Способ отстройки нерабочего борта карьера

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для отстройки нерабочего борта карьера в условиях многолетнемерзлых горных пород. Техническим результатом является сокращение объема работ по сооружению улавливающих траншей. Для этого способ включает рыхление горной породы, сооружение вдоль транспортной бермы ниже ее уровня улавливающей траншеи, формирование защитного породного вала. Причем улавливающую траншею формируют треугольной формы, причем сторону, противолежащую к основному откосу нерабочего уступа, выполняют с наклоном не менее 36° и не более 40°, при этом от нижней бровки уступа до контура выемки улавливающей траншеи оставляют горизонтальную площадку регулируемого отскока, рыхление горной породы в контурах выемки рабочего уступа и улавливающей траншеи ведут одновременным взрыванием отбойных и траншееобразующих скважин первого и второго ряда, пробуренных в рабочем уступе с глубиной перебура, равной соответственно глубине и половине глубины улавливающей траншеи, и на расстоянии между рядами скважин, устанавливаемом по математической формуле. 4 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для отстройки нерабочего борта карьера в условиях многолетнемерзлых горных пород.

Известен способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий сооружение неочищаемых предохранительных берм, причем на участке примыкания к транспортной берме отстраивают их переменной ширины (патент РФ №2084633, МПК Е 21 С 41/26, 1997).

Недостатком известного способа является необходимость принятия такой ширины предохранительной бермы, которая была бы достаточной для размещения на ней осыпи и обрушенной породы на весь срок существования карьера, только тогда можно достичь поставленной цели, когда действительно предохранительная берма не будет подлежать к очистке от осыпей.

В условиях многолетней мерзлоты за счет частых перепадов температур процесс выветривания происходит намного интенсивнее, чем в районах с условием умеренного климата. В зависимости от срока службы карьера ширина неочищаемых предохранительных берм на верхних горизонтах может достигать 20-25 м. Вопрос прогнозирования выполаживания откосов и уменьшения ширины берм различного назначения с течением времени является малоизученным (В.Н.Попов, Б.Н.Байков. Технология отстройки бортов карьеров. - М.: Недра, 1991, - С.252, 147-149). Поэтому задача установления достаточной ширины неочищаемых предохранительных берм весьма затруднительна, и в связи с этим не исключена возможность возникновения сплошных откосов большой высоты за счет наполнения осыпями и обрушенными породами неочищаемых предохранительных берм. Для работы в таких условиях одним из основных недостатков является отсутствие улавливающих выработок для накопления и улавливания пород, в случае преждевременного наполнения неочищаемых берм осыпями и обрушенными породами, возникает угроза непосредственного попадания падающих камней на транспортные бермы.

Известен также способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий сооружение отдельных берм, разделенных улавливающими площадками, имеющих форму усеченных призм, формирующихся по всей длине трассы транспортной бермы (патент РФ №2206748, МПК⁷ Е 21 С 41/26, 2001).

Недостатком известного способа являются большие объемы работ по сооружению отдельных берм сложной формы, а также улавливающие площадки расположены не так, чтобы изменить направление движения падающего камня.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является способ отстройки нерабочего борта карьера, где уступы формируют переменной высоты и откосы укрепляют с помощью защитного покрытия, а на транспортной берме выполняют улавливающую траншею с защитным валом, ориентированную вдоль откоса (патент РФ №2034150, МПК Е 21 С 41/26, 1995, прототип).

Известный способ предусматривает улавливание камней за счет параметров улавливающей траншеи - ширины и глубины. Сорвавшийся камень не может перескочить через заданные параметры: ширину и глубину улавливающей траншеи. По мере накопления пород в улавливающей траншее они отгружаются погрузчиком в автосамосвалы, размещаемые на дне траншеи, с вывозкой пород во внешние отвалы либо использованием их для собственных нужд (отсыпка дорог, предохранительного вала и т.д.). Такая технология связана со значительным объемом работ по сооружению улавливающей траншеи (А.Д.Андросов. Гравитационный способ очистки предохранительных берм на глубоких карьерах // Горный журнал. - 2002. - №1. - С.73-74).

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, является сокращение объема работ по сооружению улавливающих траншей.

Технический результат достигается тем, что в способе отстройки нерабочего борта карьера, включающем рыхление горной породы, сооружение вдоль транспортной бермы ниже ее уровня улавливающей траншеи, формирование защитного породного вала, улавливающую траншею формируют треугольной формы, причем сторону, противолежащую к основному откосу нерабочего уступа, выполняют с наклоном не менее 36° и не более 40°, при этом от нижней бровки уступа до контура выемки траншеи оставляют горизонтальную площадку регулируемого отскока, рыхление горной породы в контурах выемки рабочего уступа и улавливающей траншеи ведут одновременным взрыванием отбойных и траншееобразующих скважин первого и второго ряда, пробуренных в рабочем уступе с глубиной перебура, равной соответственно глубине и половине глубины улавливающей траншеи, и на расстоянии между рядами, устанавливаемом по формуле

где h_п.о. - глубина улавливающей траншеи; α_п.о. - угол наклона стороны улавливающей траншеи, противолежащей к основному откосу нерабочего уступа.

Способ поясняется чертежами, где фиг.1 - предлагаемый способ отстройки нерабочего борта карьера с улавливающей траншеей; фиг.2 - схема развития горных работ при сооружении улавливающих траншей; фиг.3 - разрезы по линии А-А по фиг.1; по линии Б-Б и В-В по фиг.2.

Способ отстройки нерабочего борта карьера осуществляют следующим образом.

Отстроен условный карьер с глубиной 180 м со спиральной транспортной бермой 1 и с уступами переменной высоты 2 без специальных предохранительных берм (фиг.1). Для смягчения работы автотранспорта в затяжных уклонах, с определенным интервалом по высоте подъема спиральной транспортной бермы 1, оставляют горизонтальные площадки смягчения 3. Начиная с глубины 45 м, вдоль спиральной транспортной бермы 1 ниже ее уровня сооружают улавливающую траншею 6 треугольной формы, причем сторону 4, противолежащую к основному откосу нерабочего уступа 2, выполняют с наклоном не менее 36° и не более 40° к горизонтальной плоскости.

От нижней бровки 5 нерабочего уступа 2 до контура улавливающей траншеи 6 оставляют горизонтальную площадку регулируемого отскока 7. Ширина горизонтальной площадки 7 принимается от 3 до 6 м в зависимости от высоты нерабочего уступа 2. Вероятность попадания падающего камня на эту горизонтальную площадку 7 минимальна, а в случае попадания камня дальность отскока не превышает ширину контура улавливающей траншеи 6 (Ш_по).

Удаление горной массы из контура улавливающей траншеи 6 осуществляется гидравлическим экскаватором 8 "обратная лопата" (фиг.2). Для этого экскаватор 8 устанавливается на транспортной берме 1, и рабочая зона его копания 9 соответствует принятым параметрам контура улавливающей траншеи 6 с наклонной стороной 4 (фиг.3 разрез Б-Б). При этом рыхление горных пород рабочего уступа в контуре улавливающей траншеи 6 осуществляется бурением и взрыванием отбойных 14 и траншееобразующих скважин 10 и 11 первого и второго ряда, пробуренных в рабочем уступе. При этом расстояние между рядами скважин 10 и 11 определяют по формуле

Глубину перебура скважин первого ряда 10 принимают равной глубине улавливающей траншеи 6, а величину перебура скважин второго ряда 11 уменьшают в два раза (фиг.3, разрез В-В).

Удаляемая горная масса из контура улавливающей траншеи 6 грузится экскаватором 8 на автосамосвалы 12. В процессе формирования наклонной стороны 4 улавливающей траншеи 6 сооружается защитный породный вал 13 высотой не менее ¹/₂ диаметра колеса карьерного автосамосвала 12 (фиг.2).

Как видно из фиг.2, фиг.3, разрез В-В, на глубине 75 м идет подготовка к взрыву для проходки улавливающей траншеи 6 с глубины 75 м на глубину 90 м. В контурах выемки 6 пробурены первый 10 и второй 11 ряды траншееобразующих скважин (фиг.3, разрез В-В). После взрыва блока на глубине 75 м экскаватором 8 будет пройдена улавливающая траншея на глубину 90 м. Параллельно с работой по удалению горной массы из контура улавливающей траншеи 6 проводятся работы по бурению контурных скважин 15 для создания отрезной щели.

Пример конкретного выполнения приведен применительно к месторождениям кимберлитовых трубок, расположенных в зоне распространения многолетнемерзлых пород в суровых климатических условиях Якутии.

Исходные параметры для известного и предлагаемого способов отстройки нерабочего борта карьера приняты следующими: глубина карьера - 180 м; ширина транспортных берм - 20 м; угол откоса уступа - 75°; высота уступа при погашении переменная - от 15 до 82 м; уклон спиральной транспортной бермы - 80%.

При длительном стоянии нерабочих уступов происходит процесс их выветривания. Вследствие чего нижележащие бермы заполняются осыпями и обрушенными породами. Для предотвращения прямого попадания осыпей и обрушенных пород на спиральную транспортную берму 1 сооружают улавливающие траншеи 6, параметры которых зависят от высоты уступа 2, его крутизны и наличия выступов. От высоты уступа 2 зависит и скорость падения камней, что является решающим фактором при отскоке камня с места падения.

Длина пути камня на берме, сорвавшегося с верхней точки нерабочего уступа 2, будет складываться из дальности падения камня l_пад. - и длины пути при отскоке l_ск. - этими величинами и будет определяться безопасное расстояние на нижележащем горизонте, на котором находится спиральная транспортная берма 1. Более всего процессам выветривания подвержена верхняя часть уступа. Величина сработки верхней бровки уступа в условиях многолетнемерзлой породы зависит от длительности его стояния и пород, слагающих этот уступ. При данных параметрах уступа угол выполаживания его составит 62°.

Длина пути камня на берме рассчитана для высоты нерабочих уступов: 60; 90; 120; 180 м по известной методике (Временные методические указания по управлению устойчивости бортов карьеров в цветной металлургии. - М., 1989. - 127 с.).

Результаты расчета сведены в таблицу 1.

Таблица 1 Значения длины пути камня на берме в зависимости от высоты нерабочего уступа
Высота	Дальность	Длина скачков	Длина пути	Ширина безопас
уступа,	падения камня	камня на	камня на	ного расстояния
м	на берму, м	берме, м	берме, м	до спиральной
	lпад.	lск.	Lп=lпад.+lск.	транспортной
				бермы, м,
				a=Ln+1
60	5.6	6.3	11.9	13
90	8.5	9.5	18.0	19
120	11.3	12.6	23.9	25.0
180	17.0	19.0	36.0	37.0

Ширина безопасного расстояния до спиральной транспортной бермы с учетом технического запаса по правилам безопасности принимается на 1 м больше длины пути камня на берме.

Как видно из таблицы 1, из-за скачков камня значительно увеличивается ширина безопасного расстояния. Поэтому для сокращения безопасного расстояния путем ликвидации отскоков вдоль спиральной транспортной бермы сооружают улавливающую траншею. При этом улавливающая траншея проходится и очищается от осыпей и обрушенных пород с применением технологической схемы "погрузчик - автосамосвал", размещаемым в самой траншее. Такая технология проходки траншеи требует значительных параметров улавливающей траншеи, а значит больших объемов работ по ее сооружению. В связи с этим, для сокращения объема работ по сооружению улавливающей траншеи предлагается форму ее поперечного сечения сформировать треугольной, а противолежащую к основному откосу нерабочего уступа сторону выполняют с наклоном не менее 36° и не более 40°. При сооружении улавливающей траншеи с наклонной стороной камень, падающий на эту поверхность, меняет направление отскока в сторону нерабочего уступа. В отличие от известного способа - прототипа с улавливающей траншеей и защитным породным валом, ограничение параметров отскоков происходит не за счет невозможности выскакивания камней за пределы улавливающей траншеи, а за счет изменения направления отскакивания. В известном и предлагаемом способах в зависимости от высоты нерабочих уступов ведется расчет ширины и глубины улавливающей траншеи и угла наклона ее стороны, противолежащей к основному откосу нерабочего уступа.

Ширина улавливающей траншеи Ш_у.т. определяется по значению дальности падения камней с учетом технического запаса по правилам безопасности.

Ш_у.т.=l_пад.+1, м.

Глубина улавливающей траншеи h_у.т. определяется в зависимости от значения максимального отскока h_ck ^max камня

h_у.т.=h_ck ^max-1, м.

Угол наклона стороны траншеи, противолежащей к основному откосу нерабочего уступа, следует принять таким, чтобы падающие камни отскакивали от ее поверхности и скатывались вниз. Вместе с тем, чтобы расчетная глубина улавливающей траншеи не превышала глубину черпания экскаватора, необходимо угол наклона стороны траншеи выдерживать в пределах оптимальных величин.

При углах падения камня от 60° до 70° рассмотрим траектории отскоков камня от горизонтальной и наклонной поверхности с углом, равным 30°; 35°; 40°. Результаты расчета сведены в таблицу 2.

Таблица 2 Траектория отскока камня в зависимости от угла наклона стороны улавливающей траншеи и угла падения камня
Угол падения камня, град.	Угол наклона поверхности бермы и угол наклона стороны улавливающей траншеи, град.
	0	30	35	40
60	25	90	72	57
62	28	78	67	52
65	30	72	57	45
70	33	57	45	33

Как видно из таблицы 2, при малых значениях угла наклона стороны улавливающей траншеи амплитуда отскоков значительная, так как при этом угол между траекториями падения и отскока камня более острый. Это позволяет падающему камню наносить больше разрушений поверхности наклонной стороны траншеи. При направлении удара, приходящегося по касательной к поверхности наклонной стороны улавливающей траншеи, степень ее повреждения заметно уменьшается.

Ширина контура улавливающей траншеи 6 будет определяться из максимальной дальности одного отскока, что не позволит камню перескочить через нее. Принимая дальность одного максимального отскока за 0.6×l_ск. суммарной длины скачков камня на берме, имеем ширину контура улавливающей траншеи 3.78, 5.7, 7.56, 11.4 м соответственно при высоте нерабочего уступа 60, 90, 120 и 180 м. Сечение улавливающей траншеи имеет треугольную форму с углом наклона стороны, находящейся под основным откосом 75°-80°, а противолежащей к ней стороны - 36-40°.

Глубина улавливающей траншеи 6 зависит от ее ширины и угла наклона ее стороны, причем, чем круче ее угол наклона, тем больше величина приращения глубины траншеи. С учетом этого и траектории падения камней при различных углах отскока принимаем угол наклона стороны улавливающей траншеи, противолежащей к основному откосу нерабочего уступа, равным 40°.

Ширина площадки регулируемого отскока принимается равной расстоянию от нижней бровки нерабочего уступа до контура выемки улавливающей траншеи плюс 1 м технического запаса. Ширина защитной предохранительной бермы соответствует расстоянию от нижней бровки откоса нерабочего уступа до верхней бровки наклонной стороны контура улавливающей траншеи и будет равно 7, 10, 13, 18 м соответственно. Кроме того, вдоль улавливающей траншеи сооружается защитный породный вал высотой не менее 1/2 диаметра колеса карьерного автосамосвала.

Параметры отбойных скважин принимаются согласно проекту массовых взрывов, а расстояние между рядами траншееобразующих скважин рассчитывается исходя из глубины улавливающей траншеи и угла наклона ее стороны.

Расчетные параметры улавливающей траншеи приведены в таблице 3.

Таблица 3 Параметры улавливающей траншеи в зависимости от высоты уступа, при угле наклона ее стороны, равном 40°
Высота уступа, м	Параметры улавливающей траншеи, м	Ширина площадки регулируемого отскока, м	Ширина предохранительной бермы, с учетом ширины породного вала, м	Расстояние между рядами траншееобразующих скважин, м
	ширина	глубина
60	3.78	2.6	3	10	1,55
90	5.7	3.5	4	13	2,1
120	7.56	4.4	5	16	2,6
180	11.4	7.0	6	21	4,2

Как видно из таблицы 3, данное техническое решение позволяет сократить ширину защитной предохранительной бермы на 3, 6, 9 и 16 м. С увеличением высоты нерабочего уступа возрастает эффективность применения улавливающей траншеи.

Для сокращения объема работ по сооружению улавливающих траншей предлагается от нижней бровки уступа до контура выемки улавливающей траншеи выделить площадку регулируемого отскока. Ширина площадки принимается от 3 до 6 м. Вероятность попадания падающего камня на площадку регулируемого отскока минимальна, а в случае попадания камня дальность отскока не превысит ширину улавливающей траншеи.

Результаты расчета параметров улавливающих траншей приведены в таблице 4.

Таблица 4 Параметры улавливающих траншей в известном и предлагаемом способах отстройки нерабочего борта карьера
Наименование параметров	Известный способ	Предлагаемый способ
	Высота уступа, м	Высота уступа, м
	60	90	120	180	60	90	120	180
Дальность падения камня, м	5,6	8,5	11,3	17,0	5,6	8,5	11,3	17,0
Ширина улавливающей траншеи, м	6,6	9,5	12,3	18,0	3,78	5,7	7,56	11,4
Ширина площадки регулируемого отскока, м	-	-	-	-	3,0	4,0	5,0	6,0
Глубина улавливающей траншеи, м	2,5	3,5	5,0	7,0	2,6	3,5	4,4	6,0
Площадь сечения улавливающей траншеи, м	14,2	28,8	50,9	108,1	5,1	11,5	18,2	40,4

Длину сооружаемой улавливающей траншеи находят в зависимости от уклона транспортной бермы и высоты нерабочего уступа. Сооружение улавливающей траншеи начинают при высоте нерабочего уступа равной 45 м (на глубине 45 м) и заканчивают ее сооружение на глубине 155 м, т.е. когда переменная высота нерабочего уступа вновь станет равной 45 м. Тогда длину улавливающей траншеи, сооружаемой вдоль транспортной бермы, находим

L_y.в.=(155-45)\0.08+2×60-1495 м

Зная длину сооружаемой улавливающей траншеи и площадь ее поперечного сечения (см. табл. 4), вычисляют:

- объемы работ по сооружению улавливающей траншеи в контурах карьера по известному способу отстройки, которые составят 28.8×1495=43056 м³;

- объемы работ по сооружению улавливающей траншеи в контурах карьера по предлагаемому способу отстройки, которые составят 11.5×1495=17192.5 м³.

Как видно, заявляемое техническое решение позволяет сократить объем работ по сооружению улавливающей траншеи на 25863.5 м³ в результате уменьшения ее площади поперечного сечения.

Кроме того, предложенный способ отстройки позволяет вести очистку контура выемки улавливающей траншеи прямо с транспортной бермы. А принятые ее параметры исключают возможность выскакивания камней на транспортную берму, что достигается за счет придания стороне траншеи соответствующего наклона, изменяющего направление движения падающего камня в противоположную сторону. Таким образом, повышаются безопасность и эффективность заявляемого способа отстройки нерабочего борта карьера.

Способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий рыхление горной породы, сооружение вдоль транспортной бермы ниже ее уровня улавливающей траншеи, формирование защитного породного вала, отличающийся тем, что улавливающую траншею формируют треугольной формы, причем сторону, противолежащую к основному откосу нерабочего уступа, выполняют с наклоном не менее 36° и не более 40°, при этом от нижней бровки уступа до контура выемки улавливающей траншеи оставляют горизонтальную площадку регулируемого отскока, рыхление горной породы в контурах выемки рабочего уступа и улавливающей траншеи ведут одновременным взрыванием отбойных и траншееобразующих скважин первого и второго ряда, пробуренных в рабочем уступе с глубиной перебура, равной соответственно глубине и половине глубины улавливающей траншеи, и на расстоянии между рядами скважин, устанавливаемом по формуле

где h_п.о. - глубина улавливающей траншеи;

α_п.о. - угол наклона стороны улавливающей траншеи, противолежащей к основному откосу нерабочего уступа.