СПОСОБ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горному делу и может быть применено при складировании вскрышных пород, отходов обогащения твердых полезных ископаемых в отвалы.

Известен способ борьбы с оползнями на отвалах путем устройства контрфорса из твердых пород у основания покровных оползней.

Недостаток этого способа - устройства контрфорса вдоль отвала на слабом основании - не позволяет увеличить его емкость путем наращивания высоты, т. к. контрфорсом не предотвращается развитие подошвенных оползней (выпирания).

Известен способ формирования призмы упора с повышенной связностью в форме вогнутого слоя, ограниченного сверху и снизу плоскостями, эквидистантными расчетной поверхности сдвижения удаленными от нее на определенное расстояние, реализованный устройством, отвал [1] .

Недостаток способа состоит в том, что он не позволяет предотвратить подподошвенные оползни отвалов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ отвалообразования, включающий проходку в основании отвала приконтурной траншеи и по замкнутому контуру и перпендикулярно к каждой ее внутренней стороне дополнительных траншей на глубину, равную мощности слабых пород основания до контакта с крепкими породами основания, заполнение траншей и возведение опорных барьеров из скальных пород, отсыпку песчано-глинистых пород в отвал начиная от центральной части основания к периферии с перекрытием приконтурной траншеи отвальными породами [2] .

Недостатком известного способа является невозможность его применения для существенного отвала, т. к. реализация известного способа возможна только в период формирования отвала, когда, по крайней мере, на замкнутой полосе горного отвода под отвал вдоль предельного контура шириной не менее суммы горизонтального проложения откоса отвала на предельном контуре и ширины призмы обрушения, отвальные породы не уложены; применение известного способа для реконструкции отвалов с предельно допустимыми параметрами на слабых основаниях обусловит нарушение их устойчивости (развитие оползней) в связи с тем, что способом не предусмотрены соответствующая регламентация размеров участков вскрытия основания отвала траншеям, порядка и сроков выполнения операций.

Целью изобретения является увеличение приемной способности отвала на слабом основании при обеспечении его устойчивости и сокращении площадей отчуждения под отвалы.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе отвалообразования, включающем подготовку основания, проходку в породах основания траншей, засыпку их скальной породой, последующую отсыпку отвала и его наращивание, в котором предложено проходить вдоль нижней бровки отвала траншею определенной ширины и глубины, обеспечивающими устойчивость отвала, при этом проходку траншеи ведут участками определенной длины с последовательной засыпкой каждого участка скальными породами в течение определенного времени. Производят наращивание отвала до определенной высоты, при этом наращивание начинают с отсыпки на скальные породы в траншеи и ведут в направлении к центру отвала.

Для увеличения угла наклона откосов отвала, на заполненную скальными породами траншею, откосы и бермы отсыпают скальные породы до увеличения прироста емкости отвала на допустимую высоту.

На фиг. 1 изображена фаза отвалообразования; на фиг. 2 - фаза проходки участка траншеи; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 и фиг. 5 - фаза отсыпки скальных пород на поверхность отвала.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

На участке земной поверхности 1 (фиг. 1) ранее заскладирован отвал 2 на слабом основании 3 с предельными параметрами (по высоте Н углу наклона α). Дальнейшее наращивание отвала невозможно, т. к. приводит к нарушению его устойчивости в виде оползней с выпором основания по поверхности скольжения 4.

Для рационального использования земель, нарушенных горными работами, предложен способ отвалообразования, который включает проходку контурной траншеи 5 (фиг. 2 и 3) в пределах пород слабого основания 3 вдоль нижней бровки 6 (фиг. 1) сформированного отвала 2.

Ширину а траншеи 5 по низу (фиг. 3) определяют по зависимости:
а= 0,7 Н ˙ ctg (45^о- ϕ_o/2); (1) где Н - предельная высота сформированного отвала на слабом основании, м;
ϕ_o - угол внутреннего трения пород слабого основания, град.

Необходимая глубина "в" траншеи должна быть не менее величины заглубления R-поверхности скольжения 4 (фиг. 1) в слабом основании и удовлетворять условию
m+2≅ b≅ R-H, (2) где m - мощность пород слабого основания, м;
R - радиус поверхности скольжения, м;
α - угол наклона откоса до реконструкции, град.

Выемку пород слабого основания вдоль нижней бровки сформированного отвала на ширину а и глубину в (в проходке траншеи) производят заходками (участками 7 (фиг. 2), длина l каждого из которых не должна превышать величины, определяемой зависимостью:
l≅ ; (3) где γ_o - объемная масса породы слабого основания, т/м³;
C_o - удельное сцепление породы слабого основания, т/м².

Превышение длины участка незаполненной траншеи приведет к нарушению устойчивости сформированного отвала, т. к. за счет проходки траншеи без заполнения (подрезки отвала) нарушается нормативное соотношение между удерживающими и сдвигающими силами по поверхности скольжения, т. е. снижается коэффициент запаса устойчивости. В связи с этим допустимый пеpиод стояния tp откоса траншеи 5 со стороны отвала не заполненной скальными породами, регламентируется зависимостью:
t_p= K, (4) где C_o и C_∞ - соответственно значения природного и предельно длительного сцепления пород основания отвала на сдвиг, МПа;
Т_р = 0,0009 - параметр длительной прочности, год;
n_н = 1,2 - нормативный коэффициент запаса устойчивости отвала, безразмерный;
n_n = 1,05 - коэффициент запаса устойчивости подработанного отвала, безразмерный;
К = 365 - численный коэффициент, безразмерный;
t_p - допустимый период стояния откоса траншеи, не заполненной скальными породами, сутки.

После заполнения траншеи 5 на участке 7 длиной l скальными породами производят проходку траншеи 5 на следующем участке и т. д. Производят наращивание сформированного отвала (фиг. 4) путем отсыпки пород сначала на поверхность 8 заполненной траншеи 5 (фиг. 4), затем на откосы 9 и бермы 10 отвала 2.

Максимально допустимую высоту Н_р реконструируемого отвала находят с учетом ширины траншеи а и значений углов внутреннего трения пород слабого основания (ϕ_о) и дробленых скальных пород (ϕ_п) по зависимости:
H_p= [H+a(tgϕ_п-tgϕ_о+(C_о/C_п)] : n_н , (5) где С_n и ϕ_n - соответственно удельное сцепление (МПа) и угол внутреннего трения (град. ) дробленых скальных пород.

Если на поверхность 8, заполненной скальными породами траншеи 7 (фиг. 4), затем на откосы 9 и бермы 10 отвала 2 производить отсыпку скальных пород, то можно увеличить угол откоса реконструируемого отвала и получить дополнительную емкость реконструируемого отвала на слабом основании, которая увеличивается на
Δ V = 0,5 ˙ H_p ( ctg α - ctg α_p) ˙L, (6) где Δ V - прирост емкости отвала за счет его реконструкции, тыс. м³.

Для подготовки реконструируемого отвала к рекультивации предложено верхний ярус или слой заданной мощности по верхней площадке реконструируемого отвала отсыпать нетоксичными рыхлыми породами.

При наличии участка земной поверхности по ширине а, отводимой для реставрации отвала, превышающей расчетную ширину а траншеи, определяемую по зависимости (1), траншею расчетными параметрами а и в, l проходят по внешней границе отведенного участка земной поверхности. (56) Авторское свидетельство СССР N 1162974, кл. Е 21 C 41/26, 1985.

Авторское свидетельство СССР N 1461928, кл. Е 21 С41/26, 1989.

Сущность изобретения: контурную траншею проходят в пределах слабого основания вдоль нижней бровки сформированного отвала или внешней границе горного отвода, предложены зависимости для определения ширины и глубины траншеи, длины участка траншеи и времени стояния откоса отвала при незаполненной траншее. Осуществление способа позволяет увеличить емкость реконструируемого отвала, обеспечить его устойчивость при минимальной площади горного отвода. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. СПОСОБ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ, включающий подготовку основания, проходку в породах основания контурной траншеи, засыпку траншеи скальной породой, последующую отсыпку отвала и его наращивание, отличающийся тем, что, с целью увеличения приемной способности отвала на слабом основании при обеспечении его устойчивости и сокращении площадей отчуждения под отвалы, контурную траншею проходят вдоль нижней бровки отвала шириной a, определяемой из выражения
a= 0,7H˙ctg (45^o-ϕ₀ / 2 ) ,
где H - предельная высота закладированного отвала, м;
ϕ₀ - угол внутреннего трения пород основания, град. ;
на глубину b, определяемую из выражения
m+2≅ b≅ R-H ;
где m - мощность слабых пород основания, м;
R - радиус поверхности скольжения, м;
α - угол наклона откоса отсыпанного ранее отвала, град. ;
причем проходку траншеи ведут участками с последовательной засыпкой каждого участка скальными породами, длину l которого определяют из соотношения
l≅
где γ₀ - объемная масса породы слабого основания, т/м³;
C_у - значение удельного сцепления породы слабого основания, МПа;
а отсыпку пород в траншею производят в течение времени t_р не более, чем определяемого из выражения
T_p= K · ,
где C₀ и C_∞- соответственно значение природного и предельного длительного сцепления пород основания отвала на сдвиг, МПа;
T_р = 0,0009 - параметр длительной прочности, год;
П_н = 1,2 - нормативный коэффициент запаса устойчивости подрабатываемого отвала;
П_п = 1,05 - коэффициент запаса устойчивости подрабатываемого отвала;
K = 365 - численный коэффициент. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения углов наклона откосов отвала на заполненную скальными породами траншею, откосы и бермы, отсыпают скальные породы до увеличения прироста емкости отвала на величину ΔV , определяемую зависимостью
ΔV = 0,5H_p(ctg α-ctg α_p)˙L ,
где α_p - угол наклона откосов отвала после реконструкции, град. ;
L - периметр отвала, м.