Патент на изобретение №2224107

(54) Способ открыто-подземной разработки полезных ископаемых

(57) Реферат:

Изобретение относится к области горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открыто-подземной добыче полезного ископаемого, в частности угля, при любом падении пластов, расположенных за пределами и в пределах конечного контура борта карьера. Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении количества извлекаемого полезного ископаемого, а также в снижении площади нарушенных земель и использовании ранее созданной инфраструктуры. Способ открыто-подземной разработки полезных ископаемых из бортов карьеров и траншей включает выемку полезного ископаемого заходками с образованием выемочных камер и оставлением между ними ленточных предохранительных целиков с последующей закладкой выработанного пространства. Выработку ведут сериями от 3 до 10 выемочных камер в каждой серии. Толщина ленточных предохранительных целиков между камерами в каждой серии меньше, чем их толщина между сериями. Соотношение между толщиной ленточных предохранительных целиков в сериях и между сериями находится в пределах от 2,5 до 5.

Изобретение относится к области горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открыто-подземной добыче полезного ископаемого, в частности угля, при любом падении пластов, расположенных за пределами и в пределах конечного контура борта карьера.

Изобретение направлено на создание способа выемки запасов полезного ископаемого, расположенных в рабочих и нерабочих бортах карьера и траншей, в том числе при постановке бортов в конечное положение с использованием комплекса открыто-подземной разработки полезного ископаемого. В настоящее время все большее значение приобретает разработка месторождений открытым способом, при этом обеспечивается наибольшая производительность работ и наименьшая себестоимость добываемого полезного ископаемого. Однако при добыче угля открытым способом (см., например, а. с. СССР № 1023087, МПК Е 21 С 41/28, опубл. 1983) имеют место следующие проблемы:

1. Пласты с мощностью до 5 м относятся к некондиционным и из добычи как правило исключаются.

2. Месторождения отрабатываются по простиранию с очень низким темпом углубки 5-10 м в год, при общей глубине отработки до 300 м, это определяет избыточность действующего фронта на весь срок эксплуатации предприятия 30 лет и более, при этом:

– требуется долгосрочное поддержание излишней протяженности всех видов коммуникаций;

– возникает необходимость в максимальных сроках изъятия земель, увеличиваются площади нарушенных земель;

– стадия рекультивации переносится на последнюю фазу отработки месторождения, когда себестоимость добычи достигает максимума.

3. При достижении предельного коэффициента вскрыши, добыча угля открытым способом прекращается, созданная инфраструктура и коммуникации подвергаются демонтажу или в большинстве случаях стихийным разрушениям (разграблению).

4. Обостряются экологические проблемы, связанные с изъятием из хозяйственного оборота и нарушением земель, нарушениями гидрологических режимов, всевозможных загрязнений воды и воздуха.

Кроме того, имеется определенная категория запасов, которые не представляют технологического интереса ни для открытого, ни для подземного способов добычи, а именно:

– законтурные запасы разрезов (за пределами экономически целесообразной технической границы);

– приповерхностные запасы шахт, отработка которых подземным способом недопустима из соображений безопасности, а открытым способом нерентабельна;

– запасы месторождений, залегающих в малоосвоенных районах со слабо развитой инфраструктурой, которые не могут быть быстро вовлечены в эксплуатацию из-за высоких капиталовложений;

– участки недр с относительно небольшими запасами угля и пластами малой мощности.

Если способы открытой разработки сближенных горизонтальных и пологих пластов довольно давно разработаны, то способы извлечения пластового полезного ископаемого, расположенного за пределами конечного контура борта карьера, особенно при разработке угольных пластов средней и небольшой мощности, представляют недостаточно решенную задачу.

Создание новых горнодобывающих машин, например комбайнов типа СМ фирмы Виртген, которые успешно применяются при добычных работах на пластовых месторождениях, а также комплексов глубокой разработки пласта с секционной конвейерной установкой как, например, комплекс по патенту США № 4014574, МПК Е 21 С 27/24, 1977 г., позволяет применять совершенно новые технологии добычи полезного ископаемого и успешно решать задачи по увеличению добычи полезного ископаемого открытыми горными работами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ разработки полезных ископаемых, включающий слоевую выемку полезного ископаемого заходками с последующей закладкой выработанного пространства. Заходки для слоев выемки проходят с бермы уступа карьера, причем после обработки нижнего слоя и закладки выработанного пространства на берме уступа возводят насыпь из вскрышных пород на высоту, с которой осуществляют отработку второго слоя с последующей закладкой выработанного пространства, после чего цикл отработки повторяют до полного извлечения приконтурных запасов (а.с. СССР № 1051280, МПК Е 21 С 41/00, опубл. 30.10.83).

Этот способ позволяет осуществить разработку расположенных за пределами конечного контура борта карьера запасов полезного ископаемого буровзрывным способом с бермы уступа карьера в глубину массива с оставлением между выработками ленточных предохранительных целиков и закладкой выработанного массива.

Недостатком данного способа разработки полезных ископаемых в погашаемых бортах карьера является его невысокая эффективность, обусловленная применением буровзрывных работ, и невозможность применения при отработке пластов полезного ископаемого небольшой мощности.

Технический результат от использовании изобретения заключается в увеличении количества извлекаемого полезного ископаемого, а также в снижении площади нарушенных земель и использовании ранее созданной инфраструктуры.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе открыто-подземной разработки полезных ископаемых из бортов карьеров и траншей, включающем выемку полезного ископаемого заходками с образованием выемочных камер и оставлением между ними ленточных предохранительных целиков с последующей закладкой выработанного пространства, согласно изобретению выработку ведут сериями от 3 до 10 выемочных камер в каждой серии, толщина ленточных предохранительных целиков между камерами в каждой серии меньше, чем их толщина между сериями, причем соотношение между толщиной ленточных предохранительных целиков в сериях и между сериями находится в пределах от 2,5 до 5.

При этом устойчивость борта карьера или траншеи в зоне работы и повышение коэффициента извлечения полезного ископаемого обеспечивается путем оставления целиков между пакетами, увеличенных по ширине, а между камерами внутри пакета минимальной ширины.

Период устойчивости борта определяется шириной целиков между пакетами и между камерами и может составлять от нескольких дней до нескольких месяцев.

В указанную совокупность включены признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения поставленного технического результата во всех случаях использования изобретения, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Способ выемки запасов полезного ископаемого в бортах карьера и траншеях осуществляется следующим образом.

Комплекс во время работы находится на вскрытой полке у борта карьера или в траншее карьера. Рабочий орган (комбайн) забуривается в пласт на всю его мощность и создает наклонную выработку высотой, равной мощности пласта и шириной 3,5 м. Через каждые 6 м рабочий орган наращивается секцией транспортера и цикл работ повторяется до глубины 300 метров и более. Затем так же по секциям рабочий орган извлекается на поверхность, устье камеры присыпается породой до высоты, исключающей случайное попадание в камеру людей, животных и т.п. Комплекс передвигается вдоль борта на толщину ленточного предохранительного целика, равного 0,7-1,1 м, и выбуривается следующая выемочная камера и так далее. Количество таких выемочных камер может колебаться от 3 до 10. Далее комплекс передвигается на толщину ленточного предохранительного целика 1,75 – 5,5 м и вновь выбуривается серия из 3-10 выемочных камер с толщиной ленточных предохранительных целиков между ними 0,7-1,1 м. Система навигации позволяет автоматически отрабатывать пласт на всю мощность, а также выдерживать постоянную толщину предохранительного целика на всем протяжении выработок. Уголь, извлекаемый при проведении выработок, конвейером выгружается сзади комплекса на рабочую площадку, затем грузится ковшовым самоходным погрузчиком в автосамосвалы и вывозится на промежуточный склад либо потребителям в железнодорожные вагоны.

Использование изобретения позволит вовлечь в эксплуатацию месторождения, залегающие в сложных горно-геологических условиях, с высокой эффективностью без нанесения ущерба окружающей среде.

Формула изобретения

Способ открыто-подземной разработки полезных ископаемых из бортов карьеров и траншей, включающий выемку полезного ископаемого заходками с образованием выемочных камер и оставлением между ними ленточных предохранительных целиков с последующей закладкой выработанного пространства, отличающийся тем, что выработку ведут сериями от 3 до 10 выемочных камер в каждой серии, толщина ленточных предохранительных целиков между камерами в каждой серии меньше, чем их толщина между сериями, причем соотношение между толщиной ленточных предохранительных целиков в сериях и между сериями находится в пределах от 2,5 до 5.