Способ отработки кимберлитовой трубки

Заявляемое изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке крутопадающих рудных тел, например, кимберлитовых трубок.

Известны способы разработки месторождений, включающие отработку месторождения с поверхности Земли открытым способом до проектной глубины карьера с формированием площадок и уступов на бортах карьера и последующий вывоз отбитой горной массы (см. Горная энциклопедия / Е.А. Козловский [и др.]. – М.: Советская энциклопедия, 1989. – Т. 4. – С. 20).

Недостатками отработки месторождений такими способами являются большие объемы вскрышных работ (коэффициент вскрыши достигает 1:5 и более), которые значительно увеличиваются с углублением карьера, что понижает эффективность добычи полезного ископаемого и отрицательно влияет на окружающую среду. Также к недостаткам относится высокая себестоимость добываемого полезного ископаемого вследствие того, что горная масса подлежит экскавации и транспортируется дорогостоящими, энергоемкими экскаваторами и автосамосвалами, а открытая разработка сопровождается внутрикарьерным строительством и проведением горно-подготовительных работ.

Известен способ разработки полезного ископаемого (см. RU № 2213221, кл. E21C 41/00, опубл. 27.09.2003), включающий буровзрывную отбойку и уборку отбитой горной массы, отбойку полезного ископаемого ведут горизонтальными слоями буровзрывным способом, а уборку отбитой горной массы ведет по бестранспортной схеме.

Недостатками известного способа является низкая эффективность отработки запасов руды вследствие ограниченной глубины разработки месторождения – не более 100 м ниже проектной отметки дна карьера, что значительно меньше разведанной глубины залегания полезного ископаемого.

Известен способ отработки наклонного апатитового месторождения в гористой местности с использованием карьерных рудоспусков для транспортирования руды с карьера в откаточную штольню (см. Ржевский В.В., Арсентьев А.А., Анистратов Ю.И. и др. Карьерные рудоспуски. М.: - 1969. – 208 с.), где осуществляется перегрузка руды из бункера самотеком в средства железнодорожного транспорта. По мере углубления карьера при подходе горных работ к рудоспускам их срезают разбуриванием и взрыванием окружающего массива пород вокруг устья рудоспуска

Недостатками этого способа является низкая эффективность отработки и высокая себестоимость добычи полезного ископаемого вследствие необходимости строительства карьера, загрузки и транспортировки горной массы при помощи экскаваторов и автотранспорта.

Наиболее близким по технической сущности является способ разработки крутопадающих рудных тел (см. RU № 2279544, кл. E21C 41/00, E21C 41/26, опубл. 10.07.2006), включающий отработку месторождения открытым способом до проектной глубины карьера с формированием площадок и уступов на бортах карьера, отработку подкарьерных запасов сверху вниз открыто-подземным способом с переходом на подземно-открытый с открытым выработанным пространством и перепуском руды по рудоспуску, расположенному в центре залежи, при этом руду отбивают из радиальных буровых ортов буровзрывным способом с образованием наклонных образующих для принудительной доставки руды к рудоспуску совокупным действием гравитационных сил и энергии взрыва.

Недостатками известного решения по разработке крутопадающих рудных тел являются низкая эффективность отработки кимберлитовой трубки вследствие необходимости использования элементов открытой разработки до проектной глубины карьера, которая характеризуется попутной выемкой пустых пород, разубоживанием руды, большим объемом горно-подготовительных работ и доработкой запасов с применением подземной технологии буровзрывных работ для подготовки руды и высокая себестоимость добычи полезного ископаемого вследствие необходимости строительства карьера до проектной глубины и строительства шахты с большим количеством подземных горных выработок, а также использования дорогостоящего, малопроизводительного подземного оборудования.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности отработки кимберлитовой трубки в условиях сокращения объемов горно-подготовительных работ с минимизацией использования человеческого труда.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в уменьшении объемов горно-подготовительных и добычных подземных работ, а также в снижении разубоживания добываемой руды за счет исключения попутной выемки пустых пород, что позволяет повысить эффективность отработки кимберлитовой трубки.

Для решения поставленной задачи способ отработки кимберлитовой трубки включает удаление перекрывающих пород, послойную отработку рудного тела буровзрывным способом сверху вниз с открытым выработанным пространством с образованием наклонных плоскостей с уклоном для доставки руды к предварительно сформированному рудоспуску совокупным действием гравитационных сил и энергии взрыва, при этом, после удаления перекрывающих пород на поверхности рудного тела формируют рудную рубашку с установкой на ней грузоподъемных устройств для перемещения подвесного оборудования для проведения буровзрывных и вспомогательных работ на наклонной плоскости, проходят ствол/рудоспуск и комплекс подземных выработок, отработку руды ведут в пределах породного контура наклонными слоями, бурение взрывных скважин или шпуров производят с поверхности отрабатываемого наклонного слоя, а рудную рубашку вскрывают по мере продвижения фронта добычных работ с переустановкой грузоподъемных устройств, Кроме того, управление процессами бурения и заряжания возможно осуществлять дистанционно.

Добыча руды таким образом позволяет повысить эффективность отработки вследствие исключения строительства карьера с элементами открытой разработки и исключает подготовку руды к выемке подземным способом.

Выемка руды осуществляется по поточной технологии.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема подготовки к отработке разведанной кимберлитовой трубки; на фиг. 2 – схема отработки кимберлитовой трубки предлагаемым способом; на фиг. 3 – схема расположения добычного ствола с краю рудного поля; на фиг. 4 – схема расположения добычного ствола посредине рудного поля; на фиг. 5 – схема расширения добычного ствола; на фиг. 6 – стволовая схема разработки: а) с конусовидным контуром отработки; б) с пирамидальным контуром отработки; на фиг. 7 – схема вариантов отработки слоев (вариант 1) при расположении добычного ствола: а) в середине рудного поля; б) с краю рудного тела; на фиг. 8 – схема вариантов отработки слоев (вариант 2) при расположении добычного ствола: а) в середине рудного поля; б) с краю рудного тела; на фиг. 9 – схема регулирования вторичного дробления взорванной руды.

Перечень принятых обозначений: 1 – рудное тело; 2 – рудная рубашка; 3 – якорные анкера; 4 – ствол/рудоспуск; 5 – наклонная штольня; 6 – скиповой ствол; 7 – выемочный комплекс; 8 – доставочный конвейер; 9 – скипы; 10 – отрабатываемый наклонный слой; 11 – взорванная руда; 12 – скважины, шпуры; 13 – подвесное оборудование (буровое, зарядное, вспомогательное); 14 – грузоподъемное оборудование; 15 – рудо-приемная камера; 16 – расширенный рудоспуск; 17 – предохранительный целик; 18 – очистной забой; 19 – предельный контур послойной отработки.

Суть предлагаемого способа отработки кимберлитовых трубок состоит в том, что производят вскрытие разведанной кимберлитовой трубки до рудного тела 1 путем удаления перекрывающих пород с формированием устойчивых уступов, нагорной канавы, заездов, коммуникаций и прочего (см. фиг. 1). Рабочую площадку (карьерное поле) в плане покрывают рудной рубашкой (железобетонным слоем) 2, которая будет вскрываться по мере подвигания фронта работ. Для недопущения сдвижения рудной рубашки 2 по ее периметру забуривают якорные анкера 3.

После подготовки рабочей площадки осуществляют проходку ствола/рудоспуска 4 (см. фиг. 2) с попутной добычей полезного ископаемого, что фактически можно приурочить к началу добычных работ. Параллельно осуществляют проходку наклонной штольни 5 или скипового ствола 6 и других подземных выработок, строительство которых необходимо проводить с учетом того, чтобы до завершения проходки ствола/рудоспуска 4 все выработки были пройдены, подготовлены, размещено необходимое оборудование и механизмы (выемочный комплекс 7, доставочный конвейер 8, скипы 9 и другое).

Строительство ствола/рудоспуска 4 осуществляют известными способами вертикально с временным креплением его стенок или без крепления в зависимости от его глубины, степени устойчивости пород. В зависимости от проектируемой производительности рудника ствол/рудоспуск может быть расположен с краю рудного поля при отработке одним бортом (см. фиг. 3) или посередине при отработке двумя и более бортами (см. фиг. 4).

После того как подготовлены горные выработки и размещено необходимое оборудование и механизмы, производят отработку рудного тела в его границах наклонными слоями (по аналогии с карьером – горизонтами) 10 (см. фиг. 2).

Отрабатываемый слой 10 (см. фиг. 2) формируют и разрабатывают под наклоном, и взорванная руда 11 под действием гравитационных сил и взрыва сбрасывается в ствол/рудоспуск 4, тем самым, не требуя экскавации и принудительного перемещения автомобильным, железнодорожным и другим видом транспорта. Руду 11 подготавливают буровзрывным способом путем бурения взрывных скважин/шпуров 12 с поверхности отрабатываемого наклонного слоя 10, при этом подвесное оборудование 13 (буровое, зарядное и вспомогательное) удерживают и перемещают по наклонной плоскости при помощи грузоподъемного оборудования 14, расположенного на рудной рубашке 2 рабочей площадки. Управление процессом бурения и заряжания выполняется дистанционно с грузоподъемного оборудования 14. Для увеличения объемов подготовки руды может использоваться несколько механизированных комплексов БВР. Обрушенная в ствол/рудоспуск 4 под действием гравитационных сил руда 11 доставляется в рудо-приемную камеру 15, затем при помощи выемочного комплекса 7 загружается и транспортируется конвейером 8 по подземным выработкам на поверхность или до скипового ствола 6 и скипами 9 выдается на поверхность.

Развитие горных работ.

Отработка запасов производится с обрушением взорванной руды 11 в ствол/рудоспуск 4, но возможно расширение ствола/рудоспуска 4 до необходимых размеров и формы рудоспуска 16 (см. фиг. 5). Отработку начинают с поверхности рудного тела и отрабатывают наклонными слоями 10. При данной схеме контур отработки может быть конусовидной формы (см. фиг. 6а) или пирамидальной (см. фиг. 6б).

Отработку начинают с поверхности рудного тела и отрабатывают слой за слоем, при этом существует возможность отработки по нескольким вариантам. Например, вариант 1 – отрабатывая наклонные слои 10, углубляются до контура предохранительного целика 17 (см. фиг. 7), при этом высота целика 17 зависит от предельного угла ската Б, который должен обеспечивать свободный свал отбиваемой руды 11 в приемную камеру 14. Затем производится отработка предохранительного целика с подвиганием очистных забоев 18 к краю (краям) рудного тела (см. фиг. 7). Вариант 2 – отрабатывая наклонные слои 10, углубляясь до предельного контура послойной отработки 19, далее оставшиеся запасы отрабатываются веерно с подвиганием очистных забоев 18 к краю (краям) рудного тела (см. фиг. 8). Веерная разработка подразумевает под собой отработку рудного тела 1 наклонными слоями 10 с изменяющимся углом наклона (С, D, Е) при каждой новой нарезке рабочего слоя 10. При веерной разработке ведется отработка на всю высоту рудного тела 1.

Поскольку, на эффективность очистных работ значительное влияние оказывают скорость подвигания очистного забоя и ширина заходки, то при послойной схеме ширина заходки ограничивается площадью ствола/рудоспуска 4 или рудоспуска 16, а подвигание очистного забоя 18 начинается в конце отработки запасов рудного поля (предохранительного целика 17). При данной технологии сравнительно легко реализуемы дистанционное управление очистных работ и выдача полезного ископаемого на поверхность.

При использовании предлагаемого способа отработки кимберлитовой трубки существует возможность управлять вторичным дроблением взорванной руды 11 количеством зарезервированной руды (Н_1, Н₂), путем регулирования высоты ее падения (h₁, h₂) (см. фиг. 9).

Выемка руды осуществляется по поточной технологии.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность отработки за счет исключения попутной добычи пустых пород, внутрикарьерного строительства и применения дорогостоящего, энергоемкого карьерного оборудования и транспорта; сокращения объемов горно-подготовительных работ; применения поточной технологии выемки полезного ископаемого, минимизирующей использование человеческого труда в сложных условиях путем применения дистанционного управления технологическими процессами с минимальным объемом строительства подземных горных выработок. Подвигание очистного забоя осуществляется только в конечной стадии отработки запасов, что повышает эффективность очистных работ и, следовательно, эффективность отработки рудного тела.