Спосіб відкритої розробки напівскельних родовищ корисних копалин

Реферат: Спосіб відкритої розробки напівскельних родовищ корисних копалин без використання буровибухових робіт. У видобувній західці створюється не менш ніж два вибої, при цьому в одному з них гідромолотом, встановленим на рукояті екскаватора, який розміщується на покрівлі або на підошві уступу, здійснюється первинна відбійка шару корисної копалини з накопиченням відбитої породи в навалі в підніжжі уступу. В іншому вибої щонайменше одним UA 100656 C2 (12) UA 100656 C2 фронтальним навантажувачем чи екскаватором виконується навантаження раніше відбитої гірської маси з навалу в засоби транспортування. У моменти завершення відбійки шарів й накопичення в навалах достатньої кількості гірської маси в одних вибоях і вичерпування її в інших проводиться взаємообмін відбійного і навантажувального обладнання у вибоях або перехід його до відпрацювання попередніх вибоїв, при їх кількості, більшій чим два, чи до нових вибоїв, при завершенні відпрацювання попередніх. UA 100656 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої промисловості і може бути використаний при розробці напівскельних родовищ корисних копалин відкритим способом без використання буровибухових робіт. До напівскельних корисним копалинам належать сланці, піщаники, гематитові руди, мергелі, вапняки, гіпс, кам'яна сіль, кам'яне й міцне буре вугілля й ін. Для розробки напівскельних родовищ відкритим способом на кар'єрах передбачається буровибухова підготовка масиву. Вибухове руйнування, знеміцнення чи струшування гірських порід залишається на сьогодні найпоширенішим способом якісної підготовки напівскельних порід для виїмки і подальшого транспортування та переробки. Відомий спосіб відкритої розробки напівскельних родовищ корисних копалин, в якому товща корисної копалини в кар'єрі розділяється на уступи, які відпрацьовуються західками, що мають робочі вибої, з використанням буровибухової підготовки масиву порід, вийманням гірської маси з розвалу, навантаженням її і транспортуванням на пересувні або стаціонарні дробильносортувальні установки для одержання товарної продукції (Новожилов М.Г. и др. Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых. В 2-х частях. Часть 1. – М: "Недра", 1971. - С. 47, рис.10.). Недоліком способу є використання вибухових робіт, які негативно впливають на екологічний стан навколишнього середовища, пов'язані з підвищеною небезпекою для персоналу й не можуть застосовуватись поблизу житлових зон. Вибухові роботи створюють потужний сейсмічний шумовий вплив на навколишнє середовище, спричиняють розліт шматків породи на значні відстані, забруднюють повітря і підземні води утвореною пилогазовою хмарою і продуктами розкладу вибухових матеріалів. У зв'язку із цим при видобутку напівскельних порід, замість буровибухових робіт у кар'єрах все частіше стали застосовувати механічне руйнування напівскельних корисних копалин. Як альтернатива буровибуховим роботам використовуються нові виймальнонавантажувальні машини - гірничі комбайни фрезерного типу, що забезпечують механічне руйнування гірських порід. Робочим органом комбайна є барабан з встановленими на ньому різцями. Гірничі комбайни мають силову дизельну установку, гусеничний хід і стрічкові конвеєри. Відомий спосіб відпрацьовування родовищ корисних копалин з використанням гірничих комбайнів і пошаровим фрезеруванням уступу (Дриженко А.Ю. Карьерные технологические горнотранспортные системы. - Днепропетровск: Государственный ВУЗ "НГУ", 2011. - С. 57, рис. 1.31). По цьому способу гірничий комбайн пересувається на гусеничних візках поступально по кільцевій чи петльовій траєкторії по поверхні підготовленої для відпрацювання ділянки й за рахунок обертання фрезерного барабана з різцями навколо горизонтальної осі здійснює відколювання від масиву шматків корисної копалини і завантаження їх на стрічку конвеєра. Конвеєри подають гірську масу в засоби транспорту або в тимчасові навали. Далі видобута корисна копалина подається на дробильно-сортувальні установки для одержання товарної продукції. Після відпрацювання на товщину фрезерованого шару підготовленої ділянки, комбайн переходить до відпрацювання наступного шару корисної копалини. Однак встановлено, що ефективне застосування цього способу обмежується породами низької міцності: слабким кам'яним вугіллям і вапняками, бокситами, слабкими піщаниками, окремими видами неміцних руд і т.д. Використання гірничих комбайнів при розробці напівскельних порід таких як міцні вапняки, що мають підвищену цінність при будівництві, виробництві цементу й вапна, використанні у чорній металургії й хімії виявилося неефективним через: підвищену енергоємність процесу фрезерування; велику витрату різців; сильну вібрацію; проковзування гусениць; вихід з ладу радіаторів системи охолодження; підвищену витрату транспортерних стрічок; появу тріщин у металоконструкціях (у тому числі в паливних баках); вихід з ладу дизельних двигунів від попадання пилу. Використання гірничих комбайнів пов'язане також з підвищеною витратою дизельного палива, високими капітальними вкладеннями й експлуатаційними витратами. Одним з недоліків застосування гірничих комбайнів в зазначених умовах є також надлишкове подрібнювання корисних копалин, що зменшує вихід товарної продукції. Існує інший вид обладнання придатний для руйнування напівскельних гірських порід гідравлічні молоти. Це обладнання встановлюється, як правило, на рукояті одноковшевих гідравлічних екскаваторів, підключається до їх гідравлічних систем і використовується в кар'єрах що розробляють скельні корисні копалини при додрібнюванні негабаритів (вторинне руйнування), що утворились під час виконання вибухових робіт. Таке їх застосування на кар'єрах носить епізодичний характер. 1 UA 100656 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення відомого способу відкритої розробки родовищ корисних копалин, в якому за рахунок використання для первинної відбійки напівскельної корисної копалини безпосередньо з масиву гідромолотів відповідної потужності, а для виймання і навантажування відбитої гірської маси мобільних машин - фронтальних навантажувачів чи одноковшевих екскаваторів, що працюватимуть по запропонованій технології, забезпечується підвищення ефективності ведення відкритих робіт без використання буровибухових робіт, зниження екологічного навантаження на навколишнє середовище, зменшення розмірів санітарної зони, збільшення повноти виймання запасів. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі, який включає поділ товщі корисної копалини по вертикалі на уступи, а по горизонталі на західки з торцевими або фронтальними вибоями, що відпрацьовуються послідовно зверху вниз, відповідно до винаходу, у видобувній західці створюється не менш чим два вибої, які розташовуються поруч або з деяким відставанням, при цьому в одному (-их) з них щонайменше одним гідро молотом, встановленим на рукояті екскаватора, який розміщується на підошві або на покрівлі уступу, здійснюється первинна відбійка шару корисної копалини з накопиченням відбитої породи в навалі в підніжжі уступу, а в іншому (-их) щонайменше одним фронтальним навантажувачем чи екскаватором виконується навантаження раніше відбитої гірської маси з навалу в засоби транспортування, причому у моменти завершення відбійки шарів й накопичення в навалах достатньої кількості гірської маси в одних вибоях і вичерпування її в інших, проводиться взаємообмін відбійного і навантажувального обладнання у вибоях або перехід його до відпрацювання попередніх вибоїв, при їх кількості, більшій чим два, чи до нових вибоїв, при завершенні відпрацювання попередніх. На фіг. 1-8 показані схеми здійснення способу на прикладі застосування одного чи кількох гідромолотів для первинної відбійки напівскельної корисної копалини, фронтального навантажувача для виймання і навантаження відбитої гірської маси і автомобільного транспорту для доставки її на переробку в торцевих (фіг. 1, 2, 3, 5, 6 і 7) і фронтальних (фіг. 4 і 8) вибоях при розташуванні екскаватора з встановленим на рукояті гідромолотом на підошві (фіг. 1, 2, 3 і 4) і на покрівлі (фіг. 5, 6, 7 і 8) уступу, що розробляється. На фіг. 9-12 показані схеми здійснення способу на прикладі застосування одного чи кількох гідромолотів для первинної відбійки напівскельної корисної копалини, фронтального навантажувача для виймання і навантаження відбитої гірської маси, вибійної дробарки для початкового її подрібнення і стрічкових конвеєрів для доставки гірської маси на переробку в торцевих (фіг. 9 і 11) і фронтальних (фіг. 10 і 12) вибоях при розташуванні екскаватора з встановленим на рукояті гідромолотом на підошві (фіг. 9 і 10) і на покрівлі (фіг. 11 і 12) уступу, що розробляється. На фіг. 1-12 позначено: 1 - гідромолот; 1a - перший гідромолот; 1б - другий гідромолот; 1в - третій гідромолот; 2 навантажувач; 3 - автосамоскид; 4 - вибій гідромолота; 5 - навал відбитої породи; 6 - вибійний стрічковий конвеєр; 7 - магістральний стрічковий конвеєр; 8 - вибійна самохідна дробарка; Н висота уступу; А - ширина західки; h - висота шару, що відбивається; а - ширина шару, що відбивається (ширина напівзахідки); г - глибина шару, що відбивається; r - мінімальний радіус відбійки шару на горизонті установки гідромолота; R - максимальний радіус відбійки шару. Спосіб здійснюється таким чином. Уступ у західці, що відпрацьовується, розробляється по вертикалі послідовно зверху вниз шарами, в кожному з яких утворюється свій вибій. Відбійка корисної копалини у вибої кожного шару здійснюється на визначену глибину й ширину гідромолотом, навішеним на гідравлічний екскаватор, за рахунок чергування операцій опускання гідромолота в межах шару й повороту верхньої частини екскаватора в межах ширини вибою на величину шматка породи, розмір якого вважається прийнятним для подальшого транспортування і переробки. При цьому машиніст екскаватора при управлінні положенням гідромолота враховує розташування природних тріщин, що завжди присутні в масиві напівскельних порід, з метою полегшення відколювання породи. Використання природних тріщин й створення пікою гідромолота у масиві напружень, що розтягують, істотно знижує енергоємність механічного руйнування корисної копалини, а вибіркове руйнування гідравлічним молотом масиву гірських порід знижує вихід дрібних фракцій й збільшує вихід товарної продукції. В ході відбійки гірської маси відбувається падіння відділених шматків вниз на підошву уступу й утворення навалу відбитої гірської маси в його підніжжі. Після відбійки гідромолотом першого шару на всю ширину західки гідравлічний екскаватор залишає західку й у цю західку переміщається навантажувач, що здійснює навантаження з підошви уступу навалів відбитої гірської маси в засоби транспорту для доставки корисної копалини на подальшу переробку. 2 UA 100656 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Екскаватор з приєднаним до його рукояті гідромолотом може виконувати первинну відбійку корисної копалини як з підошви уступу, так і з його покрівлі, при цьому в кожному випадку робота гідромолота може здійснюватися як торцевими, так і фронтальними вибоями. На фіг. 1-3 показана схема ведення гірничих робіт в торцевих вибоях з установкою гідромолота і навантажувача на підошві уступу, з трьома послідовними етапами ведення гірничих робіт при відпрацюванні двох вибоїв. На першому етапі (фіг. 1) у першому вибої (перетин 1-1) гідромолот (1), що установлений на підошві уступу, по радіусу (R) відбиває верхній шар (4), висотою (h), глибиною (г) шириною (а), уступу висотою (Н) періодично повертаючи верхню частину гідравлічного екскаватора, на яку навішений гідромолот. При цьому в підніжжі уступу здійснюється накопичення відбитої породи в навалі (5). Після відбійки верхнього шару в першій напівзахідці (фіг. 1), гідромолот (1) переходить у другу напівзахідку (а) і здійснює аналогічні дії. У другому вибої (переріз 2-2), що знаходиться поруч або з деяким відставанням, навантажувач (2) здійснює навантаження раніше відбитої гірської маси (5) в автосамоскид (3) для доставки корисної копалини на подальшу переробку на дробильно-сортувальну установку з метою отримання товарної продукції. На другому етапі виконання гірничих робіт (фіг. 2) після закінчення відбійки в першому вибої й навантаження в другому вибої здійснюється взаємообмін відбійного (1) і навантажувального устаткування (2) у вибоях. На третьому етапі виконання гірничих робіт (фіг. 3) у першому вибої (перетин 3-3) навантажувач (2) здійснює навантаження раніше відбитої гірської маси (5) в автосамоскид (3). У другому вибої (перетин 4-4) гідромолот (1) в цей час відбиває середній шар. Після відбійки середнього шару в першій напівзахідці гідромолот переходить у другу напівзахідку й здійснює аналогічні дії. Далі всі цикли відбійки й навантаження для другого й наступного шарів повторюються у зазначеній послідовності. На фіг. 4 зображена схема ведення гірничих робіт у фронтальних вибоях з установкою гідромолота й навантажувача на підошві уступу. Схема з використанням фронтальних вибоїв для відбійки породи дозволяє використовувати кілька гідромолотів (на фіг. 4 для прикладу показані три гідромолоти й один навантажувач). У першому вибої (переріз 1-1) гідромолот (1а), встановлений на підошві уступу, по радіусу (R) відбиває верхній шар (4), висотою (h), глибиною (г) шириною (а), уступу висотою (Н) періодично повертаючи верхню частину гідравлічного екскаватора, на яку навішений гідромолот. При цьому в підніжжі уступу здійснюється накопичення відбитої копалини в навалі (5). Після відбійки верхнього шару в першій напівзахідці (а), гідромолот (1) переходить у другу напівзахідку (а) і здійснює аналогічні дії. У другому вибої (переріз 2-2) навантажувач (2) здійснює навантаження раніше відбитої гірської маси з першого шару (5) в автосамоскид (3) для доставки корисної копалини на подальшу переробку. У третьому вибої (переріз 3-3) гідромолот (1б), встановлений на підошві уступу, також відбиває шар корисної копалини, наприклад, середній. Після відбійки середнього шару в першій напівзахідці, гідромолот переходить у другу напівзахідку й здійснює аналогічні дії. У четвертому вибої із вже відбитим, наприклад, середнім, шаром породи навантажувач здійснює навантаження гірської маси з навалу в автосамоскид. У п'ятому вибої (переріз 4-4) гідромолот (1в), встановлений на підошві уступу, відбиває шар корисної копалини, наприклад, нижній. При цьому в підніжжі уступу здійснюється накопичення відбитої породи в навалі. Після відбійки нижнього шару в першій напівзахідці, гідромолот переходить у другу напівзахідку й здійснює аналогічні дії. У шостому вибої із вже відбитим, наприклад, нижнім, шаром породи навантажувач здійснює навантаження раніше відбитої гірської маси нижнього шару. Таким чином, всі три гідромолоти (1а, 1б, 1в), що встановлені на підошві уступу, відбивають послідовно верхній, середній і нижній шари, то у парних, то у непарних вибоях, рухаючись уздовж фронту робіт до його кінця, потім цикли повторюються. Кожен з вибоїв при цьому може відпрацьовуватись і на деяку глибину, що перевищуватиме глибину шару, що відбивається (г), навіть в кілька десятків разів - в межах ширини площадки запасів, що підготовлені до виїмки. Слід зазначити, що для обслуговування всіх трьох гідромолотів одним навантажувачем, останній повинен мати відповідну продуктивність. На фіг. 5, 6 і 7 зображена схема ведення гірничих робіт в торцевих вибоях з установкою гідромолота на покрівлі уступу, а навантажувача - на підошві уступу з трьома послідовними етапами ведення гірничих робіт при відпрацюванні двох вибоїв. 3 UA 100656 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Від показаної на фіг. 1, 2 і 3 ця схема відрізняється розміщенням гідромолота на покрівлі уступу, який на першому етапі (фіг. 5) у першому вибої (переріз 1-1) відбиває верхній шар. При цьому в підніжжі уступу здійснюється накопичення відбитої породи в навалі (5). Після відбійки верхнього шару в першій напівзахідці (а), гідромолот (1) переходить у другу напівзахідку (а) і здійснює аналогічні дії. У другому вибої (перетин 2-2) навантажувач (2), що пересувається по підошві уступу, в цей час здійснює навантаження раніше відбитої гірської маси (5) в автосамоскид (3) для доставки корисної копалини. На другому етапі виконання гірничих робіт (фіг. 6) після закінчення відбійки у першому вибої й навантаження в другому вибої здійснюється зміна вибоїв відбійного (1) і навантажувального устаткування (2), що переміщується по своїм робочим горизонтам - відповідно по покрівлі і по підошві уступу. На третьому етапі виконання гірничих робіт (фіг. 7) у першому вибої навантажувач (2) з підошви уступу здійснює навантаження раніше відбитої гірської маси (5) в автосамоскид (3). У другому вибої (переріз 4-4) гідромолот (1) з покрівлі уступу в цей час відбиває середній шар. Після відбійки середнього шару в першій напівзахідці гідромолот переходить у другу напівзахідку й здійснює аналогічні дії. Далі всі цикли відбійки й навантаження для другого й наступного шарів повторюються. На фіг. 8 показана схема ведення гірничих робіт у фронтальних вибоях з установкою гідромолота на покрівлі уступу, а навантажувача на підошві уступу. Ця схема також дозволяє використовувати кілька гідромолотів (на фіг. 8 для прикладу показані три гідромолоти й один навантажувач). Від показаної на фіг. 2 ця схема відрізняється розміщенням гідромолотів на покрівлі уступу, звідки вони і здійснюють відбійку корисної копалини. Всі три гідромолоти (1а, 1б, 1в), що встановлені на покрівлі уступу, відбивають послідовно верхній, середній і нижній шари, то у парних, то у непарних вибоях, рухаючись уздовж фронту робіт до його кінця, потім цикли повторюються. Кожен з вибоїв при цьому також може відпрацьовуватись і на деяку глибину, що перевищуватиме глибину шару, що відбивається (г), навіть в кілька десятків разів - в межах ширини площадки запасів, що підготовлені до виїмки. Навантажувач здійснює навантаження раніше відбитої копалини з навалів, в яких вона накопичується в підніжжі уступу, в автосамоскиди доставки на подальшу переробку. На фіг. 9-12 показні схеми здійснення способу з використанням вибійної дробарки і конвеєрного транспорту в торцевих (фіг. 9 і 11) і фронтальних (фіг. 10 і 12) вибоях при розташуванні екскаватора з встановленим на рукояті гідромолотом на підошві (фіг. 9 і 10) і на покрівлі (фіг. 11 і 12) уступу, що розробляється. Порядок роботи гідромолота по цих схемах аналогічний описаному вище і показаному на фіг. 1-8, а робота навантажувача відрізняється тільки тим, що замість кузова автосамоскида, він вивантажує гірську масу з навалу в приймальний бункер дробарки. Дробарка, по мірі пересування вибоїв, і вибійний конвеєр, по мірі пересування фронту ведення робіт, за рахунок власного ходового механізму чи за допомогою пересувачів періодично переміщуються на нові місця установки. Порівняльна оцінка приведених схем показала наступне. Схеми з використанням автотранспорту фіг. 1-8, у порівнянні зі схемами з використанням конвеєрного транспорту фіг. 9-12 мають більш низькі капітальні вкладення, але пов'язані з підвищеними експлуатаційними витратами. Схеми з використанням конвеєрного транспорту фіг. 9-12 доцільно використати на кар'єрах з довгими фронтами гірничих робіт, а також на глибоких кар'єрах, на яких ефективність використання автомобільного транспорту різко знижується. Схеми з установкою гідромолота на покрівлі уступу (фіг. 5-8, 11 і 12) у порівнянні зі схемами з установкою гідромолота на підошві уступу (фіг. 1-4, 9 і 10) більш безпечні, тому що гідромолоти перебувають вище підніжжя уступу й не піддаються ударам відбитих шматків при їхньому падінні вниз. Однак схеми з розміщенням гідромолота на покрівлі уступу (фіг. 5-8, 11 і 12) пов'язані з обмеженою видимістю вибою з кабіни гідравлічного екскаватора, що може негативно вплинути на якість відбитої гірської маси. Схеми з використанням фронтальних вибоїв (фіг. 4, 8, 10 і 12) у порівнянні зі схемами з використанням торцевих вибоїв (фіг. 1-3, 5-7, 9, і 11) забезпечують підвищену продуктивність, тому що ці схеми багатовибійні й можна використати кілька гідромолотів. Однак схеми з використанням фронтальних вибоїв (фіг. 4, 8, 10 і 12) вимагають підвищеної довжини фронту робіт. Область ефективного використання кожної з наведених схем визначається вихідними гірничотехнічними умовами розробки, необхідною продуктивністю й вимогами до гранулометричного складу товарної продукції. 4 UA 100656 C2 Наприклад, на кар'єрах з підвищеною виробничою потужністю по корисній копалині і підвищеній довжині фронту робіт, доцільно використовувати технологічні схеми з установкою гідромолотів у фронтальних вибоях на покрівлі уступу й застосуванням конвеєрного транспорту (фіг. 12). 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Спосіб відкритої розробки напівскельних родовищ корисних копалин без використання буровибухових робіт, який включає поділ товщі корисної копалини по вертикалі на уступи, а по горизонталі на західки з торцевими або фронтальними вибоями, що відпрацьовуються послідовно зверху вниз, який відрізняється тим, що у видобувній західці створюється не менш ніж два вибої, які розташовуються поруч або з деяким відставанням, при цьому в одному (-их) з них щонайменше одним гідромолотом, встановленим на рукояті екскаватора, який розміщується на покрівлі або на підошві уступу, здійснюється первинна відбійка шару корисної копалини з накопиченням відбитої породи в навалі в підніжжі уступу, а в іншому (-их) щонайменше одним фронтальним навантажувачем чи екскаватором виконується навантаження раніше відбитої гірської маси з навалу в засоби транспортування, причому у моменти завершення відбійки шарів й накопичення в навалах достатньої кількості гірської маси в одних вибоях і вичерпування її в інших проводиться взаємообмін відбійного і навантажувального обладнання у вибоях або перехід його до відпрацювання попередніх вибоїв, при їх кількості, більшій чим два, чи до нових вибоїв, при завершенні відпрацювання попередніх. 5 UA 100656 C2 6 UA 100656 C2 7 UA 100656 C2 8 UA 100656 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9