Способ укрепления бермы уступа Российский патент 2023 года по МПК E21C41/26 E02D17/20 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на открытых горных работах для формирования уступов и борта карьера в конечном контуре в условиях скальных и полускальных пород.

Известен способ формирования уступов на карьере (см. SU 1459319 А1, 10.04.2000, E21С 41/26), включающий бурение рядов вертикальных скважин с вышележащего на нижележащий уступ вдоль его верхней бровки с созданием относительно бровки нижележащего уступа перебура в первом ряду скважин со стороны откоса указанного уступа, размещение демпфирующего материала на забое скважин с последующим взрыванием зарядов. С целью повышения устойчивости формируемых уступов за счет предохранения от разрушения взрывом бермы и откоса нижележащего уступа формирование нижележащего уступа над верхней бровкой нижележащего уступа бурят без перебура ряд скважин, демпфирующий материал размещают в скважинах указанного ряда, а величину перебура в первом ряду скважин определяют из формулы, учитывающей расстояние между скважинами в ряду, расстояние между рядами скважин и угол внутреннего трения породы.

Недостатком известного способа является то, что решение снижает, но не устраняет образование трещин и микротрещин в приконтурном массиве от ударного воздействия взрыва, которое в условиях сезонных осадков, выветривания и процессов промерзания-протаивания воды в трещинах приводит к постепенному разрушению пород поверхности и сработке верхней бровки уступа. Указанный порядок выполнения взрывных работ без перебура в скальных породах приведет к тому, что отстроенная поверхность бермы не будет соответствовать проектным параметрам.

Известен способ защиты бермы уступа от взрыва путем бурения и взрывания скважин с недобуром (см. SU 800368 А1, 02.02.1981, E21С41/00), включающий бурение экранирующих и эксплуатационных скважин, в котором последние скважины бурят с недобуром до поверхности бермы, равным радиусу зоны пластических деформаций пород. После взрывания невзорванную над бермой породу рыхлят, например, бульдозером-рыхлителем, и зачищают берму до проектной отметки.

Недостатком известного технического решения является непригодность рыхлителя для разрушения массива из твердых скальных пород и, как следствие, техническая невыполнимость операции зачистки бермы от недовзорванных пород известными навесными рыхлителями бульдозера. Способ не предотвращает выветривание и денудацию поверхности бермы при длительной эксплуатации карьера, что приводит к уменьшению ширины бермы уступа со временем.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ укрепления уступа (см. SU 1343940, 10.09.1999, E21С41/26), включающий выемку пород и поэтапное укрепление уступа сваями по всей его высоте. При этом вначале производят выемку пород ослабленной зоны с образованием выработанного пространства в верхней части формируемого уступа и после укрепления сваями выработанного пространства заполняют последнее армированным твердеющим материалом с формированием монолитной плиты, которую опирают на ненарушенные породы с перекрытием ослабленной зоны.

Недостатком известного способа является технологическая сложность, трудоемкость возведения свайного укрепления на всю высоту уступа и не пригодность его для постановки высокого уступа в конечное положение. Ограниченная область применения данного способа обусловлена необходимостью укрепления геологических неоднородностей локальных участков борта карьера для дополнительной добычи руды.

Задачей настоящего изобретения является повышения устойчивости уступа на карьерах при постановке его в конечное положение.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в снижении объемов вскрышных работ за счет формирования более крутого и устойчивого угла борта карьера.

Для решения поставленной задачи способ укрепления бермы уступа, включающий выемку пород ослабленной зоны в верхней части уступа, укрепление уступа путем заполнения выработанного пространства твердеющим материалом, отличается тем, что с целью повышения устойчивости уступа на карьерах при постановке его в конечное положение выемку слоя ослабленных взрывом пород и планировку бермы производят фрезерованием, затем раздробленные породы разделяют по крупности на мелкую и крупную фракции, мелкую фракцию смешивают с вяжущим и затворяют для получения твердеющего раствора, крупную фракцию вместе с твердеющим раствором укладывают на подготовленную площадку уступа с формированием слоя защитного покрытия бермы.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:

- увеличение производительности и снижение трудоемкости работ по укреплению бермы уступа за счет использования пород, подлежащих к вывозу из карьера и складированию в отвал, в качестве мелкого и крупного заполнителя бетона на месте их добычи, исключая процессы добычи, подготовки и доставки строительного материала извне карьера;

- увеличение срока длительности безопасной эксплуатации уступа путем выведения остаточных трещин взрыва на берме и возведения прочного трещиностойкого гидроизоляционного покрытия на ее поверхности по площади, которое устраняет фактор разрушающего воздействия выветривания, осадков и мерзлотной денудации породного массива;

- повышение запаса прочности уступа путем выведения дефекты уступа (трещины и местные каверны от взрывной отбойки), создания механически прочной несущей конструкционной плиты, равномерно распределяющей нагрузку по всей площади бермы и опирающейся на монолитную скалу.

Заявленный способ укрепления бермы уступа осуществляется следующим образом.

После отбойки и отгрузки пород вышележащего уступа на берме, подлежащего к погашению уступа, производят выемку слоя ослабленных взрывом пород в верхней части уступа. Выемку и планировку бермы производят фрезерованием, предпочтительно, карьерными добычными комбайнами с барабанной фрезой. Отбитые от массива и раздробленные фрезой породы разделяют по крупности на мелкую и крупную фракции, предпочтительно, грохочением. При этом мелкую фракцию перемешивают с вяжущим, например, цементом, в пропорции, необходимой для получения качества бетона. Полученную сухую смесь при использовании затворяют для получения твердеющего раствора, например, водой. Укрепление бермы уступа производят путем заполнения выработанного пространства твердеющим материалом. Для этого крупную фракцию вместе с твердеющим раствором укладывают на подготовленную площадку уступа. После набора прочности бетона на площадке уступа формируется защитный слой, выполняющий функции прочного, твердого и гидроизолирующего покрытия бермы.

Пример реализации способа. Рассмотрим задачу укрепления бермы высокого уступа на глубоком карьере по разработке коренного месторождения алмазов в условиях Крайнего Севера. Высота нерабочего уступа в конечном положении по проекту составляет 45-60 метров при угле откоса 75-80°, а ширина предохранительной бермы - 17-20 метров. Породный массив представлен плотным доломитом, известняком и другими крепкими скальными породами с показателем крепости 6-8 по шкале Протодьяконова М.М. Обнаженная поверхность бермы постоянно подвергается интенсивному воздействию суровых климатических условий и техногенных факторов, которые сопровождаются осадками, температурными перепадами и термомеханическими процессами от циклического промерзания-протаивания приконтурного породного массива. Увлажнение, миграция и фильтрация воды вдоль трещиноватого слоя в сторону откоса вызывает эрозию поверхности массива в летнее время, образованию наледей зимой, которые в свою очередь способствует заколообразованию и деградации поверхности откоса, ухудшают параметры и разрушают целостность нанесенных защитных покрытий уступа изнутри. В целом, эта зона остаточной трещиноватости от взрывных работ у контура поверхности бермы несравнимо в большей степени подвержена перечисленным факторам, постепенно разрушается и со временем приводит к полной сработке верхней бровки и аварийному состоянию уступа.

Возведение защитного покрытия на берме производят до уборки развала пород предыдущей заходки для обеспечения безопасной работы техники на верхней бровке укрепляемого уступа. Предварительно исследуют степень нарушенности массива от последствий взрывных работ, произведенных на верхнем уступе, и определяют оптимальную глубину выемки слоя ослабленных пород на укрепляемой площадке. Рыхление и уборку ослабленных пород производят продольными ходами добычного комбайна послойным фрезерованием пород до необходимой глубины. В качестве добычного комбайна могут использоваться, например, карьерные комбайны серии Wirtgen Surface Miner, Vermeer Terrain Leveller, Тесмек Rock Hawg и Trencor Surface Miner, а также другие фрезерные комбайны подобного типа, известные специалистам в данной области техники.

Обнаженную и очищенную берму обследуют на предмет наличия естественных геологических нарушений массива, таких как разломы, трещины, неоднородности и наносят на карту опасных зон для учета в системе геомеханического контроля. Отбитые от массива и раздробленные фрезой породы разделяют по крупности на мелкую и крупную фракции на установках грохочения или сортировки, предпочтительно мобильного или передвижного варианта. Для выбора оптимального соотношения и крупности фракций исходный продукт добытого камня анализируют на гранулометрический состав и определяют необходимые пропорции компонентов заполнителя. Максимальную крупность выхода куска регулируют подбором расположения резцов на барабане, глубиной резания, а также для получения нужного фракционного состава используют дробильно-сортировочную установку для последующего додрабливания и грохочения.

Выделенную мелкую фракцию камня смешивают с цементом в нужной пропорции и добавляют воду для получения раствора. В качестве вяжущего возможно также использование известковых растворов из местных материалов, удовлетворяющих требуемым показателям к материалу защитного покрытия. Перед укладкой в раствор добавляют крупную фракцию в соответствии составу требуемой пропорции. Также допускается вариант, при котором может быть использован вариант армированного бетонного покрытия.

Укрепление бермы уступа производят путем заполнения выработанного пространства твердеющим материалом до проектной отметки предпочтительно на всей площади уступа с требуемыми продольными, поперечными уклонами и с обустройством водоотводящих канав. По истечению срока набора прочности твердеющего материала формируется защитный слой на уступе, выполняющий функции прочного, твердого и гидроизолирующего покрытия со стороны бермы.

Предложенный способ укрепления бермы уступа обеспечивает устойчивость высокого уступа на глубоких карьерах при постановке его в конечное положение, обеспечивая безопасность ведения горных работ, а также снижает объем вскрышных работ за счет более крутого угла борта карьера.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на открытых горных работах для формирования уступов и борта карьера в конечном контуре в условиях скальных и полускальных пород. Технический результат: снижение объемов вскрышных работ за счет формирования более крутого и устойчивого угла борта карьера, обеспечение безопасности ведения горных работ. Способ укрепления бермы уступа включает выемку пород ослабленной зоны в верхней части уступа, укрепление уступа путем заполнения выработанного пространства твердеющим материалом, при этом выемку слоя ослабленных взрывом пород и планировку бермы производят фрезерованием, затем раздробленные породы разделяют по крупности на мелкую и крупную фракции, мелкую фракцию смешивают с вяжущим и затворяют для получения твердеющего раствора, крупную фракцию вместе с твердеющим раствором укладывают на подготовленную площадку уступа с формированием слоя защитного покрытия бермы.

Способ укрепления бермы уступа, включающий выемку пород ослабленной зоны в верхней части уступа, укрепление уступа путем заполнения выработанного пространства твердеющим материалом, отличающийся тем, что выемку слоя ослабленных взрывом пород и планировку бермы производят фрезерованием, раздробленные породы разделяют на мелкую и крупную фракции, полученную мелкую фракцию смешивают с вяжущим и затворяют для получения твердеющего раствора, крупную фракцию вместе с твердеющим раствором укладывают на подготовленную площадку уступа с формированием слоя защитного покрытия бермы.