Результат интеллектуальной деятельности: Способ внутреннего отвалообразования в условиях многолетней мерзлоты

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке пологих и наклонных многолетнемерзлых угольных и россыпных месторождений с внутренним отвалообразованием.

Известен способ открытой разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений с внутренним отвалообразованием (см. RU №2215148, кл. Е21С 41/30, опубл. 27.10.2003), включающий разделение карьерного поля на блоки, разупрочнение пород в пределах блока, вскрытие и выемку продуктивного пласта с размещением вскрышных пород в выработанное пространство отработанного по порядку блока, при котором блоки делят на параллельные заходки по направлению их отработки, причем продуктивный пласт последующей заходки размещают на продуктивный пласт предыдущей заходки, а вскрышные породы последующего блока размещают на выработанное пространство последующей заходки предыдущего блока.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечения устойчивости основания отвалов при разработке наклонных месторождений угля и россыпей, таким образом предотвратить сползание внутреннего отвала в выработанное пространство.

По способу открытой разработки пластовых месторождений полезных ископаемых (см. SU №1224403, кл. Е21С 41/02, опубл. 15.04.1986), включающего отработку уступа подуступами с блочной отработкой вскрышных пород с перевалкой вскрыши во временный отвал, блочную отработку ведут вдоль фронта работ с чередованием выемки полезного ископаемого каждого предыдущего блока и отсыпки в выработанное пространство.

Кроме того, по способу открытой разработки пологих месторождений (RU №2206747, Е21С 41/26, опубл. 20.06.2003), включающего выемку потенциально плодородного слоя, блочную отработку вскрышного уступа, выемку и транспортирование полезного ископаемого, чередование с отсыпкой выработанного пространства с подвалкой внутреннего отвала, при разработке месторождений в условиях многолетней мерзлоты в выработанном пространстве параллельно заходке намораживают ледяную призму для заполнения выработанного пространства.

Недостатком известных решений является недостаточная устойчивость основания отвала при разработке наклонных месторождений, что приводит к снижению эффективности заполнения выработанного пространства, в т.ч. промороженной ледяной призмой в ее основании, и несоответствие требованиям технической рекультивации карьерного поля.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение устойчивости основания намораживаемых внутренних отвалов в мерзлом состоянии в течение всего срока их эксплуатации.

Для решения поставленной задачи способ внутреннего отвалообразования в условиях многолетней мерзлоты, включающий выемку плодородного слоя, блочную отработку вскрышного уступа, выемку и транспортирование полезного ископаемого с чередованием отсыпки выработанного пространства с подвалкой внутреннего отвала, где параллельно намораживают ледяную призму, отличается тем, что на основание выработанного пространства закладывают трубы с перфорацией, суммарная площадь которой составляет не менее диаметра трубы, причем на каждой трубе формируют насыпи из песчано-гравийной смеси, имеющие в поперечном срезе треугольную форму (треугольную призму), высотой 3-5 диаметров трубы, причем, расстояние между трубами составляет не менее двукратного радиуса промораживания в намораживаемом льдопородном внутреннем отвале.

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:

- размещение в основании отвала труб с перфорацией с суммарной площадью не менее диаметра трубы;

- формирование вокруг труб насыпи из песчано-гравийной смеси (ETC) высотой 3-5 диаметров трубы;

- расстояние между соседними трубами в основании отвала составляет не менее двукратного радиуса промораживания (2R_пром).

Указанные новые признаки исключают недостатки существующих способов внутреннего отвалообразования в условиях многолетней мерзлоты и обладают следующими отличительными свойствами:

- размещением в основании отвала труб с перфорацией обеспечивается эффективная тяга холодного воздуха в насыпь из ПГС и последующее послойное промораживание льдопородного внутреннего отвала;

- формирование вокруг труб насыпи из ПГС высотой 3-5 диаметров трубы создает более устойчивое основание льдопородной части формируемого отвала, для чего, насыпь в поперечном срезе имеет треугольную форму.

Расстояние между соседними трубами в основании отвала зависит от радиуса промораживания вокруг каждой трубы и составляет не менее двукратного размера его значения. После намораживания льдопородного отвала необходимой высоты и для сохранения в мерзлом состоянии над отвалом образуют слой из пород вскрыши толщиной больше мощности сезонной оттайки в данном районе многолетнемерзлой зоны.

Заявленное техническое решение поясняется чертежом, где показана схема поперечного разреза льдопородного внутреннего отвала.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально при помощи землеройной техники снимают плодородный слой 1, которого складируют отдельно (см. фигуру). После чего, осуществляют выемку вскрышных пород 2 для извлечения пласта полезного ископаемого 3. В образованное выработанное пространство 4 размещают вдоль фронта горных работ, параллельно друг к другу перфорированные трубы 5 диаметром 0,3-0,6 м на расстоянии не менее 2R_пром друг от друга.

Для эффективного промораживания основания льдопородного отвала 6 вокруг труб закладывают насыпь из ПГС 7, которая, в конечном итоге, формирует призму треугольной формы, при этом, высота насыпи 7 составляет не менее 3-5 диаметров трубы. Расстояние между трубами 5 одинаковое, которое определяют расчетным путем или на основании результатов исследовательских работ по определению радиуса промораживания R_пром.

Радиус промораживания может быть рассчитан известными методиками, например, см. авт. свидетельство RU №1094901 (кл. E02D 3/12, E02D 33/00, опубл. 30.05.1984). Кроме того, для расчетов используют известные зависимости радиуса промораживания от продолжительности замораживания при определенных температурах.

Заявленное решение действует следующим образом.

Холодный воздух окружающей среды свободно циркулирует и охлаждает перфорированные трубы 5, далее, проникая в насыпь 7 и замораживая смесь, образует прочное основание льдопородного отвала. Далее, в холодные периоды года послойно намораживают льдопородный внутренний отвал 6 до заполнения выработанного пространства.

После чего, на полученный льдопородный отвал 6 размещают породы вскрыши 2 и плодородный слой 1, толщиной не менее мощности сезонной оттайки, что необходимо для обеспечения теплоизоляции льдопородного целика. В завершении окончательно сформированный льдопородный массив отвала закрывают заранее подготовленным растительным слоем, обеспечивая условия для рекультивации карьерного отвала.

Таким образом, при разработке наклонных месторождений в условиях многолетней мерзлоты заполнение выработанного пространства выполняют путем закладки перфорированных труб с насыпью и последующим намораживанием льдопородного внутреннего отвала, сохранность которого от сезонной оттайки осуществляют покрытием из вскрышной породы и растительного слоя, и, тем самым, обеспечивают устойчивость основания намораживаемых внутренних отвалов в мерзлом состоянии в течение всего срока их эксплуатации.