RU2114307C1 - Method for opencast mining of flooded mineral deposits - Google Patents

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: this can be used in opencast mining of horizontal and inclined deposits of sedimentation origin such as limestone, dolomite, shale, sand. According to method, with purpose of reducing expenses in operation and further processing of mineral due to drying of quarry field, quarry is located with its one of idle ends at side of underground water flow of water-bearing mass. Quarry field is opened by primary quarry or basin down to bottom at place of maximal downgrade of water-bearing mass floor. Created in quarry bottom is stationary water collector. Winning benches are worked on rising gypsometry of water-bearing mass floor, and they are prepared for drying by digging pilot draining trenches or slots. Initiated is collection of water inflows by water-branching trenches with discharging water into stationary water collector in quarry bottom. EFFECT: higher efficiency. 3 cl

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке горизонтальных и наклонных месторождений осадочного происхождения. The invention relates to the mining industry and can be used in the open development of horizontal and inclined deposits of sedimentary origin.

Область применения изобретения: открытая разработка обводненных месторождений, характеризующихся наличием 1-3 водоносных горизонтов, неоднородность фильтрационных показателей, наличием зон повышенной трещиноватности и карстообразования. Наиболее типичными месторождениями будут являться месторождения известняков, доломитов, сланцев, песков при мощности их залегания до 50-70 и более метров. Field of application of the invention: open development of waterlogged deposits characterized by the presence of 1-3 aquifers, heterogeneity of filtration indicators, the presence of zones of increased fracturing and karst formation. The most typical deposits will be deposits of limestone, dolomites, shales, sand with a thickness of up to 50-70 meters and more.

Известны приемы осушения обводненных уступов высотой до 30-40 м опережающими дренажными траншеями. Known methods of draining waterlogged ledges up to 30-40 m high by leading drainage trenches.

(см. Абрамов С. К., Скиргелло О.Б. Способы, системы и расчеты осушения шахтных и карьерных полей, - М.: Недра, 1968, с. 11-12; Абрамов С.К. и др. Защита карьеров от воды, - М.: Недра, 1976, с.13, с.60; Г.Л.Фисенко, В.А. Мироненко Дренаж карьерных полей, -М.: Недра, 1972, с.77; И.Ф.Оксанич и др., Осушение месторождений при строительстве железорудных предприятий, -М.: Недра, 1977, с.26, с.30 рис.1а). (see Abramov S.K., Skirgello O.B. Methods, systems and calculations for drainage of mine and quarry fields, - M .: Nedra, 1968, pp. 11-12; Abramov S.K. et al. Protection of quarries from water, - M .: Nedra, 1976, p.13, p.60; G.L. Fisenko, V.A. Mironenko Drainage of career fields, -M .: Nedra, 1972, p.77; I.F.Oksanich et al., Drainage of deposits during the construction of iron ore enterprises, -M .: Nedra, 1977, p.26, p.30 fig.1a).

Известны способы осушения месторождений с применением опережающих дренажных выработок (авт.св. СССР N 643640), разрезной траншеи с целиками и целиковыми перемычками (авт. св. СССР N 1768754), а также уступов с применением горизонтальных дренажных скважин (авт. св. СССР N 1687785) и дренажных канав и траншей с формированием целиков (авт. св. СССР N 1800033). Known methods of draining deposits using advanced drainage workings (auth. St. USSR N 643640), a split trench with pillars and whole bridges (ed. St. USSR N 1768754), as well as ledges using horizontal drainage wells (ed. St. USSR N 1687785) and drainage ditches and trenches with the formation of pillars (ed. St. USSR N 1800033).

Известен способ открытой разработки обводных скальных пород (авт. св. СССР N 400703). There is a method of open development of bypass rock (ed. St. USSR N 400703).

Основные технологические решения способа:
предварительное обуривание на всю высоту уступа и взрывание флангов участка (блока);
отгрузка взорванной горной массы на флангах участка параллельно с бурением скважин на оконтуренном участке.The main technological solutions of the method:
preliminary drilling for the entire height of the ledge and blasting of the flanks of the site (block);
shipment of blasted rock mass on the flanks of the site in parallel with the drilling of wells on the contoured site.

Целью данного изобретения является осушение участка (блока) пород, представленного одним уступом, перед его оборудованием для замены водоустойчивых ВВ на более дешевые обычные. The aim of this invention is to drain the site (block) of rocks, represented by one ledge, in front of its equipment for replacing waterproof explosives with cheaper conventional ones.

Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях [1]. There is a method of open development of mineral deposits in complex mining and geological conditions [1].

Основные технологические решения способа:
проведение опережающей дренажной траншеи по тальвегу или склону балки;
проведение траншей по склону балки под углом к опережающей дренажной траншее;
породы от проходки всех опережающих траншей укладывают на склоне балки и отрабатывают их совместно с бортом карьера.The main technological solutions of the method:
conducting an advanced drainage trench along the thalweg or the slope of the beam;
conducting trenches along the slope of the beam at an angle to the leading drainage trench;
the rocks from the penetration of all leading trenches are laid on the slope of the beam and work them out together with the side of the quarry.

Целью этого изобретения является сокращение объемов работ при опережающем осушении разрабатываемых вскрышных уступков. The aim of this invention is to reduce the amount of work during the advanced drainage of the developed overburden concessions.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях залегания (патент РФ N 1799 420). A known method of developing mineral deposits in complex mining and geological conditions (RF patent N 1799 420).

Основные технологические решения способа:
применение экскаваторов драглайнов при отработке месторождения;
проведение дренажной траншеи вдоль заходки с уклоном в направлении водосборника;
формирование целика при отработке заходки;
формирование подошвы уступа с уклоном в направлении водосборника;
формирование дренажной траншеи на подошве уступа посредством отсыпки вскрышных пород.The main technological solutions of the method:
the use of dragline excavators in mining;
conducting a drainage trench along a sunset with a slope in the direction of the catchment;
the formation of the pillar when practicing sunset;
the formation of the bottom of the ledge with a slope in the direction of the catchment;
the formation of a drainage trench on the bottom of the ledge by dumping overburden.

Целью данного изобретения является повышение производительности выемочно-погрузочного оборудования за счет осушения отрабатываемого массива. The aim of this invention is to increase the productivity of mining and loading equipment due to the drainage of the processed array.

Наиболее близким к изобретению является способ отработки уступов на карьерах [2]. Closest to the invention is a method of working out benches on quarries [2].

Основные технологические решения изобретения:
бурение опережающих дренажных скважин глубиной 1,3 - 1,5 высоты уступа;
одновременное взрывание опережающих дренажных и отбойных скважин на уступе с образованием дренажных щелей;
после отгрузки породы уступа проходка дренажной траншеи в подошве уступа.The main technological solutions of the invention:
drilling leading drainage wells with a depth of 1.3 - 1.5 ledge heights;
simultaneous blasting of leading drainage and boreholes on a ledge with the formation of drainage cracks;
after the rock of the ledge is shipped, a drainage trench is drilled in the bottom of the ledge.

Цель указанного изобретения - повышение эффективности осушения подготавливаемого к отработке уступа. The purpose of this invention is to increase the efficiency of drainage prepared for mining ledge.

Недостатками способа являются
проходка дренажной траншеи на уступе и перенос насосной станции и частично водовода в новое положение после отгрузки очередного взорванного блока на уступе;
при наличии на карьере нескольких обводненных уступов в эксплуатации трудоемкость по проходке дренажных траншей и оборудования их средствами водоотлива резко возрастает.The disadvantages of the method are
digging a drainage trench on a ledge and moving the pumping station and partially a water conduit to a new position after shipment of the next blasted block on the ledge;
in the presence of several waterlogged ledges in the quarry in operation, the laboriousness of sinking drainage trenches and equipment by means of drainage means increases dramatically.

Целью изобретения является снижение затрат при эксплуатации и дальнейшем переделе полезного ископаемого за счет осушения карьерного поля. The aim of the invention is to reduce costs during operation and further redistribution of the mineral due to drainage of the quarry field.

Положительный эффект имеет место за счет:
создания нормальных условий при эксплуатации горнотранспортного оборудования;
снижения естественной влажности полезного ископаемого при добыче и уменьшения затрат в металлургическом процессе (флюсовое сырье) и при получении цемента, щебня и других продуктов;
снижения затрат при буровзрывных работах за счет уменьшения доли использования водоустойчивых ВВ;
ликвидации смерзаемости полезных ископаемых при хранении на складах в зимний период года.A positive effect takes place due to:
creating normal conditions for the operation of mining transportation equipment;
reducing the natural moisture of the mineral during mining and reducing costs in the metallurgical process (flux raw materials) and upon receipt of cement, gravel and other products;
reducing costs during blasting operations by reducing the share of the use of waterproof explosives;
elimination of freezing of minerals during storage in warehouses in the winter season.

Опыт эксплуатации обводненных месторождений рассматриваемого типа показывает, что способ осушения месторождений с помощью водопонижающих скважин мало эффективен. Это вызвано тем, что как правило указанные месторождения неоднородны по фильтрационным характеристикам и имеют зоны повышенной трещиноватности и карстообразования. Поэтому предлагается осуществить дренирование карьерного поля с помощью средств открытого водоотлива и системы опережающих траншей на обводненных рабочих уступах. The operational experience of irrigated deposits of the type in question shows that the method of draining deposits using dewatering wells is not very effective. This is because, as a rule, these deposits are heterogeneous in filtration characteristics and have zones of increased fracturing and karst formation. Therefore, it is proposed to carry out drainage of the quarry field using open drainage and a system of leading trenches on irrigated working ledges.

Эффект осушения добычных забоев в предлагаемом техническом решении осуществляется путем строго определенного порядка формирования карьерного пространства и организованного водосбора притоков в карьере с целью понижения уровня подземных вод в карьере и создания необходимой депрессионной кривой:
вскрытие карьерного поля первоначальным карьером или котлованом в месте наибольшего понижения почвы водоносной толщи и формирование на дне карьера стационарного водосборника, оборудованного средствами открытого водоотлива;
расположение карьера одним из нерабочих бортов со стороны направления потока подземных вод водоносной толщи;
подготовка добычных уступов водоносной толщи к осушению путем проходки на каждом уступе опережающих дренажных траншей или щелей со стороны нерабочих бортов карьера;
отработка уступов водоносной толщи по восстанию гипсометрии подошвы толщи с естественным уклоном в сторону водосборника на каждом уступе;
организованный сбор водопритоков со стороны нерабочих бортов карьера путем устройства водоотводных канав на добычных уступах водоносной толщи и сброс воды в стационарный водосборник на дно карьера.The effect of draining the production faces in the proposed technical solution is carried out by means of a strictly defined procedure for forming the quarry space and organized drainage of tributaries in the quarry in order to lower the groundwater level in the quarry and create the necessary depression curve:
opening the quarry field with the initial quarry or foundation pit at the site of the greatest decrease in the soil of the aquifer and the formation at the bottom of the quarry of a stationary drainage basin equipped with open drainage facilities;
the location of the quarry with one of the non-working sides from the direction of the flow of groundwater in the aquifer;
preparation of mining ledges of the aquifer for drainage by sinking on each ledge of leading drainage trenches or crevices from the open sides of the quarry;
working out of the ledges of the aquifer according to the upsurge of hypsometry of the bottom of the column with a natural slope towards the catchment on each ledge;
organized collection of water inflows from the non-working sides of the quarry by installing drainage ditches on mining ledges of the aquifer and discharging water into a stationary water collector at the bottom of the quarry.

В период формирования первоначального карьера до достижения дна карьера на каждом нижележащем уступе также формируется временный водосборник, на рабочих уступах система опережающих дренажных траншей и организованный сбор водопритоков системой водоотводных канав. По мере понижения горных работ водосборник организуется на нижележащем уступе. Если карьер неглубокий, то сразу формируется водосборник в виде котлована в самом низком месте подошвы водоносного горизонта. Если водоносный горизонт или водовмещающая толща в целом имеют высокие фильтрационные свойства, то достаточно формировать опережающие дренажные щели. Длина опережающих дренажных траншей (щелей) определяется расчетом и зависит от фильтрационных характеристик осушаемого массива. During the formation of the initial quarry until the bottom of the quarry reaches the bottom of the quarry, a temporary catchment basin is also formed on the working ledges, a system of advanced drainage trenches and organized collection of water inflows by the system of drainage ditches. As mining operations decrease, a catchment basin is organized on the underlying ledge. If the quarry is not deep, then a catchment is immediately formed in the form of a pit at the lowest point of the bottom of the aquifer. If the aquifer or water-bearing stratum as a whole has high filtration properties, then it is sufficient to form leading drainage gaps. The length of leading drainage trenches (gaps) is determined by calculation and depends on the filtration characteristics of the drained massif.

Расчеты показывают, что для известняков, доломитов, сланцев, песков, обладающих достаточно высокими фильтрационными свойствами, депрессионная кривая в направлении подвигания фрона работ будет достаточно пологой и добычные блоки на рабочих уступах будут осушенными. Calculations show that for limestones, dolomites, shales, sands, which have sufficiently high filtration properties, the depression curve in the direction of moving the work front will be gentle and the production blocks on working ledges will be drained.

На фиг. 1 показан план горных работ в карьере при достижении горными работами дна карьера; на фиг. 2 - то же, при достижении горными работами гор 3; на фиг.3 - поперечное сечение А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows a mining plan in a quarry when mining has reached the bottom of a quarry; in FIG. 2 - the same, when the mining operations reach mountains 3; figure 3 is a cross section aa in figure 1.

Элементы изобретения, изображенные на фиг. 1, 2, 3:
1 - покрывающие рыхлые породы (суглинки, глины, супеси); 2 - обводненные известняки; 3 - водоупорные породы, подстилающие обводненную толщу известняков; 4 - граница распространения обводненной толщи известняков; 5 - конечный контур карьера по поверхности; 6 - депрессионная кривая; 7 - направление потока подземных вод обводненной толщи известняков; 8 - направление падения толщи известняков; 9 - направление отработки карьерного поля; 10 - водосборник; 11 - водоотводные канавы на уступах; 12 - насосная станция на понтоне; 13 - водовод; 14 - осушенные блоки известняков на уступах; 15 - вскрышной уступ г. 1; 16 - добычные уступы г.2, 3, 4; 17 - постоянные автомобильные съезды; 18 - внешняя въездная траншея; 19 - опережающие дренажные траншеи.The elements of the invention depicted in FIG. 1, 2, 3:
1 - covering friable rocks (loam, clay, sandy loam); 2 - waterlogged limestones; 3 - water-resistant rocks underlying the flooded layer of limestone; 4 - distribution boundary of the flooded limestone stratum; 5 - the final contour of the quarry on the surface; 6 - depression curve; 7 - direction of the flow of groundwater in the flooded limestone sequence; 8 - the direction of the fall of the thickness of limestone; 9 - direction of mining a career field; 10 - a catchment basin; 11 - drainage ditches on the ledges; 12 - pump station on the pontoon; 13 - water conduit; 14 - drained blocks of limestone on the ledges; 15 - overburden ledge g. 1; 16 - mining ledges d.2, 3, 4; 17 - permanent car exits; 18 - external entrance trench; 19 - leading drainage trenches.

Пример. Месторождение флюсовых известняков покрыто сверху суглинками, супесями, озерно-ледниковыми песками мощностью около 6,0 м. В первоначальную разработку вовлекается промышленная толща известняков мощностью около 45,0 м. По структурному составу известняки сильно различаются и представлены плитчатыми, органогенно-обломочными, пелитоморфными и тонкокристаллическими разностями, естественная влажность известняков до 14%. Example. The fluxing limestone deposit is covered on top with loams, sandy loams, lake-glacial sands with a thickness of about 6.0 m. The commercial development of limestone with a thickness of about 45.0 m is involved in the initial development. Limestones differ greatly in their structural composition and are represented by tile, organogenic-clastic, pelitomorphic and fine-crystalline differences, the natural moisture of limestones up to 14%.

В обводнении карьера участвуют известняки протвинско-подольского водоносного комплекса, обводненность комплекса неравномерна по фронту, наличие локальных мест с фонтанирующими водотоками указывает на напорный характер движения подземных вод и фильтрационную неоднородность известняков комплекса. Мощность водоносного комплекса достигает 60 м, коэффициент фильтрации в среднем 5,73 м/сутки, в зонах повышенной трещиноватости и закарстованности до 60,0 м/сутки. Верхним водоупором комплекса являются суглинки, нижним водоупором - песчано-глинистая пачка мощностью 2,5-5,0 м. Разгрузка водоносного комплекса осуществляется в реку, питание водоносного комплекса за счет инфильтрации атмосферных осадков через "окна" гидравлической связи с озерно-ледниковыми песками вышележащего четвертичного водоносного комплекса. Уровни подземных вод комплекса залегают на абс. отметках 118 - 123 м, а в непосредственной близости от границ карьера на отм. 100 - 110 м. Limestones of the Protvinsko-Podilsky aquifer are involved in the flooding of the quarry, the irrigation of the complex is uneven along the front, the presence of local places with gushing streams indicates the pressure character of groundwater movement and the filtration heterogeneity of the limestones of the complex. The thickness of the aquifer reaches 60 m, the filtration coefficient averages 5.73 m / day, in zones of increased fracturing and karst up to 60.0 m / day. The upper water stop of the complex is loam, the lower water stop is a sand-clay pack 2.5–5.0 m thick. The aquifer is unloaded into the river, and the aquifer is fed by atmospheric precipitation through the “windows” of hydraulic communication with the lake-glacial sands of the overlying Quaternary Aquifer. Groundwater levels of the complex lie on the abs. elevations of 118 - 123 m, and in the immediate vicinity of the boundaries of the quarry on the mark. 100 - 110 m.

На основе анализа гидрогеологических условий месторождения и фактической обводненности карьера дренирование провинско-подольского водоносного комплекса известняков предлагается осуществлять с помощью средств открытого водоотлива и системы опережающих дренажных траншей, проходимых на горизонтах 80, 85, 93, 103 м. Оценка эффективности предлагаемого способа осушения выполнялась на численной модели с помощью методов численного моделирования на ЭВМ типа РС IBM. Based on the analysis of the hydrogeological conditions of the deposit and the actual water cut in the quarry, it is proposed to drain the provincial-Podilsky aquiferous limestone complex using open drainage systems and a system of advanced drainage trenches that can be traversed at horizons of 80, 85, 93, 103 m. The effectiveness of the proposed method of drainage was estimated by numerical models using numerical simulation methods on a computer type IBM PC.

Применение предлагаемого способа осушения известняков позволит за счет снижения естественной влажности известняков при добыче на 50 - 70% и снижения уровня подземных вод в карьере до отм. 90 м получить снижение затрат в доменном и конверторном процессах получения металла на металлургическом комбинате; снижение на 80% расхода водоустойчивых взрывчатых \веществ в общем объеме взрывчатых веществ при рыхлении известняков на уступах 103, 93, 86 м; ликвидировать смерзаемость товарного известняка в зимний период года на складах металлургического комбината. The application of the proposed method of draining limestones will allow by reducing the natural moisture of limestones during production by 50 - 70% and lowering the level of groundwater in the quarry to the level. 90 m receive a reduction in costs in the blast furnace and converter processes of metal production at a metallurgical plant; 80% reduction in the consumption of waterproof explosives in the total volume of explosives when loosening limestone on ledges of 103, 93, 86 m; eliminate the freezing of commodity limestone in the winter season at the warehouses of the metallurgical plant.

Claims (1)

Способ открытой разработки обводненных месторождений полезных ископаемых площадного залегания, включающий бурение дренажных скважин с опережением по фронту горных работ, взрывание дренажных скважин, проходку опережающих дренажных траншей, отработку взорванной горной массы заходками с размещением экскавационного оборудования на рабочей площадке уступа, отличающийся, тем, что карьер располагают одним из нерабочих бортов со стороны потока подземных вод водоносной толщи месторождения, карьерное поле вскрывают первоначальным карьером или котлованом до дна в месте наибольшего понижения почвы водоносной толщи и формируют на дне карьера стационарный водосборник на весь срок эксплуатации месторождения, оборудованный средствами открытого водоотлива, добычные уступы отрабатывают по восстанию гипсометрии подошвы водоносной толщи с уклоном в сторону водосборника и отработку каждого уступа ведут путем проходки опережающих дренажных траншей или дренажных щелей со стороны нерабочих бортов карьера, сбор водопритоков организуют со стороны нерабочих бортов карьера путем устройства водоотводных канав на добычных уступах водоносной толщи и сброса воды в стационарный водосборник на дно карьера. The method of open-cast mining of irrigated mineral deposits of areal occurrence, including drilling drainage wells ahead of the mining front, blasting drainage wells, driving advanced drainage trenches, mining blasted rock masses with excavations with placement of excavation equipment on the working platform of the ledge, characterized in that the quarry they have one of the non-working sides from the side of the underground water flow of the aquifer of the field, the quarry field is opened with the initial quarry or with a foundation pit to the bottom at the place of the greatest lowering of the soil of the aquifer and form a stationary water collector at the bottom of the quarry for the entire life of the field, equipped with open drainage facilities, mining ledges are worked out by rebuilding hypsometry of the bottom of the aquifer with a slope towards the catchment and mining each ledge by sinking leading drainage trenches or drainage slots from the side of the open pit of the quarry, the collection of water inflows is organized from the side of the open pit of the quarry by three drainage ditches on the mining ledges of the aquifer and discharge of water into a stationary catchment at the bottom of the quarry.

Images