СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОТВАЛА Российский патент 1997 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может быть использовано при открытой разработке полезных ископаемых для отвалообразования и при засыпке территорий промышленного и гражданского строительства.

Известен способ бульдозерного отвалообразования при автомобильном транспорте, включающий транспортирование породы по съездам на рабочую площадку отвала и отсыпку ее с разгрузочной площадки /1/.

Недостатком способа являются значительные затраты на отвалообразование, обусловленные высокой стоимостью и большим объемом работ по формированию съездов снизу вверх на наклонной площадке, расширенной с учетом призм безопасности, исключающих выдавливание автосамосвалом пород в откосы.

Известен способ отсыпки отвала, включающий транспортирование породы по съездам на рабочую площадку отвала, отсыпку ее с разгрузочной площадки, формирование на основании отвала опережающих смежных насыпей до проектных контуров и съездов между ними /2/.

Недостатками способа являются повышенные затраты и сложности обеспечения безопасности отвалообразования, обусловленные:
1) излишними объемами грузоперевозок, предопределенными следующим:
большими расстояниями транспортировки пород по съездам с подъемом от карьера к рабочей площадке существующей опережающей насыпи и в обратном направлении (к карьеру) по рабочей площадке опережающей насыпи, формируемой в направлении к карьеру;
существенными объемами пород, отсыпаемыми в пределах опережающей насыпи в обратном направлении от отвала к карьеру;
ограниченностью возможностей долевого увеличения объемов опережающей насыпи, отсыпаемых поперек насыпи в общем направлении от карьера;
2) ограниченностью возможностей сокращения расстояния транспортировки пород, обусловленной:
формированием съездов по периферии опережающей насыпи;
отсутствием ответвления съездов, примыкающих к основному съезду на расстоянии друг от друга по нему;
3) наличием на площадках опережающих насыпей участков высокой концентрации горно-транспортного оборудования, уменьшающих его производительность и безопасность эксплуатации в силу:
уменьшения ширины узких по фронту ближних к карьеру участков насыпей с интенсивным производством работ бульдозерами и автосамосвалами;
недоиспользования возможностей:
а) увеличения фронта работ;
б) рассредоточения грузопотоков;
3) отсутствия возможности формирования без большого перепробега автотранспорта последующей насыпи при формировании предыдущей насыпи и тем самым создания будущего съезда без концентрации оборудования и интенсивности работ с последующим их возрастанием при формировании самой последующей насыпи, т. е. в силу отсутствия возможности безубыточной деконцентрации и распределения работ во времени и пространстве.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности и безопасности отвалообразования за счет увеличения объемов отсыпки пород в направлении от карьера и рассредоточения работ во времени и пространстве.

Задача решена тем, что в способе формирования отвала, включающем транспортирование породы по съездам на рабочую площадку отвала, отсыпку ее с разгрузочной площадки, формирование на основании отвала опережающих смежных насыпей до проектных контуров и съездов между ними, опережающую насыпь начинают формировать пионерными насыпями по контурам будущего съезда и его ответвлений с отсыпкой соединительной насыпи, объем которых определяют по выражению
,
где V объем пионерных насыпей, м³;
l₁ и V₁ соответственно величина уменьшения средневзвешенного расстояния и объем отсыпки опережающей насыпи вне пионерных насыпей и дополнительных съездов, км и м³;
l приращение средневзвешенного расстояния транспортирования пород в пионерные насыпи по сравнению с отсыпкой пород в их контурах по известному способу, км;
l₂ и V₂ соответственно величина уменьшения средневзвешенного расстояния и объемы засыпки дополнительных логов формируемой и предыдущей опережающих насыпей, км и м³;
З и З₁ соответственно убытки от стесненности работ на пионерных насыпях и затраты на формирование дополнительных съездов, руб.

γ и C_т соответственно плотность и себестоимость транспортирования пород, кН/м³ и руб/кН•км,
и с транспортированием пород по ответвленным съездам завершают формирование опережающей насыпи поперечными участками и отсыпают новые пионерные насыпи, а съезд и его ответвления засыпают с использованием ответвления и нового съезда участками от дальнего к ближнему относительно карьера.

Предлагаемый способ отличается от известного /2/ вышеизложенной последовательностью операций, направлением горных работ и характеризующими способ параметрами, представленными в виде математического выражения. Изложенные в данной совокупности признаки отсутствуют в известных решениях /1/, /2/ и др. и обеспечивают получение положительного эффекта. Предлагаемый способ обладает свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных решений /1/, /2/ и др.

Анализ известных решений показал, что сущность заявляемого решения в них не раскрыта, она неочевидна и характеризуется новой совокупностью признаков, что позволяет считать его соответствующим критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена схема сформированных пионерных насыпей; на фиг. 2 - схема отсыпки опережающей насыпи вне ее пионерных насыпей и дополнительных съездов; на фиг. 3 схема засыпки логов в процессе развития работ.

Способ осуществляется следующим образом.

С транспортированием пород по существующему съезду (не показано) на рабочую площадку 1 отвала (фиг. 1) и отсыпкой их с разгрузочной площадки (не показано) по известным способам на основании 2 отвала начинают работы в пределах проектного контура 3 будущей опережающей насыпи. Опережающую насыпь начинают формировать пионерными насыпями по контурам будущего съезда и его ответвлений в следующем порядке: сначала отсыпкой пионерной насыпи 4 формируют участок 5 лога 6, затем последовательной отсыпкой пионерных насыпей 7 и 8 формируют дополнительный лог 9, после этого также поочередной отсыпкой пионерной насыпью 10 участка 11 лога 6, пионерными насыпями 12 и 13 дополнительного лога 14 и пионерной насыпью 15 участка 16 лога 6 формируют лог 6 в сочетании с формированием примыкающих к нему дополнительных логов 9 и 14. При этом для сокращения расстояния транспортирования пород в пионерные насыпи 12, 13 и 15 отсыпают соединительную пионерную насыпь 17.

Объем пионерных насыпей, обеспечивающий получение экономического эффекта по сравнению с существующими способами, выразится исходя из неравенства:
У≅П + П₁, (1)
где У убыток от остыпки пионерных насыпей 4, 7, 8, 12, 13, 15, 17 по сравнению с засыпкой их участков по известному способу, руб.

y=lVγC_т+З, (2)
где l приращение средневзвешенного расстояния транспортирования пород в пионерные насыпи 4, 7, 8, 12, 13, 15 с учетом соединительной насыпи 17 по сравнению с отсыпкой пород в их контурах по известному способу, км;
V объем описанных пионерных насыпей, м³;
γ и C_т соответственно плотность пород и себестоимость их транспортирования, кН/м³ и руб/кН•м;
З убытки от стесненности работ на пионерных насыпях, руб.

П уменьшение затрат на транспортирование пород за счет использования будущих дополнительных съездов, руб.

П=l₁•V₁•γ•C_т-З₁, (3)
где l₁ и V₁ соответственно величина уменьшения средневзвешенного расстояния и объем отсыпки опережающей насыпи вне показанных пионерных насыпей и дополнительных съездов, км и м³;
З₁ затраты на формирование дополнительных съездов, руб;
П₁ сокращение затрат на транспортирование пород при засыпке дополнительных логов относительно транспортирования пород в их контуры по известному способу, руб;
П₁=l₂•V₂•γ•C_т, (4)
где l₂ и V₂ соответственно величина уменьшения средневзвешенного расстояния и объемы засыпки дополнительных логов формируемой и предыдущей опережающих насыпей, км и м³.

Совместное решение (1), (2), (3) и (4) дает выражение для определения экономически целесообразного в конкретных условиях объема пионерных насыпей:

Например, в принятых до 1990 г. сопоставимых с литературными данными условиях, при высоте отвала 10 м, угле естественного откоса β и плотности g пород соответственно 35^o и 19 кН/м³, себестоимости транспортировки пород автосамосвалами С_т 0,0215 руб/кН•км и их перемещения бульдозерами 0,3923 руб/кН. км при ширине принятых пионерных насыпей 18 и длине 0,9 км их объм составляет 290800 м³, l 0,27 км; V₂ 48000 м³, объем сформированной в проектных контурах опережающей насыпи составляет 880000 м³, поэтому V₁ 88000 - 48000 290800 541200 м³, l₁ 0,17 км, l₂ 0,085 км, З 632 руб; З₁ 1746 руб, по выражению (5) получим:

убеждаемся, что V 290800 м³ <352021 м³, поэтому принятое расположение и параметры пионерной насыпи обеспечивают получение экономического эффекта при внедрении способа в производство.

Выражение (5) является необходимым условием выполнения способа. В случае, если бы принятые объемы пионерной насыпи превышали величину, полученную в правой части выражения (5), это означало бы убыточность способа при предусматриваемом расположении и параметрах пионерной насыпи и их потребовалось бы изменить в проекте до тех пор, пока перерасчет не показал бы соответствие объемов пионерных насыпей выражению (5).

После этого в логу 6 формируют съезд 8 и в дополнительных логах 9 и 14 формируют его ответвления (дополнительные съезды) 19 и 20 (фиг. 2). Затем с транспортированием пород от контура 21 карьеры по ответвлениям 10 и 20 съезда 18 завершают формирование опережающей насыпи 22 путем засыпки заштрихованных участков (фиг. 2) в показанных стрелками направлениях 23, поперек опережающей насыпи 22 (отсыпка пород поперечными участками) с ее рабочей площадки 24. В процессе этого в направлениях 25 отсыпают новые пионерные насыпи 26 будущей опережающей насыпи, и с транспортированием пород по съезду 18 и его ответвлению 19, и по рабочей площадке 24 насыпи 22 в направлениях 27 засыпают часть съезда 18 в площади "abca", затем с транспортированием пород по съезду 18 и ответвлению 20, и по площадке 24 в направлениях 28 засыпают ответвление 19 съезда 18 в площади "cdec" и его часть в площади "acefma" (фиг. 3). Аналогично изложенному в логу 29, между опережающей насыпью 22 и будущей насыпью 30 формируют новый съезд 31, и с транспортировкой пород по нему и по рабочей площадке 24 в направлении 32 засыпают ответвление 20 съезда 18 и его оставшуюся часть в площади "gfmnokg".

Таким образом, съезд 18 и его ответвления 19 и 20 засыпают с использованием самих ответвлений 19 и 20 и нового съезда 31 участками в последовательности от дальнего "abca" к более близкому "cdec", затем "acfma", "gfkg" и к ближнему "fkonmf" относительно контура 21 карьера. Наряду с этим формируют ответвления 33 и 34 съезда 31, и операции повторяют согласно описанному.

Преимущества и технический эффект от предложенного способа заключаются:
1) в удешевлении отвалообразования за счет:
формирования ответвления 19 и 20 съезда 18, обеспечивающих: а) увеличение объемов пород, отсыпаемых в опережающую насыпь 22 поперечными участками в общем направлении от карьера; б) сокращение расстояния транспортировки пород по рабочей площадке 24 насыпи 22 в обратном направлении к карьеру; в) сокращение расстояния транспортировки пород для формирования нового съезда 31 и его ответвлений 33 и 34;
заблаговременного (опережающего) формирования пионерных насыпей 4, 7, 8, 12, 13, 15, 17, 26 единичным оборудованием, без помех и его простоев;
2) в повышении эффективности и безопасности производства работ посредством:
рассредоточения грузопотоков по съезду 18 и его ответвлениям 19 и 20 (также 31, 33, 34 и др.), обеспечивающего:
а) возможность высокоскоростного однополосного движения автосамосвалов в отдельном грузовом и порожняковом направлениях;
б) выезд автосамосвалов от карьера 21 на различные разгрузочные площадки опережающем насыпи 22 (30 и др.);
увеличения длины фронта отсыпки пород созданием пионерных насыпей в контурах 3 формируемой 22 и будущей 30 опережающих насыпей, обеспечивающих:
а) повышение производительности работ за счет бесперебойной работы (без помех) автосамосвалов и бульдозеров при высокой скорости их движения;
б) деконцентрацию оборудования и недопущение аварийных ситуаций на разгрузочных площадках опережающих насыпей 22 и 30;
3) последовательности засыпки участками в направлении от дальнего к ближнему относительно контура 21 карьера лога 6 съезда 18 и логов 9 и 14 его ответвлений 19 и 20 с использованием последних и нового съезда 31, обеспечивающей:
а) сокращение расстояния транспортирования по сравнению с транспортированием по съезду 31 согласно прототипу:
по ответвлению 19 при засыпке участка "abca";
по ответвлению 20 при засыпке участка "dcamfed";
по направлению 32 при засыпке участка "gfkg";
б) деконцентрацию, снижение простоев из-за помех, безопасность эксплуатации на больших скоростях и высокую производительность горно-транспортного оборудования (например, автосамосвалов, бульдозеров, скреперов, погрузчиков и др.) за счет:
отсыпки пород с разгрузочных площадок поперек логов 6, 9 и 14 и вдоль них, по линиям "cb", "ba", "da", "am", "dm", "ef", "gm", "gk", "ko" и "mn", т.е. за счет значительного удлинения фронта работ;
формирования откосов фронта работ в "зажатой среде", т.е. производства работ на вогнутых в плане, с небольшим радиусом кривизны, участках насыпи 22 с откосами повышенной устойчивости, обеспечивающей отсыпку пород из автосамосвалов непосредственно под откосы и, соответственно, уменьшение объемов бульдозерных работ по сталкиванию пород в логи и планировке рабочих площадок.

Использование: при открытой разработке полезных ископаемых для отвалообразования и при засыпке территорий промышленного и гражданского строительства. Сущность изобретения: в основу изобретения положена задача повышения эффективности и безопасности отвалообразования за счет увеличения объемов отсыпки пород в направлении от карьера и рассредоточения работ во времени и пространстве. Задача решена тем, что опережающую насыпь начинают формировать пионерными насыпями по контурам съезда и его ответвлений и завершают формирование поперечными участками, а съезд и его ответвления засыпают участками от дальнего к ближнему относительно карьера. Приведена аналитическая зависимость определения объема пионерной насыпи. 3 ил.

Способ формирования отвала, включающий транспортирование пород по съездам на рабочую площадку отвала, отсыпку их с разгрузочной площадки, формирование на основании отвала опережающих смежных насыпей до проектных контуров и съездов между ними, отличающийся тем, что опережающую насыпь начинают формировать пионерными насыпями по контурам будущего съезда и его ответвлений с отсыпкой соединительной насыпи, объем которых определяют по выражению

где V объем пионерных насыпей, м³;
l₁ и V₁ соответственно величина уменьшения средневзвешенного расстояния и объем отсыпки опережающей насыпи вне пионерных насыпей и дополнительных съездов, км и м³;
l приращение средневзвешенного расстояния транспортирования пород в пионерные насыпи по сравнению с отсыпкой пород в их контурах по известному способу, км;
l₂ и V₂ соответственно величина уменьшения средневзвешенного расстояния и объемы засыпки дополнительных логов формируемой и предыдущей опережающих насыпей, км и м³;
З и З₁ соответственно убытки от стесненности работ на пионерных насыпях и затраты на формирование дополнительных съездов, руб;
γ и C_т соответственно, плотность и себестоимость транспортирования пород, кН/м³ и руб/кН,км,
и с транспортированием пород по ответвлениям съезда завершают формирование опережающей насыпи поперечными участками и отсыпают новые пионерные насыпи, а съезд и его ответвления засыпают с использованием ответвлений и нового съезда участками от дальнего к ближнему относительно карьера.