Способ вскрытия породных горизонтов при открытой разработке пологонаклонных пластов полезных ископаемых

(51) 21 41/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Внутреннюю ее часть в виде съезда временно располагают на рабочем борту путем сопряжения его трассы с рабочим горизонтом передового уступа на наклонной кривой. После укладки железнодорожного пути окончательное формирование съезда в стационарное положение осуществляется мехлопатой с нижней погрузкой,работающей на этом горизонте. По мере развития горных работ его трасса в плане будет выпрямляться, после чего внутренняя часть траншеи займет стационарное положение. Второй вскрышной уступ будет нарезаться мехлопатой с верхней погрузкой на путь от первой смешанной траншеи. Дальнейшая отработка передового уступа будет осуществляться мехлопатой с нижней погрузкой на новый путь. Доступ к этому горизонту будет осуществляться через новую смешанную траншею, примыкающую к первой траншее в торце карьера. Остальные вскрышные горизонты достаточно будет вскрывать формируемыми в торце карьера съездами. При этом верхняя погрузка будет иметь место на каждом новом нарезаемом уступе до окончания формирования съезда на этот горизонт. Прямые заезды на рабочие горизонты с независимыми путями позволяют интенсифицировать вскрышные работы. После образования выработанного пространства достаточных размеров и сооружения съезда на второй вскрышной горизонт в его торце укладывается стрелочный перевод и от него на нижнем горизонте прокладываются соединительный и отвальный пути к месту отсыпки внутреннего отвала. Далее возможно нижнюю вскрышную зону отрабатывать прямыми заездами через систему съездов в торце карьера на отвальные ярусы, формируемые только в пределах карьерного поля.(72) Молдабаев Серик Курашович Иргебаев Галымбек Елубаевич Шулаева Наталья Анатольевна Сыздыков Ауелбек Хасенович(56) К.,Трубецкой, М.Г.Потапов, К.Е.Винницкий и др. Открытые горные работы Под ред. К.Н.Трубецкого - М Горное бюро, 1994(54) СПОСОБ ВСКРЫТИЯ ПОРОДНЫХ ГОРИЗОНТОВ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ ПОЛОГОНАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ(57) Изобретение относится к способу вскрытия пологонаклонных пластов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и может быть использовано в горнодобывающей промышленности, в особенности при ограниченных размерах дневной поверхности для размещения внешних траншей с прямолинейной трассой. Достигаемый технический результат. Возможность вскрытия каждого породного горизонта с использованием простых форм независимых трасс капитальных выработок с обеспечением интенсивного развития горных работ при значительном уменьшении объема горнокапитальных работ на сооружение вскрывающих выработок и своевременного перехода на внутреннее отвалообразование в выработанном пространстве карьера при прямых заездах локомотивосоставов. Это достигается в начале формированием смешанной траншеи. Внешнюю ее часть проходят драглайном по бестранспортной схеме. Изобретение относится к способу вскрытия пологонаклонных пластов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и может быть использовано в горнодобывающей промышленности. Известно, что на вытянутых месторождениях железнодорожный транспорт остается по-прежнему доминирующим. На практике и в проектах при этом виде транспорта применяются глубокие внешние траншеи. В обводненных мягких и сыпучих породах для упрощения осушения горизонтально залегающих породных слоев, а также сокращения протяженности железнодорожных путей и контактной сети получили распространение групповые или общие траншеи с общим транспортным выходом (В кн. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть 2. Технология и комплексная механизация. -М. Недра, 1985. - 549 с.)- Вместе с тем проведение траншеи с независимым выходом на поверхность, наряду с сокращением объема горно-строительных работ,позволяет интенсифицировать строительство карьера. Однако они перспективны только при вскрытии глубокозалегающих месторождений. Известно, что для пологих и наклонных вытянутых месторождений выбор способа вскрытия в значительной степени определяется местом расположения внешних отвалов(В кн. Проектирование карьеров Под ред. К.Н. Трубецкого. Учебн. для вузов для подготовки бакалавров/Краснянский Г.Л., Хронин В.В.- М Издательство Академии горных наук, 2001, 2-а тома, 519 с). Здесь приходится, помимо размещения технологического комплекса, учитывать размеры карьерного поля в крест простирания залежи, их число, порядок отработки эксплуатационных участков. Поэтому, как правило, при вовлечении в отработку участков первоочередной отработки внешний экска-ваторно-железнодорожный отвал располагают за удаленным контуром горного отвода. Как правило, он соответствует предельному положению борта на конечной глубине карьера. Вскрышные горизонты в этом случае вскрывают наклонной и соединительной горизонтальной траншеями. По мере развития горных работ на глубину расстояние транспортирование при такой схеме вскрытия постепенно уменьшается. Объемы и сроки выполнения горно-строительных работ по проходке выездных наклонной и соединительной траншей очень большие. К тому же эти работы в большинстве случаев выполняют мехлопатами в комплексе с автомобильным транспортом. В связи с большими расстояниями транспортирования в период строительства карьера текущие затраты значительны. Известны также способы вскрытия пологих и наклонных месторождений с сооружением групповой или общей внешней траншеи с прямолинейными трассами па выходах залежей полезного ископаемого и сооружение в стационарном борту внутренней траншеи (В кн. Арсентьев А.И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей. - М Недра, 1981, 278 с). 2 Значительным препятствием в сооружении групповой или общей внешней траншеи с прямолинейными трассами на выходах залежей полезного ископаемого могут стать отсутствие требуемого пространства для их размещения, в первую очередь из-за наличия в этой части земельного отвода магистральных транспортных коммуникаций. Сооружение же в стационарном борту внутренней траншеи в самом начале разработки одного из участков месторождения приведет к увеличению расстояния транспортирования вскрышных пород и будет сдерживать в дальнейшем переход на технологию с внутренним отвало-образованием. При таком расположении вскрывающей выработки не избежать тупикового развития трасс для основного грузопотока. Наиболее близким к заявляемому является способ вскрытия породных горизонтов при формировании съездов в рабочей зоне карьера в направлении забойного тупика. Путем замещения в схеме части протяженности забойных путей длиной съезда на рабочем горизонте, при совпадении направления его трассы с забойным тупиком,достигается ресурсосбережение (В ст. Фионин Е.А. Проявление ресурсосберегающих свойств схем путевого развития карьеров //Топорковские чтения Сб. докл.межд. научн. конф. -Рудный РИМ, 2006. - том 2. - С. 123-130). Однако при этом неизбежна отработка другой части фронта уступа с обратными заездами локомотивосоставов, что будет сдерживать развитие горных работ без изменения конфигурации фронта уступов в плане. Из теории известно, что скользящие съезды вынуждены применять на крутонаклонных и крутых месторождениях как единственно целесообразные при продольной двухбортовой углубочной системе разработки (В кн. Открытые горные работы/ К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Винницкий и др. Под ред. К.Н. Трубецкого - М. Горное бюро, 1994). Поэтому область применения съездов в рабочей зоне ограничивается начальным периодом развития горных работ в карьере при незначительных размерах его торцов и при доработке месторождения. Задачей изобретения является разработка ресурсосберегающего способа вскрытия пологих и наклонных пластовых месторождений при ограниченных размерах дневной поверхности для размещения внешних траншей с прямолинейной трассой и обеспечение при этом своевременного перехода на внутреннее отвалообразование. Техническим результатом ресурсосберегающего инновационного способа является возможность вскрытия каждого породного горизонта с использованием простых форм независимых трасс капитальных выработок с обеспечением интенсивного развития горных работ при значительном уменьшении объема горнокапитальных работ на сооружение вскрывающих выработок и своевременного перехода на внутреннее отвалообразование в выработанном пространстве карьера при прямых заездах локомотивосоставов. По сравнению с проведением породной групповой фланговой внешней траншеи с независимыми транспортными выходами с каждого из трех верхних породных горизонтов объем горнокапитальных работ по новому способу вскрытия уменьшается в 6 раз. Впервые предложено поэтапное формирование системы вскрывающих выработок вместе с трассами путей по ресурсосберегающей технологии. Это достигается в начале формированием смешанной траншеи. Внешнюю ее часть проходят драглайном по бестранспортной схеме. Внутреннюю ее часть в виде съезда временно располагают на рабочем борту путем сопряжения его трассы с рабочим горизонтом передового уступа на наклонной кривой. После укладки железнодорожного пути окончательное формирование съезда в стационарное положение осуществляется мехлопатой с нижней погрузкой,работающей на этом горизонте. По мере развития горных работ его трасса в плане будет выпрямляться, после чего внутренняя часть траншеи займет стационарное положение. Второй вскрышной уступ будет нарезаться мехлопатой с верхней погрузкой на путь от первой смешанной траншеи. Дальнейшая отработка передового уступа будет осуществляться мехлопатой с нижней погрузкой на новый путь. Доступ к этому горизонту будет осуществляться через новую смешанную траншею, примыкающую к первой траншее в торце карьера. Остальные вскрышные горизонты достаточно будет вскрывать формируемыми в торце карьера съездами. При этом верхняя погрузка будет иметь место на каждом новом нарезаемом уступе до окончания формирования съезда на этот горизонт. Прямые заезды на рабочие горизонты с независимыми путями позволяют интенсифицировать вскрышные работы. После образования выработанного пространства достаточных размеров и сооружения съезда на второй вскрышной горизонт в его торце укладывается стрелочный перевод и от него на нижнем горизонте прокладываются соединительный и отвальный пути к месту отсыпки внутреннего отвала. Далее возможно нижнюю вскрышную зону отрабатывать прямыми заездами через систему съездов в торце карьера на отвальные ярусы, формируемые только в пределах карьерного поля. Порядок и последовательность проведения ресурсосберегающих вскрывающих выработок рассмотрим на примере вскрытия вовлекаемого в разработку участка Центрального на разрезе Майкубенский. В настоящее время практически завершены горно-вскрышные работы по вовлечению запасов первоочередного участка Центрального. Помимо использования на вскрышных работах автосамосвалов, часть объемов выемки отгружается в железнодорожный подвижной состав. Автовскрыша вывозится через временные съезды в рабочем борту во внутренние отвалы участка Восточного,пересекая неоднократно соединительные и забойные железнодорожные пути. Железнодорожная вскрыша транспортируется по временным схемам через рабочую зону участка Восточного также во внутренний отвал. Интенсификацию горных работ на участке Центральном предложено достичь организацией вывозки основного объема вскрышных пород через западный фланг разреза по кратчайшему пути на новый внешний экскава-торно-железнодорожный отвал Южный.принято формировать между перегоном Угольная-Ушкулын и южным контуром горного отвода в границах участка. Для этого запланировано от 5-го вытяжного пути станции Угольная вдоль перегона уложить соединительный железнодорожный путь, который первоначально будет использоваться в качестве отвального для отсыпки пионерной насыпи новым драглайном ЭШ-11/75. По Технико-экономическому обоснованию реконструкции разреза Майкубенский с увеличением производственной мощности до 8,5 млн. т угля в год для организации внешнего экскаваторно-железнодорожного отвала Южный вскрытие поля участка Центрального предложено осуществить железнодорожной выездной траншеей внешнего заложения с выходом на новую станцию Западная. Ограниченное расстояние между перегоном и разрезной траншеей предопределило принять криволинейную форму трассы капитальной траншеи. Но такая конструкция траншеи обеспечит прямые заезды локомотивосоставов в карьер. При этом она должна выполнять угольно-породную функцию. Объем горно-капитальных работ по западной угольно-породной траншее составит порядка 4,5 млн. м 3, а на 2010 год - 3,5 млн. м 3. На строительстве траншеи предусматривается использовать драглайн ЭШ-11/75 и экскаваторы типа мехлопат вскрышной зоны при их приближении к западному торцу разреза. Отработка надугольного вскрышного горизонта и зачистка кровли угольного пласта осуществляются экскаватором ЭКГ-4 у с верхней погрузкой в средства железнодорожного транспорта. Выемка пород вышележащей вскрышной зоны ведется экскаваторами ЭКГ-10 в комплексе с железнодорожным транспортом. Недостатками данного варианта вскрытия является пересечение грузопотоков вскрыши и угля и значительный объем горно-капитальных работ,что будет сдерживать развитие разреза и ухудшит технико-экономические показатели. Провозная способность существующей угольной выездной траншеи на участке Восточном достаточна для объемов добычи угля 9,4 млн. т в год. Поэтому станцию Западная первоначально нужно использовать только для вывозки вскрышных пород на отвал Южный. В перспективе, при его формировании в пределах выработанного пространства карьерного поля,появится возможность использовать ее и для вывозки увеличивающихся объемов добычи угля. Выполненные исследования показали, что наиболее целесообразным и экономичным вариантом вскрытия вскрышных горизонтов участка Центрального при применении железнодорожного 3 транспорта является разработанная ресурсосберегающая технология поэтапной проходки вскрывающих выработок и трасс. На фиг.1 показано строительство отдельной смешанной траншеи внешнего и внутреннего заложений по ресурсосберегающей технологии. Здесь 1 -первая смешанная траншея 2 - передовой уступ 3 - внешняя часть траншеи 4 криволинейный съезд с частичным размещением в рабочей зоне карьера (временное положение внутренней части траншеи) 5 - соединительный путь перегона 6 - стрелочный перевод временного обменного пункта па дневной поверхности 7 железнодорожный (ж.-д.) путь на внешний отвал 8 траншейный ж.-д. путь 9 - забойный ж.-д. путь 10 мехлопата ЭКГ-10 с нижней погрузкой. На фиг.2 показано окончание проходки двух смешанных траншей в торце угольного разреза с вводом в эксплуатацию ж.-д. станции. Здесь 1 второй вскрышной уступ 12 - вторая смешанная траншея 13 - торец передового уступа 14 - ж.д. станция. На фиг.3 показано поперечное сечение торца углеразреза с границей отработки вскрышных пород на внешний и внутренний отвалы с оставлением транспортной бермы 15 для укладки соединительных путей на внутренний отвал. На фиг.4 показано завершение формирования съезда на второй уступ и переход на внутренне отвалообразование с использованием прямых заездов локомотивосоставов с нижних вскрышных уступов. Здесь 16 - стационарный съезд в горце второго вскрышного уступа с работающим на нем экскаватором 17 с нижней погрузкой 18 стрелочный перевод для спуска локомотивосоставов на нижние породные горизонты и использования для перемещения вскрышных пород во внутренний отвал 19. Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Пространственное положение вскрывающих выработок установливается на поперечном профиле вдольразведочной линии, по которой формируется торец разреза. Завершение их проходки на новый горизонт должно соответствовать окончанию нарезки нового вскрышного уступа с учетом положения рабочей зоны. Длина первой смешанной траншеи 1 по вскрытию передового уступа 2 на глубину 12 м и уклоне 40 о, с учетом рельефа местности,достигает 600 м. Внешняя ее часть 3 длиной 400 м проходится драглайном ЭШ-13/50 с размещением навала в западной части на дневной поверхности. В дальнейшем он будет служить для снегозадержания и отвода паводковых и ливневых вод. С рабочего горизонта передового уступа (гор. 288 м) мехлопатой ЭКГ-4 у, до сочленения с внешней частью 3 смешанной траншеи 1, с верхней погрузкой в средства железнодорожного транспорта формируется криволинейный съезд 4. На расстоянии не менее 30 м от устья траншеи на соединительном пути перегона 5 врезается стрелочный перевод 6, от которого отходит путь 7 4 на отвал Южный. После укладки от него траншейного 8 и забойного 9 путей приступают к отработке передового уступа 2 мехлопатой ЭКГ-10 с нижней погрузкой (10) в подвижной состав. Постепенно, по мере развития горных работ, из временного положения внутренняя часть 4 смешанной траншеи 1 с криволинейной формой трассы пути приводится в стационарное по ложение с выравниванием наклонной части трассы пути. Объем первой траншеи при ширине понизу 25 м не превышает 90 тыс.м 3. Обмен локомотивосоставов осуществляется по временной схеме на соединительном пути перегона 5. Конструкция обменного пункта позволяет исключить остановку груженых составов на подъеме и сразу подавать их с пути выездной траншеи 8 на отвальный путь 6. В этот момент порожний состав находится на соединительном пути перегона 5. Для оставления локомотива в хвосте состава при движении на подъем, перед ожиданием прохода груженого состава на отвал, спуск порожнего состава с отвала с попаданием на соединительный путь перегона осуществляется через выездную траншею 1. К моменту нарезки второго вскрышного уступа 11 должны быть завершены работы по проходке второй смешанной траншеи 12 с простой формой трассы в западной части первой траншеи и с торца 13 передового уступа 2. Объем работ но ее сооружению не превысит 40 тыс.м 3 . До завершения формирования второй траншеи должна быть построена небольшая станция Западная 14. Тогда вторая траншея 12 будет использоваться для вывозки вскрышных пород с передового уступа 2, а первая 1 - для вывозки,вскрышных пород второго уступа 11,отрабатываемого первоначально экскаватором ЭКГ 4 у с верхней погрузкой. Во избежание дополнительного разноса борта в связи с размещением пород средних и нижних уступов в выработанном пространстве в конструкции западного торца разреза на горизонте укладки соединительного пути предусмотрено оставление транспортной бермы 15 требуемой ширины. После устройства съезда 16 в торце второго вскрышного уступа с гор.288 м до гор. 276 м организуется его обработка экскаватором ЭКГ -10 с нижней погрузкой 17 (фигура 4). На небольшом удалении от съезда на гор.276 м в торце разреза врезается стрелочный перевод 18 для спуска локомоти-восоставов на гор.264 м. После этого организуется перемещение вскрышных пород этого и нижеследующих горизонтов через систему съездов прямыми заездами во внутренний отвал 19. Объем работ по формированию съезда не превышает 30 тыс.м 3. По сравнению с принятым ранее вариантом объем горно-капитальных работ по проходке системы вскрывающих выработок к концу 2017 года меньше в 20 раз, а без учета угольной части капитальной траншеи - в 6 раз. Реализация технологии поэтапного формирования системы вскрывающих выработок во вскрышной зоне пологонаклонных месторождений с переходом на внутреннее отвалообразование в реальных условиях действующего предприятия обеспечит ресурсосбережение с достижением проектной мощности. Таким образом, предложенный способ позволит вскрывать каждый вскрышной горизонт с использованием простых форм независимых трасс капитальных выработок,интенсифицировать развитие горных работ при значительном уменьшении объемов горно-капитальной вскрыши при их сооружении и предусматривает своевременный переход на внутреннее отвалообразование при прямых заездах локомотивосоставов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ вскрытия породных горизонтов при открытой разработке ологонаклонных пластов полезного ископаемого, включающий проведение породной групповой фланговой внешней траншеи с независимыми транспортными выходами с каждого из трех верхних породных горизонтов,перемещение вскрышных пород с каждого из них через эту траншею в средствах железнодорожного транспорта на прилегающий внешний отвал и отсыпку их на нем, развитие горных работ и формирование выработанного пространства,переход на отсыпку пород с третьего и нижних вскрышных уступов во внутренний отвал,отличающийся тем, что последовательно одна за другой на первый вскрышной горизонт проводят две отдельные смешанные траншеи, а на остальные нарезаемые вскрышные уступы в их торцах обустраивают съезды и обеспечивают каждый горизонт независимым транспортным выходом с простыми формами трасс и своевременный переход на внутреннее отвалообразованис. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внутреннюю часть первой смешанной траншеи в виде съезда временно располагают на рабочем борту путем сопряжения его трассы с рабочим горизонтом первого вскрышного уступа на наклонной кривой и по мере отработки очередных находок мехлопатой с нижней погрузкой трассу пути выпрямляют до совпадения его трассы с осью внешней части траншеи и приводят в стационарное положение. 3. Способ по п.1. отличающийся тем, что после образования выработанного пространства достаточных размеров и сооружения съезда в торце второго вскрышного уступа, недалеко от него укладывается стрелочный перевод, прокладывается путь на третий породный горизонт и после укладки на этом горизонте соединительного и отвального путей организуют перемещение вскрышных пород во внутренний отвал.