрываемых блоков ввиду их повторного смерзания и требования правил безопасности по расстоянию между экскаваторами. Поэтому задача драглайна, отрабатывающего вскрышной уступ максимально, быстро выложить весь объем породы в отвал вместе с предотвалом.

Однако существует возможность создания отвальной емкости для пород междупластья, а также отработки междупластья по бестранспортной технологии и в этих условиях.

Предлагаемый способ разработки вскрышных пород, включающий бурение блока и взрывание вскрышного уступа, экскавацию взорванных пород с кровли верхнего пласта полезного ископаемого в предотвал, последующую экскавацию предотвала и оставшихся объемов породы в конечный контур отвала, бурение, взрывание и отработку верхнего пласта полезного ископаемого, бурение, взрывание и отработку междупластья по бестранспортной технологии с экскавацией пород внутренней вскрыши в специально созданные отвальные емкости, отличающийся тем, что на участках, где ранее такие емкости не были созданы, их создают после выкладки в отвал пород внешней вскрыши, путем снятия драглайном слоя породы, с боковой поверхности внутреннего отвала, куда впоследствии после отработки верхнего пласта полезного ископаемого складируют породы междупластья, при этом глубину этого слоя (отвальной емкости) определяют из соотношения

m=V/h, м,

где V - объем междупластья (внутренней вскрыши), подлежащий выкладке в контур внутреннего отвала, м³/пог.м;

V=h_m·A_зах·k_р, м³;

h - длина боковой поверхности контура внутреннего отвала, м.

Междупластье никогда не отрабатывается сразу после отсыпки пород вскрышного уступа в отвал. Всегда существует определенный временной лаг между началом работ по отработке междупластья и периодом формирования контура внутреннего отвала. В этот период последовательно происходят следующие события: рабочая зона драглайна отодвигается все дальше и дальше от участка отсыпки отвала, через какое-то время формируются транспортные коммуникации для доступа к верхнему пласту полезного ископаемого, затем начинается добыча верхнего пласта полезного ископаемого. И только после отработки верхнего пласта полезного ископаемого можно начинать отработку междупластья. На практике это обычно несколько месяцев. Таким образом, существует возможность сформировать отвальную емкость для пород междупластья не в процессе, а после отработки вскрышного уступа с поверхности отвала.

Все это говорит о том, что предлагаемое изобретение обладает новизной и изобретательным уровнем.

Предлагаемая технология имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- снижается себестоимость разработки междупластья;

- сокращаются объемы транспортной вскрыши, вследствие чего часть парка автотранспорта высвобождается для работы на других более сложных участках разработки;

- уменьшаются вредные выбросы в атмосферу.

Возможность осуществления данного способа разработки вскрышных пород зависит от горно-технических условий месторождения, параметров рабочей зоны карьера и параметров вскрышного оборудования - экскаватора-драглайна.

На фиг. 1 и 2 показан способ разработки вскрышных пород с созданием специальных отвальных емкостей для пород междупластья.

Способ осуществляется следующим образом. После производства буровзрывных работ на уступе внешней вскрыши экскаватор начинает экскавацию развала взорванной породы в конечные контуры отвала. При этом на заранее определенных участках, пригодных для отработки междупластья по бестранспортной технологии, драглайн смещают на необходимую величину "m" в сторону выработанного пространства и создают специальную отвальную емкость (фиг. 1). Длина этой емкости определится из выражения L_емк=V_м/h_отк·m, м.

На участках, где такие емкости по каким-либо причинам не созданы, отсыпку отвала осуществляют обычным способом, без смещения оси экскаватора.

После отработки по фронту работ вскрышного уступа отрабатывают верхний пласт полезного ископаемого. На участках, где ранее такие емкости не были созданы, их создают после выкладки в отвал пород внешней вскрыши, путем снятия драглайном слоя необходимой глубины, с боковой поверхности внутреннего отвала, куда впоследствии после отработки верхнего пласта полезного ископаемого складируют породы междупластья.

Глубина этого слоя (отвальной емкости) определяется как

m=V/h, м,

где V - объем междупластья (внутренней вскрыши), подлежащий выкладке в контур внутреннего отвала, м³/пог.м;

V=h_m·A_зах·k_р, м³;

h - длина боковой поверхности контура внутреннего отвала, м.

После этого отрабатывают нижний пласт полезного ископаемого.

Источники информации

1. М.И. Щадов, К.Е. Винницкий, М.Г. Потапов и др. Развитие техники и технологии открытой угледобычи. - М.: Недра, 1987. - 237 с.

2. Авторское свидетельство №1624152, кл. E21C 41/00. Способ разработки вскрышных пород / И.И. Заудальский, А.С. Марченко, C.H. Петров и др. (СССР); Заявл. 17.10.1998; Опубл. 01.10.1990. // Открытия, изобретения. - 1991. №4. - С.89.

3. Пат. 2299985 Российская Федерация МПК E21C 41/26. Способ разработки вскрышных пород [Текст] / Панишев СВ., Сердобинцев В.В., Аксененко С.А., Стриганов В.В.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН. - №2005117488/03; заявл. 07.06.2005; опубл. 27.05.2007, Бюл. №15. - 6 с: ил.