EA013438B1 - Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых и призабойный комплекс устройств для его осуществления - Google Patents

Abstract

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых и призабойный комплекс устройств для его осуществления относятся к горной промышленности и могут быть использованы для открытой разработки месторождений полезных ископаемых в породах различной крепости. Техническая задача - повышение эффективности разработки месторождений полезных ископаемых в породах различной крепости при снижении энергоемкости процессов разрушения и транспортирования горных пород. По способу открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающему буровзрывное разрушение и отделение от массива вмещающих пород и полезных ископаемых наклонными слоями сверху вниз, перемещение разрушенных пород к основанию уступа под действием силы тяжести, перегрузку и транспортирование, разрушение ведут непрерывно и в поверхностном слое откоса уступа полосами, при этом отделение от массива, перегрузку и транспортирование пород осуществляют синхронно с формированием потока разрушенной породы, причем отделение от массива, перегрузку и транспортирование вмещающих пород и полезных ископаемых осуществляют раздельно. Разрушение включает одновременное бурение и расклинивание полосы породы в заходке из устья шпуров клиньями, причем бурение производят непрерывно и в плоскости, параллельной откосу уступа в направлении от верхней бровки до нижней рабочей площадки уступа. При отработке первой полосы продольные оси крайних шпуров в ряду располагают по линии пересечения боковых сторон отрабатываемой полосы и образуемой плоскости откоса уступа, при переходе к отработке следующих полос пересечение боковой стороны и образуемой поверхности откоса уступа сохраняют в направлении фронта работ. В призабойном комплексе устройств для открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающем породоразрушающее устройство, телескопический перегружатель с приемной плитой, загрузочное устройство с бункером-питателем и забойный ленточный конвейер, породоразрушающее устройство и телескопический перегружатель расположены на одной линии, перегрузочное устройство кинематически связано с забойным ленточным конвейером, причем породоразрушающее устройство выполнено в виде многомашинного агрегата и с возможностью перемещения по откосу уступа, загрузочное устройство - в виде несущей рамы, связанной с телескопическим перегружателем и установленной на рельсах, шпалы которых изготовлены в форме салазок и снабжены механизмами перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ. Механизм перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ выполнен в виде лебедки с приводом и тросом, конец которого прикреплен к анкеру, при этом приводы механизмов перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ электрически связанны между собой, а анкеры установлены по линии, параллельной фронту работ. Многомашинный агрегат включает установленные в ряд буровые штанги в направляющих трубах, сопряженных с клиньями и сообщенных с источником газовых импульсов высокого давления.

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для открытой разработки месторождений полезных ископаемых в породах различной крепости.

Известен способ циклично-поточной разработки месторождений полезных ископаемых в скальных породах грохотильно-погрузочными модулями (Солод С.В. Техника и технология разработки локальных месторождений открытым способом. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001, с. 272-276), включающий разрушение блоков породы массовыми взрывами, экскавацию и подачу разрушенных пород на грохочение и механическое дробление с последующим непрерывным транспортированием ленточными конвейерами. Залежи полезных ископаемых разрабатывают по аналогичной схеме, руду доставляют на переработку или на склад. Разработку месторождений осуществляют горизонтальными слоями сверху вниз. Буровзрывные станки и зарядные машины располагают на верхней рабочей площадке уступа, а экскаваторы, дробильные агрегаты и забойный ленточный конвейер - на нижней рабочей площадке. Описанный способ разработки может быть использован в различных условиях залегания полезных ископаемых и характеризуется относительно высокой производительностью.

Недостаток описанного способа разработки месторождений полезных ископаемых заключается в применении массовых взрывов для предварительного разрушения блоков породы, что приводит к выходу крупных кусков - негабаритов, исключающих непосредственную погрузку породы (полезных ископаемых) на ленточные конвейеры, и требует повторного механического или взрывного разрушения негабаритов. Кроме того, применяемое горнотранспортное оборудование обладает высокими металло- и энергоемкостью, большой первоначальной стоимостью и требует значительных затрат средств и труда на эксплуатацию и ремонт.

За прототипа выбран способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых (патент РФ № 2112880, Е21С 41/26, опубл. в 1998 г.), по которому вскрытие месторождений осуществляют вертикальным стволом в центре карьерного поля, горизонтальной и наклонной подземными выработками. На заданной глубине наклонная подземная выработка переходит в горизонтальную, где сооружают станцию для погрузки горной породы и полезных ископаемых на магистральный транспорт, например железнодорожные составы или конвейер. Разработку месторождений ведут слоями с уклоном, при котором разрушенная порода перемещается в сторону вертикального ствола - рудоспуска самотеком. Отработку горизонтальных слоев производят последовательно сверху вниз кольцевыми заходками. После взрыва разрушенная порода скатывается по борту карьера в нераскрытую часть рудоспуска, из которого через специально оборудованные люки загружается на магистральный транспорт. Доставку в забои карьера горных машин и материалов, а также обслуживающего персонала и их вывод на поверхность на время взрывных работ осуществляют по проводимым на борту карьера спиральной или петлевой полутраншеям, а также по воздуху с помощью аэростатов, управляемых канатными лебедками. На аэростате может быть размещено оборудование грейферного типа, которым перемещают в рудоспуск не сброшенную взрывом породу, ведут зачистку откосов и рабочих площадок. Описанные способ и устройства для его осуществления повышают интенсивность разработки месторождений полезных ископаемых за счет использования силы тяжести потока разрушенных пород, что приводит к снижению затрат.

Недостаток описанного способа разработки месторождений полезных ископаемых состоит в том, что разрушение горизонтальных блоков породы в кольцевых заходках осуществляют взрывами зарядов из взрывчатых веществ циклично. Вывод оборудования и обслуживающего персонала перед взрывом очередного блока вскрышных пород или полезных ископаемых снижает производительность горных работ, повышается опасность при отработке нижних горизонтов из-за возможного падения кусков породы сверху. Кроме того, негабариты в разрушенной породе могут образовывать своды над устьем вертикального ствола, перекрывая доступ к средствам транспорта в подземных выработках. Ликвидация таких аварий занимает много времени и может стать причиной длительного простоя карьера. Описанный способ исключает эффективную селективную добычу полезных ископаемых.

Техническая задача изобретения состоит в повышении эффективности разработки месторождений полезных ископаемых в породах различной крепости при снижении энергоемкости процессов разрушения и транспортирования горных пород.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающем буровзрывное разрушение и отделение от массива вмещающих пород и полезных ископаемых наклонными слоями сверху вниз, перемещение разрушенных пород к основанию уступа под действием силы тяжести, перегрузку и транспортирование, разрушение ведут непрерывно и в поверхностном слое откоса уступа полосами, при этом отделение от массива, перегрузку и транспортирование породы осуществляют синхронно с формированием потока разрушенной породы, причем отделение от массива, перегрузку и транспортирование вмещающих пород и полезных ископаемых осуществляют раздельно.

Разрушение включает одновременное бурение и расклинивание полосы породы в заходке из устья шпуров клиньями. Бурение производят непрерывно и в плоскости, параллельной откосу, в направлении от верхней бровки до нижней рабочей площадки уступа.

При отработке первой полосы продольные оси крайних шпуров в ряду располагают по линии пересечения боковых сторон отрабатываемой полосы и образуемой плоскости откоса уступа, при переходе к

- 1 013438 отработке следующих полос пересечение боковой стороны и образуемой поверхности откоса уступа сохраняют в направлении фронта работ.

В призабойном комплексе устройств для открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающем породоразрушающее устройство, телескопический перегружатель с приемной плитой, загрузочное устройство с бункером-питателем и забойный ленточный конвейер, породоразрушающее устройство и телескопический перегружатель расположены по линии обрушения горной породы, перегрузочное устройство кинематически связано с забойным ленточным конвейером, породоразрушающее устройство выполнено в виде многомашинного агрегата и с возможностью перемещения по откосу уступа, загрузочное устройство - в виде несущей рамы, связанной с телескопическим перегружателем и установленной на рельсах, шпалы которых изготовлены в форме салазок и снабжены механизмами перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ.

Механизм перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ выполнен в виде лебедки с приводом и тросом, конец которого прикреплен к анкеру. Приводы механизмов перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ электрически связаны между собой, а анкеры установлены по линии, параллельной фронту работ.

Многомашинный агрегат включает установленные в ряд буровые штанги в направляющих трубах, сопряженных с клиньями и сообщенных с источником газовых импульсов высокого давления.

Непрерывное разрушение горных пород в поверхностном слое откоса полосами и отделение полос от целика в направлении от верхней бровки до нижней рабочей площадки уступа позволит сохранить природную структуру залежей и раздельно отделить от массива вмещающие породы и полезные ископаемые, что создаст условия для эффективной селективной разработки месторождений полезных ископаемых. Осуществление перегрузки и транспортирования синхронно с формированием потока разрушенной породы, постоянно перемещаемой под действием собственного веса к нижней рабочей площадке, и погрузка непосредственно в средства транспорта позволят осуществить поточную разработку месторождений в породах различной крепости, включая скальные породы, повысить эффективность вскрышных и добычных работ за счет более высокой производительности труда, меньших затрат энергии и средств.

Расположение осей крайних шпуров в ряду по линии пересечения боковых сторон первой отрабатываемой полосы и образуемой новой плоскости откоса уступа позволяет сформировать забой. Расположение оси крайнего шпура при отработке последующих полос по фронту работ позволит сохранить параметры забоя и условия для поточной разработки месторождений, т. е. непрерывного разрушения скальных горных пород без негабаритов и погрузки потока пород в средства транспорта без экскавации.

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых осуществляют следующим образом. На верхней рабочей площадке производят врезку машинного агрегата в массив пород в границах отрабатываемой полосы. Разрушение и отделение от целика вмещающих пород и полезных ископаемых ведут наклонными слоями сверху вниз при непрерывных бурении шпуров, расклинивании полосы породы в заходке из устья шпуров клиньями и периодической подаче газовых импульсов высокого давления в полости шпуров при отделении скальных пород. Частоту и мощность газовых импульсов высокого давления устанавливают в зависимости от крепости и свойств разрушаемых пород. Перемещение потока разрушенных пород к основанию уступа происходит под действием силы тяжести. Перегрузку и транспортирование пород на нижней рабочей площадке осуществляют непрерывно и синхронно с отделением и формированием потока породы непосредственно в забое. В случае когда залежь полезного ископаемого не имеет выраженной формы и добычные работы необходимо вести одновременно с разработкой вмещающих пород, отделение от массива, перегрузку и транспортирование вскрышных пород и полезных ископаемых производят раздельно при сохранении направления забоя в наклонной плоскости сверху вниз, то есть останавливают отделение породы и формирование потока для перестройки грузопотоков на нижней рабочей площадке (породу отправляют на отвал, руду - на переработку). Если размеры залежи выходят за пределы полосы, то последовательно до верхней границы полезных ископаемых породу отрабатывают в смежных полосах, а затем отделяют полезные ископаемые. При отработке первой полосы продольные оси боковых шпуров располагают по линии пересечения ее боковых сторон с новой плоскостью откоса уступа. При переходе к отработке следующей полосы пересечение ее боковой стороны и новой поверхности откоса уступа сохраняют в направлении перемещения фронта работ.

Призабойный комплекс устройств для открытой разработки месторождений полезных ископаемых иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображены исполнительные механизмы комплекса в процессе производства вскрышных работ, вид сбоку; на фиг. 2 - несущая рама передвижного загрузочного устройства с механизмом перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ; на фиг. 3 многомашинный агрегат в исходном положении на верхней рабочей площадке уступа.

Призабойный комплекс устройств для открытой разработки месторождений полезных ископаемых включает породоразрушающее устройство, перегружатель, загрузочное устройство и транспортное средство - забойный ленточный конвейер. Породоразрушающее устройство состоит из несущей платформы 1 с наклонной плоскостью 2, на поверхности которой размещен многомашинный агрегат 3. Многомашинный агрегат 3 в исходном положении соединен тросами 4 через систему блоков 5 с подъемными лебед

- 2 013438 ками 6. На нижней рабочей площадке уступа на одной линии с несущей платформой 1 и многомашинным агрегатом 3 расположен телескопический перегружатель 7 с загрузочной плитой 8, приемным 9 и разгрузочным 10 конвейерами. Разгрузочный конвейер 10 кинематически связан с передвижным загрузочным устройством 11. Загрузочное устройство 11 состоит из несущей рамы 12 с бункером-питателем 13 и приводом хода (на чертежах не показан) и соединено тросами 14 и лебедками 15 с приемным 9 и разгрузочным 10 конвейерами. Стойки 16 рамы 12 с захватами 17 установлены на рельсы 18, прикрепленные к шпалам, выполненным в виде салазок 19, на которых установлен передвижной забойный ленточный конвейер 20. В торцах шпал-салазок 19 установлены механизмы перемещения забойного ленточного конвейера 20 параллельно фронту работ или его продольной оси. Механизм перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ состоит из установленной на каждой шпале-салазке 19 лебедки 21 с приводом 22. Лебедка 21 тросом 23 соединена с переносным анкером 24. Приводы 22 электрически связаны между собой, а анкеры 24 установлены по линии, параллельной фронту работ или продольной оси забойного ленточного конвейера 20.

Многомашинный агрегат 3 включает установленные в ряд буровые штанги 25, сопряженные с клиньями 26, ударный механизм 27 и генератор газовых импульсов высокого давления (на чертежах не показан). К приемной плите 8 перегружателя 7 шарнирно прикреплены боковые плиты 28 с возможностью раствора от 0 до 90°.

Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых осуществляют следующим образом. На верхней рабочей площадке уступа устанавливают многомашинный агрегат 3, угол наклона которого принимают равным углу откоса отрабатываемого уступа, с помощью лебедок 6 опускают до соприкосновения буровых штанг 25 с породой, включают вращательные (на чертежах не показан) и ударные механизмы 27 и вводят в рабочее положение. Многомашинный агрегат 3 и телескопический перегружатель 7 устанавливают в забое по линии потока обрушения породы. Торец разгрузочного конвейера 10 располагают над бункером-питателем 13 и верхней ветвью забойного ленточного конвейера 20. В процессе перемещения многомашинного агрегата 3 буровые штанги 25 проходят шпуры во вновь образуемой плоскости откоса уступа, параллельной его рабочей плоскости, одновременно с бурением осуществляют расклинивание полосы породы в заходке из устья шпуров клиньями 26 при синхронном перемещении забоя и устьев шпуров. При замедлении перемещения многомашинного агрегата 3 в крепких породах из генератора импульсов высокого давления (на чертежах не показан) в полости шпуров периодически подают газовые импульсы высокого давления, например, от взрыва зарядов из стехиометрической смеси водорода и кислорода или воды. Разрушенная порода под действием собственного веса в виде потока перемещается к нижней рабочей площадке, поступает на загрузочную плиту 8, откуда с помощью приемного 9 и разгрузочного 10 конвейеров перегружателя 7 через бункер-питатель 13 подается на забойный ленточный конвейер 20. При отработке нижней части полосы боковые плиты 28 совмещают с плоскостью нижней рабочей площадки. После подъема многомашинного агрегата 3 к верхней рабочей площадке боковые плиты 28 приподнимают, перемещая породу на приемный конвейер 9. Многомашинный агрегат 3 устанавливают на наклонной плоскости 2 несущей платформы 1 (фиг.1), которую передвигают к новой полосе. Телескопический перегружатель 7 отводят от нижней бровки откоса уступа, совмещают приемный 9 и разгрузочный 10 конвейеры и вместе с загрузочным устройством 11 перемещают к новой полосе породы, где приемную плиту 8 устанавливают в рабочее положение - у основания откоса уступа. Перемещение забойного конвейера 20 с загрузочным устройством 11 параллельно франту работ или его продольной оси на заданное расстояние осуществляют включением приводов 22 лебедок 21, при этом канаты 23, наматываясь, синхронно и равномерно перемещают шпалы-салазки 19 в сторону анкеров 24.

Использование предлагаемого способа и призабойного комплекса устройств для открытой разработки месторождений полезных ископаемых позволит уменьшить затраты средств и труда на строительство и эксплуатацию карьеров; повысить безопасность работ; сохранить природную структуру массива пород и увеличить угол откоса бортов и глубину карьера без дополнительных затрат; осуществить полную автоматизацию комплекса устройств за счет непрерывности технологических процессов; создать благоприятные условия для соблюдения экологических требований при производстве горных работ.

Claims (6)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий буровзрывное разрушение и отделение от массива вмещающих пород и полезных ископаемых наклонными слоями сверху вниз, перемещение разрушенных пород к основанию уступа под действием силы тяжести, перегрузку и транспортирование, отличающийся тем, что разрушение ведут непрерывно и в поверхностном слое откоса уступа полосами, при этом отделение от массива, перегрузку и транспортирование пород осуществляют синхронно с формированием потока разрушенной породы, причем отделение от массива, перегрузку и транспортирование вмещающих пород и полезных ископаемых осуществляют раздельно.
2. 2. Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых по п.1, отличающийся тем, что разрушение включает одновременное бурение и расклинивание полосы породы в заходке из устья

   - 3 013438 шпуров клиньями, причем бурение производят непрерывно и в плоскости, параллельной откосу уступа, в направлении от верхней бровки до нижней рабочей площадки уступа.
3. 3. Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых по п.1, отличающийся тем, что при отработке первой полосы продольные оси крайних шпуров в ряду располагают по линии пересечения боковых сторон отрабатываемой полосы и образуемой плоскости откоса уступа, при переходе к отработке следующих полос пересечение боковой стороны и образуемой поверхности откоса уступа сохраняют в направлении фронта работ.
4. 4. Призабойный комплекс устройств для открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий породоразрушающее устройство, телескопический перегружатель с приемной плитой, загрузочное устройство с бункером-питателем и забойный ленточный конвейер, отличающийся тем, что породоразрушающее устройство и телескопический перегружатель расположены по линии обрушения горной породы, перегрузочное устройство кинематически связано с забойным ленточным конвейером, причем породоразрушающее устройство выполнено в виде многомашинного агрегата и с возможностью перемещения по откосу уступа, загрузочное устройство - в виде несущей рамы, связанной с телескопическим перегружателем и установленной на рельсах, шпалы которых изготовлены в форме салазок и снабжены механизмами перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ.
5. 5. Призабойный комплекс устройств для открытой разработки месторождений полезных ископаемых по п.4, отличающийся тем, что механизм перемещения забойного ленточного конвейера параллельно фронту работ выполнен в виде лебедки с приводом и тросом, конец которого прикреплен к анкеру, при этом приводы механизмов перемещения забойного ленточного конвейера электрически связаны между собой, а анкеры установлены по линии, параллельной фронту работ.
6. 6. Призабойный комплекс устройств для разработки месторождений полезных ископаемых по п.4, отличающийся тем, что многомашинный агрегат включает установленные в ряд буровые штанги в направляющих трубах, сопряженных с клиньями и сообщенных с источником газовых импульсов высокого давления.