Спосіб доробки кар’єрів при розробці крутопадаючих покладів родовищ корисних копалин

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открытой разработке крутопадающих месторождений полезных ископаемых черной и цветной металлургии, угля и строительных материалов. Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий отработку карьера до конечной глубины этапами, транспортирование вскрышных пород в процессе отработки карьера на внешние отвалы, а отходов обогащения в шламохранилища, доставку вскрышных пород после отработки карьера в его выработанное пространство и складирование их во внутренний отвал одним или несколькими ярусами, полную засыпку выработанного пространства карьера [1]. Недостатками указанного способа являются большие затраты, связанные с необходимостью отчуждения земель под внешние отвалы и шламохранилища на длительный период времени (20-50 лет), нарушение экологической ситуации в районе складирования отвалов и шламохранилищ. Известен также способ доработки карьеров при отработке крутопадающих месторождений, включающий разработку карьера до конечной глубины на одном из участков (флангов) для создания первоначального фронта горных работ и обеспечения возможности внутрикарьерного складирования вскрышных пород, отсыпку внутренних отвалов (Эффективность внутреннего отвалообразования при доработке глубоких карьеров [2]). Недостаток этого способа доработки карьера заключается в невозможности складирования в выработанное пространство одновременно твердых вскрышных пород и отходов обогатительного производства (шламов), что требует отчуждения земель для размещения шламохранилища. Наиболее близким к заявляемому решению является способ отвалообразования и рекультивации глубоких карьеров, включающий отсыпку вскрышных пород слоями вдоль одного из бортов отработанного карьера, создание секций между стенками путем отсыпки продольных перемычек и заполнение пространства между упорными стенками по секциям мягкими и жидкими отходами производства [3]. Способ предназначен для использования только после полной отработки карьера. Поэтому основным недостатком остается отчуждение значительных площадей земель под внешние отвалы и шламохранилище на весь период существования предприятия. Кроме того, для формирования секций под отходы производства (шламы) потребуются большие затраты, связанные с отсыпкой продольных перемычек. Это повышает затраты на отвальные работы. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа доработки карьеров при разработке крутопадающих залежей месторождений полезных ископаемых, в котором сокращение площадей отчуждаемых земель для размещения внешних отвалов и шламохранилищ обеспечивается технологией доработки карьера с формированием в одной части выработанного пространства внутренних отвалов и шламохранилища, а в другой части разработкой карьерного поля по известному традиционному способу, и за счет этого существенно снижаются затраты на отвальные работы и рекультивацию. Поставленная задача решается тем, что в способе доработки карьеров при разработке крутопадающих залежей месторождений полезных ископаемых, включающем отработку горизонтов до конечной глубины карьера очередями, отсыпку отвалов ярусами, формирование пионерной дамбы и шламохранилища и водозаборных колодцев, согласно изобретению, пионерную дамбу формируют в период отработки последней очереди карьера на границе между ней и отработанными очередями карьера вкрест простирания залежи полезного ископаемого, отвал отсыпают, а шламохранилище формируют в указанной отработанной очереди карьера, при этом отвал отсыпают заходками вдоль пионерной дамбы на высоту не превышающую высоту дамбы с подвиганием яруса отвала в направлении противоположном подвигания фронта отработки последней очереди карьера, а формирование шламохранилища ведут навстречу фронту отсыпки яруса отвала, причем вдоль указанного фронта формируют пруд-отстойник, а на проектном контуре сопряжения откоса отвала и борта карьера в массиве уступа сооружают водозаборные колодцы для осветленной воды шламохранилища, причем по высоте пионерную дамбу и отвал отстраивают с возможностью размещения в выработанном пространстве последней очереди шламов и пород от ее отработки, при этом, по мере подвигания фронта горных работ в указанной очереди карьера, систематически наращивают по высоте пионерную дамбу и переносят выше водозаборные колодцы, а выработанное пространство ее заполняют твердыми пустыми породами одним ярусом с поверхности или верхних уступов карьера на всю глубину его в направлении от пионерной дамбы к рабочему борту вдоль простирания залежи. Поставленная задача решается также тем, что водозаборный колодец формируют в массиве уступа в виде выемки, которую перекрывают со стороны выработанного пространства сплошной вертикальной стенкой, со сквозными отверстиями, и закрывают их регулировочными лядами, а при наличии в карьере участка выхода водоносного горизонта пресной воды. на борту или дне карьера до уровня выше поверхности отвала формируют водозаборный котлован, который изолируют по его периметру, причем при формировании водозаборного котлована для пресной воды его днище на всю мощность водоносного горизонта покрывают гравием, а боковые откосы отсыпают из скальных вскрышных пород и укрепляют их водонепроницаемым экраном. Способ доработки карьеров при разработке крутопадающих залежей месторождений полезных ископаемых за счет использования части отработанного карьерного пространства для складирования отходов производства по сравнению с известными обеспечивает снижение затрат на производство транспортных, отвальных и рекультивационных работ, уменьшить ущерб от нарушения земель, пригодных к сельскохозяйственному использованию. На фиг. 1 представлена схема развития горных и отвальных работ в карьере после завершения строительства пионерной дамбы; на фиг. 2 - схема развития отвальных и горных работ в обоих частях пространства карьера; на фиг. 3 - схема развития отвальных работ в выработанном пространстве карьера после его доработки; на фиг. 4 - разрез вдоль карьера по простиранию залежи, по А-А фиг. 3: на фиг. 5 - разрез по оси водозаборного колодца осветленной воды шламохранилища, разрез по Б-Б фиг. 3. Технология доработки карьера следующая. Месторождение отрабатывалось карьером в несколько очередей. Первые очереди карьера 1 отрабатываются с вывозкой вскрышных пород во внешние отвалы, вырабатываемые шламы складируются на внешних шламохранилищах. На последней очереди карьера 2 горные работы развиваются по направлению простирания залежи. После отработки части карьера последней очереди 2 до конечной границы к контуру днища 3 и подвиганий фронта горных работ 4 по простиранию на расстояние, обеспечивающее возможность размещения в выработанном пространстве оставшихся в целике вынимаемых вскрышных пород и вырабатываемых шламов, по границе карьер перегораживают пионерной дамбой 5 вкрест простиранию залежи. Тем самым карьер 2 дамбой 5 разделяется на две половины: в выработанной 6 осуществляют складирование пустых пород во внутренний отвал 7 и формируют здесь шламохранилище 8; в дорабатываемой 4 половине карьера ведут горные работы, вскрышные породы по системе скользящих съездов 9 доставляют в отвал 7, а полезное ископаемое на ДОФ. Фронт отсыпки внутреннего отвала 7 перемещается вдоль пионерной дамбы 5, а подвигание отвального яруса осуществляется от пионерной дамбы 5 к нерабочему борту 10 карьера или в направлении противоположном подвигания фронта отработки последующей очереди карьера 2. Высота яруса отвала соответствуе т высоте дамбы, которая определяется из возможности размещения в отгороженном пространстве 6 вскрышных пород и шламов, добываемых и вырабатываемых за период доработки карьера 2. При этом расстояние доставки вскрышных пород из отрабатываемой части 4 карьера на внутренние отвалы 7 будет наименьшим, а затраты на отвальные работы - минимальными. На границе проектного контура 11 откоса внутренних отвалов 7 и борта карьера в массиве уступа сооружается водозаборный колодец 12. Вдоль фронта отсыпки отвала 7 формируется пруд-отстойник 13 шламохранилища 3. Выпуск пульпы осуществляется из патрубка 14, уложенных на горизонте, который является верхней границей карьера последней очереди 2 по нерабочему борту 10. Шламы осаждаются вдоль борта 10 и на дне карьера 3 вдоль контура 11 отвалов 7 в верхни х слоях пруда-отстойника 13 складируется осветленная вода, которая используется для оборотного водоснабжения на переработку и обогащение полезного ископаемого. После завершения горно-выемочных работ в дорабатываемой половине 4 карьера последней очереди 2 (см. фиг. 2) в нее извне (из других карьеров или внешних отвалов) завозятся пустые породы по съездам 15 на наращивание дамбы 16. На противоположный борт 17 карьера 1 из других карьеров или внешних отвалов завозятся твердые пустые породы. Они отсыпаются в выработанное пространство 4 карьера 2 одним ярусом 18 с поверхности или верхних уступов. Формирование высокого отвала 18 осуществляется по известным технологиям (см. А.Ю. Дриженко. Восстановление земель при горных разработках. - М.: Недра. - 1985. - С. 176191). Со стороны выработанного пространства 6 ограничением для отвала 18 является обратный откос 16 дамбы. По мере заполнения пространства 6 шламами выпускные патрубки 14 и водозаборные колодцы 12 для осветленной воды переносятся выше, соответственно по борту 10 и 19. После полного перекрытия выработанного пространства 4 карьера ярусом отвала 18 вдоль дамбы 16 (см. фиг. 3) отсыпку и наращивание дамбы прекращают. Для осуществления грузотранспортной связи шламохранилища 3 с земной поверхностью съезды 15 проходят таким образом, чтобы они не пересыпались отвалом 18. На участке выхода водоносного горизонта пресной воды 20 на борт карьера или его дно (см. фиг. 4) формируют водозаборный котлован 21 для накопления пресной воды, которую используют для полива рекультивированной поверхности отвала 18 и прилегающих территорий. Формирование водозаборного котлована 21 производят следующим образом. Твердые породы отвала 18 отсыпают до уровня почвы водоносного горизонта 20. Далее по периметру днища котлована 22 на всю мощность водоносного горизонта 20 засыпают гравием, а боковые откосы 23 отсыпают из скальных вскрышных пород и укрепляют их водонепроницаемым экраном (например укладывают полимерную пленку или в массиве откоса нагнетают цементный раствор). Водозаборный колодец 12 для осветленной воды шламохранилища 8 (см. фиг. 5) устраняется в выемке 24 массива уступа 25. Размеры выемки должны обеспечивать размещение в колодце требуемого объема откачиваемой осветленной воды, что определяется в конкретном случае условиями использования воды на производстве (например производительностью насосных установок и необходимым резервом резервуара водосборника). Со стороны выработанного пространства карьера или пруда-отстойника 13 выемка 24 колодца перекрывается сплошной водонепроницаемой стенкой 26. Стенка 26 содержит несколько сквозных отверстий 27, расположенных на разных уровнях и по всей длине стенки сквозные отверстия 27 перекрываются регулировочными лядами 28. Когда уровень слоя осветленной воды 29 повышается, ляды 28 закрывают нижние отверстия 27, и открываются верхние отверстия на уровне слоя 29. При понижении уровня - верхние отверстия закрываются, а открываются нижние. Это обеспечивает постоянное поступление осветленной воды в водозаборный колодец. Откачивающие насосные установки 20 монтируются на плавучем понтоне 31, который находится в колодце. Следовательно, работа установок 30 не зависит от колебаний уровня слоя осветленной воды 29 в пруде-отстойнике 13. После засыпки выработанного пространства карьера 4 вскрышными породами поверхность отвалов 18 разравнивается и рекультивируется для использования в сельскохозяйственном и рекультивируется для использования в сельскохозяйственном или лесотехническом производстве. Другая половина карьера 6 после заполнения шламами может быть использована как пруд-накопитель технической воды, а при благоприятном химическом составе шламов - для рыборазведения. Отличительными от прототипа признаками являются особенности технологии доработки карьера, позволяющие формировать в одной части выработанного пространства внутренние отвалы и шламохранилище (гидроотвалы), а другую часть карьерного поля разрабатывать по известной технологии. Эти признаки следующие: Пионерную дамбу формируют в период отработки последней очереди карьера на границе между ней и отработанными очередями карьера вкрест простирания залежи полезного ископаемого, отвал отсыпают, а шламохранилище формируют в указанный отработанной очереди карьера, при этом отвал отсыпают заходками вдоль пионерной дамбы на высоте не превышающую высоту дамбы с подвиганием яруса отвала в направлении противоположном подвигания фронта отработки последней очереди карьера. Формирование шламохранилища ведут навстречу фронту о тсыпки яруса отвала, вдоль указанного фронта формируют пруд-отстойник, а на проектном контуре сокращения откоса отвала и борта карьера в массиве уступа сооружают водозаборные колодцы для осветленной воды шламохранилища, при этом по высоте пионерную дамбу и отвал отстраивают с возможностью размещения в выработанном пространстве последней очереди шламов и пород от ее отработки, а по мере подвигания фронта горных работ, в указанной очереди карьера систематически наращивают по высоте пионерную дамбу и переносят выше водозаборные колодцы, выработанное пространство ее заполняют твердыми пустыми породами одним ярусом с поверхности или верхних уступов карьера на всю глубину его в направлении от пионерной дамбы к рабочему борту вдоль простирания залежи. Водозаборный колодец формируют в массиве уступа в виде выемки, которую перекрывают со стороны выработанного пространства сплошной со сквозными отверстиями и закрывают их регулировочными лядами, а при наличии в карьере участка выхода водоносного горизонта пресной воды на борту или дне карьера до уровня выше поверхности отвала формируют водозаборный котлован, который изолируют по его периметру, при этом днище котлована на всю мощность водоносного горизонта покрывают гравием, а боковые откосы из скальных вскрышных пород и укрепляют их водонепроницаемым экраном. Изобретение иллюстрируется следующим примером. Кадыковский известняковый карьер Балаклавского рудоуправления, отрабатывающий крутопадающую столбообразную залежь находится в стадии доработки. В настоящее время, восточная часть карьера отрабатывается на проектной глубине 115 м, после чего приступают к доработке его западной части. На последнем году отработки очереди карьера в восточной части планируется на границе между ней и последней очередью (западной части) отработки карьера сформировать пионерную дамбу высотой 90 м и шириной по основанию до 250 м. Дамба формируется из рыхлых глинистых пород и скальных известняков, доставляемых из карьера последней очереди отработки, соседнего Псилерахского известнякового карьера и внешних отвалов. Первоначально пионерная дамба высотой 30 м отсыпается в момент завершения горных работ в восточной части карьера. После этого переходят на отработку карьера последней очереди в западной части карьерного поля, где борта будут подвигаться на 150-200 м. Вскрышные породы автосамосвалами БелАЗ-548 доставляются к дамбе и отсыпаются в отвал заходками вдоль пионерной дамбы на высоту 30 м с подвиганием яруса отвала в направлении к восточному торцу карьера. В восточной части выработанного пространства формируется шламохранилище, для чего сброс шламов осуществляют с восточного борта навстречу фронту отсыпки яруса отвала. Вдоль отвального фронта формируется прудотстойник размерами 200х250 м, а на проектном контуре сопряжения откоса отвала и северо-восточного борта в скальном массиве уступа сооружается водозаборный колодец глубиной 5 м и поперечным сечением 8 м 2. Колодец сооружается буро взрывным способом, в течении отработка карьера в восточной части, на высоте 28 м от его дна. Выемка водозаборного колодца со стороны откоса уступа перекрывается сплошной вертикальной деревянной стенкой размерами 3,5х6 м. В стенке по ее высоте оборудованы три сквозных отверстия 1,5х1 м, расположенные через 0,5 м друг от др уга по вертикальной оси стенки. Отверстия с наружной стороны перекрываются металлическими лядами, представляющими подвижные плиты, входящие в пазы. Подвижные плиты размерами 1,7х1,2 м могут производиться в движение вертикальными тягами, верхний которых оборудован резьбой М24. На резьбовой конец тяг навинчены штурвальные колеса диаметром 300 мм, имеющие в центре гайки с резьбой указанных размеров. При повороте штурвального колеса осуществляется поступательное движение вертикальной тяги и подвижная плита перемещается в пазах открывая или закрывая сквозное отверстие в стенке водозаборного колодца. По мере наращивания дамбы на высоту водозаборный колодец переносится выше: на 58 м и 83 м от проектной отметки дна карьера до верхнего уровня площадки колодца. Выработанное пространство западной части карьера заполняют скальными вскрышными породами от уровня земной поверхности одним ярусом высотой до 185-200 м. Первоначально отвальный ярус отсыпается вдоль пионерной дамбы от нижнего борта к северному, а затем - в направлении к рабочему западному борту карьера. Здесь же в юго-западном торце формируют водозаборный котлован на уровне горизонта +15 м, где имеются выходы водоносного горизонта. Котлован по дну имеет размеры 50х50 м к поверхности его стенки по периметру отстраиваются под углом естественного откоса 38-540°. По периметру откосы котлована отсыпаются из скальных пород, далее покрываются слоем аргиллитоподобных водоустойчивы х глин толщиной 2,5-3 м, и на контакте с водой пригружаются крупными кусками известняка (размером 0,6-1,2 м). Днище водозаборного котлована покрывают гравийным щебнем фракции 40-80 мм на высоту 3 м, что соотве тствуе т мощности водоносного горизонта. После засыпки западной части выработанного пространства карьера твердыми породами до уровня земной поверхности, на ней образуется котлован (пруд) с размерами поверху 390х390, что занимает 1/9 часть карьерного поля. Пресную воду предполагается использовать для рыборазведения и полива близлежащих сельскохозяйственных угодий, а также личных огородов работников рудоуправления.