Способ открытой разработки пологих месторождений в условиях многолетней мерзлоты

 

Способ открытой разработки пологих месторождений относится к горной промышленности и может быть использован при открытой разработке многолетнемерзлых угольных и россыпных месторождений с внутренним отвалообразованием. Способ включает выемку потенциально плодородного слоя, блочную отработку вскрышного уступа, выемку и транспортирование полезного ископаемого, чередование отсыпки выработанного пространства с подвалкой внутреннего отвала. Используя отрицательную температуру массива многолетнемерзлых пород в холодный период года намораживают ледяную призму, например методом дождевания, с помощью устройства "Град". При этом объем намораживаемой призмы определяется как разность суммы объемов полезных ископаемых и вскрыши в заходке и объема вскрытой с учетом коэффициента разрыхления. С целью сохранения ледяной призмы в мерзлом состоянии над ним размещают теплоизоляционный слой из вскрышных пород. При этом его мощность должна быть больше глубины сезонной оттайки в этом районе многолетнемерзлой зоны. Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении заполнения выработанного пространства при коэффициенте вскрыши менее 1 и отвлечении части вскрыши на другие цели. Это обеспечивает рекультивацию карьерного поля. 1 ил.

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

Известен способ рекультивации при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, включающий снятие почвенного слоя, его транспортирование и последующее размещение на рекультивируемую поверхность со снятием почвенного слоя с сохранением текстурно-структурного строения путем разделения на блоки в вертикальной и горизонтальной плоскостях (а.с. СССР 643642, МКИ Е 21 С 41/02. Бугров В.Н. "Способ рекультивации при открытой разработке месторождений полезных ископаемых").

Известен способ отвалообразования, включающий отсыпку отвальных пород параллельными заходками и формирование на основании отвала призмы упора с добавлением скрепляющих веществ с последующей отсыпкой вскрыши на одну или обе грани этой призмы (а.с. СССР 941582, МКИ Е 21 С 41/00, Шапарь А.Г., Шпортько В.П., Копач П.И., Протасов В.А. "Способ отвалообразования").

Также известен способ открытой разработки пологих и наклонных пластов месторождений полезных ископаемых, включающий отработку вскрыши экскаваторными блоками, внутреннее отвалообразование, создание упорной призмы по мере отработки блоков по падению пласта, отстраивание транспортной полосы и съезд, при котором полезное ископаемое транспортируется через съезд к торцу призмы с одновременным внутренним отвалообразованием на упорной призме (а.с. СССР 1153062, МКИ E 21 C 41/02, Рыбаков Б.Н. "Способ открытой разработки пологих и наклонных пластов месторождений полезных ископаемых").

Наиболее близким по существу техническим решением является способ открытой разработки пластовых месторождений полезных ископаемых, включающий отработку уступа подуступами с блочной отработкой вскрышных пород с перевалкой вскрыши во временный отвал с последующей переэкскавацией в постоянный внутренний отвал, при котором блочную отработку ведут вдоль фронта работ с чередованием выемки полезного ископаемого каждого предыдущего блока и отсыпки в выработанное пространство (а.с. СССР 1224403, МКИ Е 21 С 41/02. Резников Л. М. , Александров Г.А., Тимошин В.И. и др. "Способ открытой разработки пластовых месторождений полезных ископаемых").

Однако при разработке мощных пологих и горизонтальных месторождений с коэффициентом вскрыши меньше 1 выработанное пространство не заполняется породами вскрыши с учетом коэффициента разрыхления (разрезы Харбалахский, Кировский). Кроме того, вскрышные породы, представляющие собой строительный материал (песчано-гравийная смесь), вывозятся на отсыпку дорожного полотна и другие цели, что уменьшает объем вскрыши. В связи с этим возникла проблема заполнения выработанного пространства для осуществления рекультивации карьерного поля. В связи с этим изложенные технологии с внутренним отвалообразованием не удовлетворяют требованиям технической рекультивации карьерного поля, в связи с чем не могут быть использованы.

Таким образом, известные способы не могут быть использованы эффективно при открытой разработке мощных (выше 10 м), пологих и горизонтальных месторождений с коэффициентом вскрыши менее 1, т.к. объем пород вскрыши с учетом коэффициента разрыхления будет недостаточным для заполнения выработанного пространства.

Сущность изобретения заключается в том, что при разработке месторождений в условиях многолетней мерзлоты в выработанном пространстве параллельно заходке намораживают ледяную призму, объем которой определяют как разность суммы объемов полезного ископаемого и вскрыши в заходке и объема вскрыши с учетом коэффициента разрыхления. Для обеспечения сохранности ледяной призмы над ней размещают породы вскрыши толщиной больше мощности сезонной оттайки.

Задача заявляемого технического решения заключается в заполнении выработанного пространства, позволяющем ее последующую рекультивацию.

Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого изобретения заключается в обеспечении заполнения выработанного пространства при коэффициенте вскрыши менее 1 и отвлечении части вскрыши на другие цели. Это обеспечивает рекультивацию карьерного поля.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом способе перед формированием внутреннего отвала намораживают ледяную призму, объемом V_л=(V_п.и+V_в)-V_вК_р, где V_л - объем намораживаемой ледяной призмы, м³; V_п.и - объем извлекаемого полезного ископаемого в заходке, м³; V_в - объем вскрыши заходки в целике, м³; К_р - коэффициент разрыхления вскрыши.

Затем на ледяную призму размещают вскрышу толщиной больше чем глубина протаивания.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Поставленная задача достигается тем, что, используя отрицательную температуру массива многолетнемерзлых пород в холодный период года, намораживают ледяную призму, например методом дождевания, с помощью устройства "Град". При этом объем намораживаемой призмы определяется как разность суммы объемов полезных ископаемых и вскрыши в заходке и объема вскрыши с учетом коэффициента разрыхления. С целью сохранения намороженной призмы в мерзлом состоянии над ним размещают теплоизоляционный слой из вскрышных пород. При этом его мощность должна быть больше глубины сезонной оттайки в этом районе многолетнемерзлой зоны.

На чертеже показан поперечный разрез фронта горных работ с внутренним отвалообразованием с намораживанием ледяной призмы.

Способ включает операции удаления и отдельного складирования плодородного слоя 1, одновременно приступают к намораживанию ледяной призмы 2 в выработанном пространстве с помощью установки "Град", устанавливаемой со стороны забоя драглайна 3. После намораживания необходимого объема ледяной призмы на него начинают экскавацию предварительно разрыхленной вскрыши 4 и формируют внутренний отвал 5.

Причем толщина последнего должна превышать мощность сезонной оттайки и обеспечивать теплоизоляцию ледяной призмы. На полученный внутренний отвал размещают плодородный слой 6 и осуществляют рекультивацию карьерного поля без переэкскавации, завоза пород и т.д.

Способ осуществляется следующим образом. Сначала бульдозером снимают плодородный слой 1 и окучивают отдельно. Одновременно ведут намораживание ледяной призмы 2 с помощью установки "Град", при этом используют низкую температуру (ниже -10^oС) воздуха, когда выбрасываемая в воздух струя воды разбивается на отдельные капли и, падая, намерзает и создает ледяную призму 2, которую наращивают вдоль забоя экскаватора по мере продвижения фронта выемочно-погрузочных работ. Параллельно ведут подготовку пород вскрыши к экскавации. После того как объем ледяной призмы V_л достигает значения V_л=(V_п.и+V_в)-V_вK_р, работу по намораживанию приостанавливают и начинают экскавацию пород вскрыши на созданную ледяную призму, образуя внутренний отвал 5, толщиной более мощности сезонной оттайки. В центральных районах Якутии мощность сезонноталого слоя составляет от 2 до 3,5 м и увеличивается к югу. Т.е. толщина внутреннего отвала 5, укрывающего ледяную призму 2, должна быть больше 2-3,5 м, которые установлены для каждого района.

Затем на полученный внутренний отвал размещают заранее подготовленный плодородный слой 1 и осуществляют подравнивание, обеспечивая рекультивацию карьерного поля.

Таким образом, предлагаемый способ исключает переэкскавацию вскрыши и перевозку дополнительного объема вскрыши во внутренний отвал, что сокращает дополнительные затраты на переработку горной массы.

Формула изобретения

Способ открытой разработки пологих месторождений, включающий выемку потенциально плодородного слоя, блочную отработку вскрышного уступа, выемку и транспортирование полезного ископаемого, чередование отсыпкой выработанного пространства с подвалкой внутреннего отвала, отличающийся тем, что при разработке месторождений в условиях многолетней мерзлоты, в выработанном пространстве параллельно заходке намораживают ледяную призму, объем которой определяют как разность суммы объемов полезного ископаемого и вскрыши в заходке и объема вскрыши с учетом коэффициента разрыхления, причем толщина размещаемой над ледяной призмой вскрыши, больше мощности сезонной оттайки.

РИСУНКИ

Рисунок 1