СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ БОРТА КАРЬЕРА Российский патент 1996 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке карьеров открытым способом для постановки борта карьера в предельное положение.

Известен способ постановки борта карьера в предельное положение, не исключающий его формирования за счет выветривания и осыпания откосов уступов, что приводит к отступанию верхних бровок откосов уступов, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению полезной ширины берм различного назначения [1]
Недостатком известного способа является то, что изменение ширины берм применяется без учета ее уменьшения во времени.

Известен способ постановки борта карьера в предельное положение, учитывающий основные закономерности переформирования бортов карьеров в процессе отработки месторождений, а именно интенсивного выветривания; развития гравитационных процессов; деятельности дождевых и талых вод, а также разуплотнение пород со снижением их прочности, которые протекают в условиях постоянного обновления поверхности обнажения при различной экспозиции откосов и их углов наклона. Интенсивное выполаживание откосов бортов карьеров по сравнению с естественными откосами вызвано изменением напряженного состояния пород, резкой сменой термодинамических условий при вскрытии пород открытыми горными выработками и влиянием производственных процессов [2]
Недостатком данного способа является то, что при выборе профиля борта карьера углы заоткоски уступов определяют с большой погрешностью, так как фактическая прочность пород в массиве уступа может отличаться от расчетной в несколько раз. Это в свою очередь ведет к ошибке в определении величины осыпания верхних бровок уступов, увеличению ширины берм различного назначения и увеличению объемов разноса борта карьера при полной обработке берм.

Изобретение решает задачу уменьшения объемов вскрыши при постановке борта в предельное положение.

Достигается это тем, что способ формирования борта карьера, включающий формирование ломаного профиля борта, его уступов, предохранительных и транспортных берм, отличающихся тем, что бермы формируют по условию их осыпания во времени для каждой группы смежных уступов со сходными физико-механическими свойствами пород и сроком их службы по высоте борта, причем при формировании указанных берм определяют максимальную годовую величину осыпания верхних бровок уступов из соотношения
b b′(h_i)+(1-δ) b″(h_i)
(1) где Δb' и Δ b'' соответственно величина осыпания верхней бровки уступа "слабых" и "прочных" пород, м/год;
h₁ высота верхнего уступа, м;
h₂ высота промежуточного уступа между "слабыми" и "прочными" породами в группе уступов, м;
h_n высота нижнего уступа, м;
δ двоичный параметр, при этом величину двоичного параметра устанавливают равным:
δ
(2) затем определяют полное смещение верхних бровок за счет осыпания уступов во времени из выражения:
B_п= ∑ Δbdt (3) где t время с момента постановки уступа в предельное положение до конца обработки карьера, год, после чего устанавливают необходимую для отстройки ширину предохранительных и транспортных берм;
В В_min + В_п, (4) где В_min минимальная ширина транспортных и предохранительных берм, достаточная для выполнения своих функций, м;
В начальная ширина берм в момент их формирования, м.

На фиг. 1 показана группа смежных уступов; на фиг. 2 ломаный профиль борта карьера сформированный группами уступов.

Первая группа смежных уступов 1 в количестве n и высотой уступа h 2 определяется с дневной поверхности на глубину, равную мощности, как правило, выветренных пород.

Для первой группы смежных уступов определяем максимальную годовую величину смещения верхних бровок начиная с первого уступа высотой h₁ до n высотой h_n. Так как в группе уступов с одинаковыми геометрическими и технологическими параметрами изменения физико-механических свойств пород, слагающих верхнюю часть откоса за счет техногенных процессов, вводим промежуточный уступ h_i, разделяющий по высоте группу уступов на уступы из "слабых" и "прочных" пород.

Затем, используя двоичный параметр, определяем общую суммарную величину (Σ Δb) осыпания первой группы уступов. Двоичный параметр δ необходим для расчетов осыпания (Σ Δb) группы уступов с чередующимися изменениями физико-механических свойств пород слагающих группу уступов или определения величины осыпания смежных уступов, отличающихся друг от друга. Определив (Σ Δb) для каждой группы уступов (с учетом "слабых" и "крепких" участков), определяем смещение верхних бровок за весь срок их службы (В_п) согласно формулы (3). Определившись минимальной шириной берм (В_min) (3) исходя из их технологического назначения рассчитываем согласно (4) начальную ширину берм (В) для каждой группы уступов. Затем, используя проектные углы заоткоски уступов ( α_у) и рассчитанные значения начальной ширины берм, отстраиваем профиль борта на предельном контуре. При необходимости производятся поверочные расчеты по оценке устойчивости откоса на всю его высоту или отдельных его частей.

Пример расчета произведен для Западного карьера Приморского производственного объединения "Бор". Юго-западный борт (сверху вниз) имеет следующие особенности строения.

1. Группа уступов, сложенных кремнистыми сланцами (между гор. +515 м и +490 м), с максимальной интенсивностью осыпания (при h 24 м) (m₉₀ 0,20 м/год, кроме того необходимо учесть, что скорость осыпания верхней части уступа, разрушенной зарядами перебура (мощность слоя 2,5 м), будет существенно выше.

2. Группа уступов, сложенных аргиллитами и их переслаиванием с песчаниками (гор. +490 гор. +410 м) с m₉₀ 0,25 м/год, у которых верхняя часть также разрушена на глубину до 2,5 м.

3. Группа уступов, сложенных песчаниками прослоением аргиллитов (гор. +410 гор. +330 м) с m₉₀ 0,15 м/год и разрушении верхней части на глубину 2,5 м.

4. Группа уступов, сложенных скарнами, практически не поддающихся выветриванию (m₉₀ 0), у которых лишь верхняя часть (h_р 2,5 м) разрушенная зарядами перебуров, осыпается со скоростью Σ Δb'. Однако этот процесс может развиваться лишь в полосе, примыкающей к верхней бровке, ширина которой равна
В_п' h_п(сtg α_o-ctg α_у) 2,5 м; где α_о Φ 40^о( Φ угол естественного откоса осыпи);
α_у угол заоткоски уступа ( α_у 83^о).

Средний срок стояния уступов, исходя из скорости погашения борта по вертикали равной 12 м/год равен для уступов первой, второй, третьей и четвертой групп соответственно: 27, 23, 17 и 7 лет.

Согласно (2) для скальных пород реальная скорость осыпания уступов, массив которых нарушен взрывными работами не превышает Σ Δb' 0,2 м/год, следовательно, полная сработка В_п' может реализоваться за 12 лет. Следовательно, при t 12 лет значение В_п' 2,5 м.

Применительно к рассматриваемым условиям, когда используется специальная технология заоткоски, обеспечивающая сохранность законтурного массива,
∑ Δb″ 0,5m_α= где α_уt угол откоса уступа через t лет после его заоткоски, град.

Полное смещение верхних бровок, согласно (1), (2) и (3) определяют по формуле
B_п= ∑ Δb′dt+ ∑ Δb″dt где первый член правой части при сроке службы более 8 лет может быть принят постоянным и равным 2,5 м.

Таким образом, для каждой группы уступов формула имеет вид.

1. Кремнистые сланцы (t 27 лет)
B_п= 2,5 + 0,09•dt 4,9 м
2. Аргиллиты с прослоением песчаников (t 23 года).

B_п= 2,5 + 0,11•dt 4,6 м
3. Песчаники с прослоением аргиллитов (t 17 лет)
B_п= 2,5 + 0,066•dt 3,6 м
4. Скарны (t 7 лет)
B_п= 0,2•dt 1,4 м
Если бермы, оставляемые по борту, выполняющие только функцию берм очистки, то их минимальная ширина равна В_min 6 м. Тогда начальная ширина берм по вышеперечисленным группам уступов соответственно равна: 11 м; 10,5 м; 9,5 м; 7,5 м.

Сущность изобретения: техническое преимущество предлагаемого способа формирования борта карьера по сравнению с базовым заключается в том, что в нем учитываются индивидуальные особенности каждого комплекса пород, слагающих борт (откос), что позволяет рассчитать оптимальную ширину берм по каждому уступу с учетом срока их эксплуатации и скорости осыпания групп уступов. 2 ил.

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ БОРТА КАРЬЕРА, включающий формирование ломаного профиля борта, его уступов, предохранительных и транспортных берм, отличающийся тем, что бермы формируют по осыпанию их во времени для каждой группы смежных уступов с аналогичными физико-механическими свойствами пород и сроками их службы по высоте борта, причем при формировании указанных берм определяют максимальную годовую величину осыпания верхних бровок уступов из соотношения

где Δb′ и Δb″ соответственно величина осыпания верхней бровки уступа слабых и прочных пород, м/год;
h₁ высота верхнего уступа, м;
h_i высота промежуточного уступа между слабыми и прочными породами в группе уступов, м;
h_n высота нижнего уступа, м;
δ двоичный параметр, при этом величину двоичного параметра устанавливают равной

затем определяют полное смещение верхних бровок за счет осыпания уступов во времени из выражения

где t время с момента постановки уступа в предельное положение до конца отработки карьера, год;
после чего устанавливают необходимую для отсройки ширину предохранительных и транспортных берм по выражению
B B_m i n + B_п,
где B_m i n минимальная ширина транспортных и предохранительных берм, достаточная для выполнения своих функций, м;
B начальная ширина берм в момент их формирования, м.