Способ отвалообразования

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при сооружении отвалов на основаниях с локальными водоемами, предварительное отсутствие которых невозможно. Цель изобретения - снижение затрат на отвалообра 2 зование при отсыпке пород отвалообразовзтелем в водоем и увеличение приемной способности отвала при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал . Отсыпку пород ведут ярусами. Нижний ярус отвала отсыпают на минимально безопасном расстоянии от водоема. Перемещают отвалообразователь вперед по направлению отсыпки. Отсыпают в водоем предотвал шириной, обеспечивающей устойчивое состояние пород отвала. Поверхность предотвала формируют выше отметки уровня воды, на его поверхности формируют дренажные канавки с уклоном к периферии , в которые укладывают дренажные трубы. Покрывают поверхность предотвала водонепроницаемом слоем. Затем отсыпают отводную зэходку блоком шириной, рэв-j ной ширине бермы на предотвале. после чего повторяют операции до полного заполнения водоема породой. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

С01ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 С 41/32 I 703$ !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4800818/03 (22) 11.03.90 (46) 23.07.92. Бюл, М 27 (71) Научно-исследовательский институт по проблемам Курской магнитной аномалии им. Л.Д, Шевякова (72) К,Д.Тимотиевич, В,И,Титовский, .

M,А.Дергилев, Б.А.Храмцов и В;И.Минеев (56) Авторское свидетельство СССР

hk 1507972, кл, Е 21 C 41/00, 1987.

Крячко О,Ю. Управление отвалами открытых горных работ. — M.: Недра, 1980, с. 186-192. (54) СПОСОБ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ (57) Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при сооружении отвалов на основаниях с локальными водоемами, предварительное отсутствие которых невозможно, Цель изобретения — снижение затрат на отвалообраИзобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при сооружении отвалов на основаниях с локальными водоемами. предварительное осушение которых невозможно.

Известен способ складирования во внешний конвейерный отвал с предотвалом, отсыпаемом на слабом основании, При этом предотвал сооружают из тех же пород вскрыши, что и отвал, а в основание отвала укладывают дренажную "подушку" толщиной 1,5-2,0 м из крупнозернистого песка, гравия или щебня, Дренажную "подушку" пригружают предотвалом высотой не менее

5 м с опережением относительно нижнего яруса, равным удвоенной ширине заходки. Ы» 1749458 Al зование при отсыпке пород отвалообразователем в водоем и увеличение приемной способности отвала при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал. Отсыпку пород ведут ярусами. Нижний ярус отвала отсыпают на минимально безопасном расстоянии от водоема. Перемещают отвалообразователь вперед по направлению отсыпки. Отсыпают в водоем предотвэл шириной, обеспечивающей устойчивое состояние пород отвала, Поверх; ность предотвэлэ формируют выше отмегки уровня воды, на его поверхности формируют дренажные канавки с уклоном к периферии, в которые укладывают дренажные трубы. Покрывают поверхность предотвала водонепроницэем, м слоем, Затем отсыпают отводную зэходку блоком шириной, рав-, ной ширине бермы на предотвале. после чего повторяют операции до полного заполнения водоема породой, 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Предотвал при таком опережении отвала сооружают дополнительным технологическим оборудованием, что приводит к увеличению затрат.

Известен также способ сооружения отвала на слабом основании, согласно которому на слабое основание. предварительно укладывают предотвал из песка, гравия или щебня. Перед отсыпкой фильтрующего предотвала в грунтах слабого основания могут быть выполнены дренажные канавы, которые также заполняют дренажным материалом. Отвальные породы нижнего яруса укладывают на фильтрующий слой при высоте, исключающей деформацию грунтов слабого основания. Высота яруса

1749458

20 отвала за счет капиллярного поднятия воды, 25 а также подтапливания пород отвала в па30

50

55 определяется расчетом по условию исключения его дефо >маций.

Недостатком этого способа является то, что предотвал сооружается значительно выwe отметки основания отвала (на 5-6 м).

Предотвал согласно предлагаемому способу сооружают высотой не более 0,5 м. Предотвал при этом способе тоже сооружают дополнительным оборудованием. УпомянуI тые недостатки приводят к увеличению суммарных затрат на отвалообразование и подготовку слабого основания отвала.

Наиболее б.низким к предлагаемому является способ сооружения отвала на слабом основании, согласно которому в пойменной части отвальной площади у границы горного отвода проходят траншею (вдоль. отвального франта) шириной 60-70 м на всю мощность слабых отложений (0-6 м), В траншею укладывают песок, Высота уложенной в траншею дренажной "подушки" на 1,5-2 м должна превышать уровень земной поверхности для предупреждения увлажнения отсыпаемых на песчаную "подушку" пород водковый период, От дренажной "подушки" перпендикулярно ее контуру проходят через 30 — 50 м канавы примыкающие с одной стороны к дренажной "подушке", а с другой к внешнему контуру гидроотвала, Недостатком этого способа является большой объем работ по подготовке слабых участков основания в связи с тем, что дренажная "подушка" сооружается (по прототипу) на всей площади слабого основания, э не на ее отдельных обводненных участках.

Кроме того, подготовку слабого основания производят другим (дополнительным) оборудованием, что также удорожает отвальйые работы. Такой способ не может быть использован для складирования глинистых пород, склонных к набуханию на основание из плотных суглинков или глин с локальными водоемами, так как он не обеспечивает результативного оттока воды из искусственного основания при формировании последующих звходок многоярусного отвала как s горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, В результате этого при сооружении высокого отвала вода под давлением отвальных ярусов будет подыматься по порам песка вверх и увлажнять глинистые породы нижнего отвального ярусэ, которые в условиях увлажнения будут терять свои прочностные свойства. Для современных высоких отвалов мощность защитного слоя из песка 1,5-2 и выше уровня основания явно недостаточная, а увеличе5

15 ние мощности песчаного защитного слоя приведет к сильному удорожанию отвальных работ.

Целью изобретения является снижение затрат на отвалообразование при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу отвалообразования, включающему отсыпку дренажных пород в предотвал вперед по направлению отсыпки отвала, планировку его поверхности, устройство дренажных канав, отсыпку ярусов отвала выше поверхности основания. нижний ярус отвала отсыпают на минимально безопасном расстоянии от водоема, затем перемещают отвалообразователь вперед по направлению отсыпки предотвала, отсыпаемого в водоем, шириной, обеспечивающей устойчивое состояние пород отвала, После чего формируют предотвал выше отметки уровня воды в водоеме, На его поверхности устраивают дренажные канавки с уклоном от средины к периферии, укладывают в них дренажные трубы, покрывают поверхность предотвала водонепроницаемым слоем, а затем отсыпают блок отвальной заходки flo нижнему ярусу, равной ширине бермы на предотвале. После чего операции повторяют до полного заполнения водоема дренирующей породой.

При этом величина опережения предотвала при подходе к водоему и при его засыпке песком определяется из выражения

Ь - макс(Ь1; Ь ), где b> — минимальное безопасное расстояние фронта отвальной заходки нижнего яру- . са до края водоема, обеспечивающее устойчивое состояние нижнего яруса отвала при приближении фронта отвальной заходки к водоему, м;

Ьр — минимальная ширина опережающего предотвала, обеспечивающая устойчивое состояние нижнего яруса отвала в период размещения предотвала и его основания s водоеме, м, Поставленная цель достигается также тем, что согласно изобретению дренажные канавки и трубы, укладываемые в них для

Оттока воды из основания отвала и предотвала под действием сжимающей нагрузки, наращивают в период отсыпки последующих заходок.

До настоящего времени неизвестна операция сооружения основания отвала и предотвала отвалообразователем в процессе отсыпки отвала на участках с локальными водоемами, На поверхности устанавливают дренажные канавки с уклоном от средины к пери1749458 ферии, укладывают в них дренажные трубы, покрывают поверхность предотвала водонепроницаемым слоем, что гарантирует (при минимальном превышении предотвала над уровнем воды в водоеме, равном 0,5 м) надежную гидроизоляцию его от пород нижнего яруса отвала, склонных при увлажнении к резкой потере прочностных свойств. Наличие водонепроницаемого слоя, например полиэтиленовой пленки, способствует более быстрому осушению основания предотвала и самого предотвала, чем при замене водонепроницаемого слоя мощным слоем предотвала (как это предусмотрено в прототипе). Это явление объясняется тем, что вода, насыщая песчаное основание предотвала и сам предотвал, "зажатая" в сравнительно небольшом обьеме, между дном водоема и водонепроницаемым слоем, не может проникнуть в поры нижнего яруса отвала и под давлением массы отвала (сверху) уходит в дренажные трубы нредотвала, Мощность предотвала не превышает 0,5 м, а уклон труб 2 — 3 (,. При

50 пористости песков, соответствующей полному влагонасыщению песчаного за.полнения водоема, будет выдавлено 50 (, объема воды в водоеме. Из оставшегося

50 $ объема воды в порах песка под давлением нагрузки со стороны отвала (сверху) будет осушено с помощью горизонтального дренажа 30 . Таким образом, ожидаемая остаточная влажность песка в засыпанном водоеме не превысит 20 $, что соответствует его естественной влажности в уплотненном состоянии.

На фиг, 1 изображена схема производства отвальных работ при сооружении нижнего яруса отвала на основании с локальными водоемами, вид сверху; на фиг.

2 — разрез А-А на фиг, 1; на фиг. 3 — положение нижнего яруса отвала перед началом сооружения основания под предотвал и самого предотвзла, Предложенный. способ состоит их технологических операций, выполняемых в следующей последовательности, Отвалообразователем 1 с отвальной 2 и приемной 3 стрелами, соединенным конвейером 4 приемной стрелы 3 и отвальным конвейером 5 формируют нижний ярус отвала 6 с нижней отсыпкой нз основание из плотных суглинков или глин 7 до тех пор,,пока между нижней бровкой нижнего яруса отвала 6 и водоемом 8 не установится минимальное безопасное расстояние Ь; После этого отвалообразователь 1 холостым ходом переводят вперед по ходу на расстояние, равное двум интервалам b, и производят отсыпку из песка основания ких глин С = 0,05 МПа, а коэффициент запаса устойчивости отвала равен К = 1,2.

Для упомянутых исходных данных иэ условий устойчивости отвала

Ь)=2 hg-009 hs +3 10 hs .м, (1) 50 где h — максимальная глубина водоема, м;

Ь = О, 8(hн - Л h) .ctg (45 — 0,5 фпв), м (2) 55 где Л h — высота предотезлз над уровнем воды в водоеме, м. предотвала 9 (подводная часть) на интервал

Ь до тех пор, пока не будет сооружен сам предотвал (наводная честь) 10. Затем отвалообраэователь 1 холостым ходом переводят в обратном направлении на интервал Ь

5 и. поворачивая отвальную стрелу 2 в сторону приемной стрелы 3 до установления между ними минимального угла сближения, в этом положении отсыпают штабели 11 почвообразующей породы на поверхности от10 вала сзади по ходу отвалообразователя 1. В этот же период на поверхности предотвалз

10 проводят канавки (не показаны) и в них укладывают с наклоном 2 — 3 $ от средины к периферии предотвала 10 перфорировзн15 ные дренажные трубы 12, поверхность первого блока предотвала 10 шириной Ь покрывают водонепроницаемым слоем 13, например полиэтиленовой пленкой. Вслед за этим формируют первый начальный блок

20 отвальной заходки шириной Ь. Далее цикл операций по формированию основания предотвзлз 9. самого предотвалз 10 и нижнего яруса отвала 6 продолжают в том же порядке до полного заполнения водоема пе25 ском выше уровня на величину ЛЬ и формирования нз его поверхности нижнего яруса отвала 6 при опережении предотвала, равном

Ь - макс(Ь1. ЬД, м.

30 Л h - 0,5 м принято по условиям расположения горизонтальных дренажных труб

Для условий складирования в нижний ярус отвала набухающих при увлажнении

35 юрских глин на конвейерном отвале гЬ 9

Михайловского ГОКа КМА на основание. представленное из плотных суглинков с локально расположенными водоемами, высота нижнего яруса отвала составляет

40 hH = 20 м; угол внутреннего трения юрских глин р1 = 18-20О; угол их естественного откоса P= 30О: угол внутреннего трения песков основания предотвалз и езмого предотвала соответственно равным р =

45 =19О и р „= 24О; величина сцепления юрс1749458 Ширина же рабочего перехода отвалообразователя из условий формирования блока отвальной заходки с-одного стояния составляет (3) где Крр, Kp — коэффициенты остаточного раэрыхления породы в отвале и разрыхления породы на конвейерной ленте: пс — коэффициент использования смены отвалообразователем;

Qr теоретическая производительность отвалообрэзователя,м /ч;

T« — продолжительность рабочей смены, Ш вЂ” ширина отвальной заходки, м.

Ш - R+ е-0.58о С, м; (4)

R-1сc0sа,м, {5) где R — максимальный радиус разгрузки отвалообразователя, м; е — дальность горизонтального заброса породы с конца отвальной стрелы отвалообразователя;

8o — ширина хода отвалообразователя,м;

- С вЂ” берма безопасности {расстояние от хода отвалообразователя до верхней бровки, отсыпаемого яруса), м;, Ic — длина отвальной стрелы отвалообразователя, м; ас — угол наклона отвальной стрелы к горизонту, градус.

Ч, сотсас е 0 ссба .(V,.$10, +

Ч м, (6) где Vo — скорость перемещения порода по ленте отвальной стрелы отвалообраэовэтеля, м/с;

q — ускорение земного тяготения, q

-9,81 и/с;

Hp — максимальная высота разгрузки отвалообразователя, м;

hss — высота верхнего яруса, м (h» ()).

При использовании в работе отвалообразователя A2Rs В 8800 110, работающего на Михайловском ГОКе. tc - 110 м; Вр

«24,2 м; С-4м; Vo-6м/с; а.-15Р; Нр-35м;

Крр- 1,05; Кр- 1,5; псм 0,6; Ог" 8800м /ч;

Тсм - 8; hs - 8 м; Лh - 0 5 м; е - 11 м; Ш

90 м.

По формулам (1), (2) и (3) соответственно

b> -12 м; b2 5м; Ьз 16,5м; Ь макс(12;

5)-12 м.

Ширину шага перемещения отвалообразователя при отсыпке его на суглинистом (прочном) и на обводненном (слабом) основаниях принимают равной 16,5 м.

5 Подсчитать экономическую эффективность предлагаемого способа отвалообразования в сравнении с прототипом обычным расчетом невозможно, поскольку условия применения сравниваемых способов совер10 шенно различные по прочностным свойствам основания и характеру изменения его в пределах площади отвального отвода, Но если несколько абстрагироваться от условий применения данных способов и считать, 15 что при складировании на слабое основание по прототипу потребуется для отсыпки отвала сооружать предотвал из песка высотой .5 м и такая мощность предотвала обеспечивает полную гарантию от проникнове20 ния влаги в тело отвала, сложенного глинистыми породами, склонными к набухаwe при увлажнении, а также предположить, что затраты на сооружение 1 м предотвала и зего основания по изобретению и прототипу

25 будут одинаковыми, то можно определить экономический эффект предложенного способа.

Удельный средний расход песка, приходящийся на 1 и основания, составляет; по

30 прототипу Чр - 5 м /м, по изобретению .

VM по (Ч1+ V2). где g o - 0,25 — часть площади отвального

35 отвода занимаемой водоемами;

V>, V2 — УДЕЛЬНЫЙ СРЕДНИйуасход песка основания предотвала на 1 м водоема по изобретению, то же по предотвалу прототипа.

7 мз/ 2; V2 = 0,5 мз/м2

Чи-0,25(7+ 0,5)- 1,875 м /м2.

Площадь отвальных заходок, отсыпае45 мых в течение года одним отвалообразователем АН4 В 8800.110, равна

Зи - t 60850 м

Qr 2

50 где Qr — годовая проиэводительносзть отвэ- . лообразователя {в плотном теле), м /r.

Зкономия эксплуатационных расходов за счет уменьшения объема работ no сооружению предотвала и его основания по изо55 бретвнию в сравнении с прототипом составит

3-$и. (Vn-Чи) У.4 С 160850 3,125 1,8.7,5 0,12

814303 руб/год, 1749458

10 где у- 1,8 — объемная масса песка, т/мз; (, ™Y,5 — дальность транспортирования песка автотранспортом, км; Св - 0,12 — стоимость транспортирования песка автосамосвалами Белд3-548, руб/т.км, Применение предложенного способа дает значительный экономический эффект, так как Vw < Чл. Если Чи = Vn, то выходит, что экономического эффекта нет.

В процессе отвалообразования появляется возможность доставки на nosepxность нижнего яруса отвала основным отвальным оборудованием (конвейеры и отвалообразователь) необходимого количества почвообразующих пород, используемых в дальнейшем для рекультивации отвала.

Формула изобретейия

1. Способ отвалообразования, включающий отсыпку дренажных пород в предотвал на его ширину вперед и по направлению отсыпки отвала, планировку его поверхности, устройство дренажных канав, отсыпку ярусов отвала выще уровня воды, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения затрат на отвалообраэование при отсыпке пород отвалообразователем в водоем и увеличения приемной способности отвала при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал, нижний ярус отва5 ла отсыпают на минимальном безопасном расстоянии от водоема, перемещают отвалоообраэователь вперед по направлению отсыпки предотвала, отсыпаемого в водоем, шириной, обеспечивающей устойчивое со-, 10 стояние пород отвала, поверхность предотвала формируют выше отметки уровня воды, на его поверхности устраивают дренажные канавки с уклоном от середины к периферии, укладывают в них дренажные

15 трубы, покрывают поверхность предотвала водонепроницаемым слоем, а затем отсыпают блок отвальной эаходки по нижнему ярусу шириной, равной ширине бермы на предотвале, после чего операции повторя20 ются до полного заполнения водоема дренажной породой.

2. Способ по и, 1, отличающийся .тем, что поверхность предотвала покрывают полиэтиленовой пленкой.

25 3.Способпоп.1,отличающийся тем, что дренажные канавы по мере отсыпки блоков породы наращивают.

1749458

1749458

Составитель К. Тимотиевич

Редактор А. Мотыль Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т. Палий

Заказ 2575 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101