Способ возведения ограждающих дамб хвостохранилищ на внутренних отвалах горизонтальных месторождений Советский патент 1986 года по МПК E21C41/00 E02D17/18 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Цель изобретения - сокращение объема транспортных расходов и экономия трудовых ресурсов.

На фиг. 1 показана общая схема строительства хвостохранилища; на фиг. 2--12-- последовательность отсыпки внутреннего отвала и возведения дамб на нем; на фиг. 13- схема отсыпки дамбы; на фиг. 14 - схема конкретного выполнения способа.

Передовой вскрыщной уступ горизонтального месторождения отрабатывается роторным экскаватором 1. Забойным конвейером 2 вскрышные породы доставляются через наклонный конвейер 3 на магистральный конвейер 4, а затем через перегружатель 5 - на отвальный конвейер 6 и отвалообразователем 7 укладываются в отвал. Ширина отвальной заходки равна ширине вскрышной заходки. Выездная тран- щея 8, предназначенная для транспортирования добытого полезного ископаемого, уменьшает размеры хвостохралилища по ширине.

Первая карта чаши хвостохранилиша создается путем возведения дамб обвалования и отсечных дамб. При этом отвало- образователь из положения i производит складирование вскрышных пород нижней отсыпкой вдоль фронта отвальных работ до положения II

Затем производят передвижку отвального конвейера и перегружателя в положение III-IV. При этом отвалообразова- тель остается за отвальным конвейером и начинает отсыпать часть дамбы 9 обвалования, поворачивая отвальную консоль от конвейера в сторону, противоположную направлению фронта отвальных работ.

Далее отвалообразователь отсыпает отсечную дамбу 10 и часть дамбы 11 обвалования и перегоняется относительно конвейера через проход шириной k между нижней бровкой дамбы 11 обвалования и отвальным конвейером.

После этого отвалообразователь нижней отсыпкой формирует часть основания хвостохранилища под дамбу 11 обвалования, затем верхней отсыпкой удлиняет дамбу 11 и, перемещаясь из положения IV в положение III, продолжает формировать основание хвостохранилища на щирину заходки.

После установки перегружателя в положение, соответствующее положению отвального конвейера V-VII, одновременно с передвижкой последнего отвалообразователь подключается непосредственно к перегружателю и отсыпает участок М дамбы обвалования, формирование которого было невозможно из-за размещения на нем перегружателя при положении конвейера III - IV. Этот участок невозмодно отсыпать также

5

0

5

0

0

5

0

5

через конвейер в положении V-VI из-за недостаточных линейных параметров отвало- образователя. После установки отвального конвейера в положение V-VI отвалообразователь соединяется с ним и через конвейер заканчивает формирование дамбы обвалования, обеспечивая безопасное расстояние между перегружателем и нижней бровкой дамбы.

В дальнейшем стрела отвалообразова- теля разворачивается в сторону перемещения фронта отвальных работ и нижней отсыпкой формирует основание хвостохранилища.

При достижении положения VI производится передвижка отвального конвейера и перегружателя в положение VII-VIII.

Последующее формирование отвала и дабм хвостохранилиш.а производится ана- .логично выщеизложенному.

Для со.здания замкнутой емкости (карты) необходимо сформировать отсечную плотину, отсыпка которой производится следующим образом.

Отвалообразователь удлиняет дамбу 11 обвалования на величину /, равную разности шага передвижки отвального конвейера и расстояния, необходимого для дальнейшего прохода отвалообразователя между конвейером и нижней бровкой дамбы 11. После этого отвалообразователь, перемещаясь в положение VIII, отсыпает новую заходку, формируя основание хвостохранилища. При достижении отвалообразователем положения VIII отвальный конвейер переносится на щаг передвижки, Отвалообразователь при этом остается на месте. Затем он подключается к отвальному конвейеру, из положения IX удлиняет дамбу обвалования и начинает формировать отсечную дамбу 12. Перемещаясь в положение X, отвалообразователь, заканчивая формирование дамбы 12, образует карту хвостохранилища.

Хвостохранилище возводят последовательными зонами, включающими работы по формированию оснований и участков дамб.

Разделение возведения хвостохранилища на зоны при его строительстве вызвано жесткой связью подвигания отвального и вскрышного фронтов работ, обусловленной применением технологического оборудования непрерывного действия, использование которого делает нецелесообразным раздельное ведение формирования оснований хвостохранилища и возведения дамб.

Работы первой зоны возведения хвостохранилища заканчиванэтся после формирования отвалообразователем части дамбы 11. Вторая зона ограничивается окончанием формирования дамбы 9. Работы второй зоны повторяются при последующих заходках до достижения необходимой длины карты. Последняя зона завершается формированием отсечной дамбы 12.

Заданную форму и параметры дамб получают путем отсыпки их последовательными вертикальными слоями при дискретном движении отвалообразователя в диапазоне скоростей, обратно пропорциональных высоте дамб V f (Я).

Для получения заданной форма сечения дамбы отвалообразователь отсыпает участок 13 на полную высоту 14 дамбы Яд. При этом образуется первоначальная часть дамбы сечением 15. Исходя из физико- механических св.ойств строительного материала, для обеспечения устойчивости дамб заложения верхового и низового откосов соответственно равны 1:2 и 1:3. В данном случае угол естественного откоса соответствует углу заложения верхового откоса.

Для получения необходимого угла заложения низового откоса отвалообразователь перемещает консоль на расстояние 16, равное 2Нд-4- Шв, где Шв - ширина 16 дамбы поверху, и отсыпает участок 17 на высоту 18, равную Нд/2, сечением 19.

Далее консоль отвалообразователя перемещается на расстояние, равное 2Нд-Шв, и отсыпает участок 20 дамбы сечением 21 до отметки, соответствующей высоте дамбы.

Между высотой дамбы Яд и скоростью перемещения консоли отвалообразователя Vn существует функциональная зависимость

УОчас. ,

S

где фчае.- часовая производительность отвалообразователя, S - площадь сечения, м. Участки 13, 17 и 20 имеют одинаковую длину и отсыпаются последователь

ными конусами соответственно со скоростя

ми перемещения консоли отвалообразователя, V. V2, УЗ. При этом время их отсыпки составляет соответственно ti. t2, ta.

Схема использования сооружаемых в процессе производства отвальных работ карт хвостохранилища предусматривает трехлетний цикл: заполнение карты хвостами, консолидация пород в теле дамб и основании II карты, строительство III карты.

Отработку месторождения и строительство хвостохранилища производят одновре- менно. При этом дамбы возводят неразрывно с процессом отвалообразования. Укладка пород в основание хвостохранилища производится последовательными конусами с высоты разгрузки 30-35 м. Вскрыщне породы горизонтальных месторождений пред- ставлены, в основном, суглинками и разновидностями глин. При складировании пород с такой высоты происходит их частичное самоуплотнение, которое составляет 22% от первоначального объемного веса породы в разрыхленном состоянии. По истечении одного года породы, уложенные в основание хвостохранилища и дамбы, уплотня

5

5

0

д

5 0

5

ются еще на 50-70%, а после трехлетнего периода их уплотнение составляет 90%.

Поскольку в результате консолидации высота дамб уменьщается, в процессе их строительства предусмотрено превышение высоты дамбы, учитвающее величину осадки. Высота отсыпаемой дамбы определяется из выражения

Нд Н д-f ДН, м

где Н х - высота дамбы после консолидации пород, м;

ДН-превышение проектной высоты, учитывающее осадку пород в отвале, м.

Таким образом, плотность пород в теле дамбы и основании хвостохранилища по истечении трехлетнего периода консолидации пород в отвале удовлетворяет требованиям по устойчивости и противофильтра- ционным свойствам, предъявляемым к данному {слассу гидротехнических сооружений.

Пример. Месторождение имеет пласт полезного ископаемого мощностью 2 м и наносы мощностью 65 м. Наносы, представленные суглинками и глинами, разрабатывают одновременно тремя уступами: верхним, средним и нижним. Верхний вскрыщной уступ мощностью 20 м отрабатывают роторным экскаватором 22 (ЭРШР 1600X40/7). Вскрышные породы транспортируют конвейерами 23-25 и через перегружатель 26 (ПГ 5000/60) поступают на отвальный конвейер 27, а затем укладывают отвало- образователем 28 (ОШР 5000/95) в отвал.

Средний вскрышной уступ мощностью 15 м отрабатывают роторным комплексом в составе экскватора 29 с системой ленточных конвейеров (ЭР-1250) и отвалообразователя 30 (ОШР 4500/90).

Нижний вскрышной уступ мощностью 30 м отрабатывают по бестранспортной системе с использованием экскаватора 31 (ЭШ-15/90).

Одновременно пласт полезного ископаемого мощностью 2 м отрабатывают экскаватором 32 (ЭКГ-4,6) с погрузкой в автотранспорт.

Рассмотрим работу верхнего вскрыщ- ного комплекса, который предлагается использовать для возведения хвостохранилища. Организация работ производится следующим образом.

Роторный экскаватор 22 отрабатывает верхний вскрышной уступ высотой 20 м. Ширина вскрышной заходки 70 м, длина фронта отвальных работ 2000 м. Годовое подвигание фронта горных работ 140 м. Таким образом, роторный экскаватор выполняет две вскрышные за.ходки в год. Объем горной массы за этот период составляет 5,6 млн. м.

Для размещения годового выхода хвостов необходима емкость 1,5 млн. м. Исходя из

трехлетнего периода заполнения одной карты хвостохранилища, ее объем составляет 4,5 млн.м, а длина при годовом про- двигании фронта горных работ 140 м составляет 420 м. Ширина карты с учетом коэффициента использования площадей от- валов составляет 1500 м. Тогда необходимая высота дамбы для размещения в одной карте трехлетнего объема хвостов составляет 7 м. С учетом осадки тела дамбы и необходимого превышения гребня над уров- нем зашламования высота дамбы равна 9 м. Для обеспечения условий безопасности по устойчивости и противофильтрацион- ным свойствам при возведении дамб заложение верхового откоса принимается равным 1:2, а низового - 1:3. Тогда площадь сечения дамб при ширине поверху 6 м составляет 256 м , а объем дамб при периметре одной карты 3840 м - 980 тыс. м .

Объем вскрышных пород, укладываемых в основание хвостохранилища нижней отсыпкой, равен разности общего трехлетнего объема пород (16,8 мл.м) и объема дамб (0,98 млн.м) и составляет 15,82 млн.м Тогда высота основания хвостохранилиша составляет 25 м.

Для формирования основания хвостохранилища отвалообразователь располагается согласно фиг. 2. При этом ширина отвальной заходки равна 70 м, а длина фронта отвальных работ 1500 м.

По достижении отвалообразователем положения II производят передвижку отвального конвейера на 70 м в положение III- IV. Отвалообразователь остается на месте. Расстояние от оси движения отвалообразо- вателя до конвейера, исходя из длины его приемной консоли, составляет 54 м.

Подключившись к конвейеру, расположенному в 79 м от верхней бровки основания хвостохранилии1,а, что соответствует разности суммы линейных параметров прием- ной и отвальной консолей отвалообразова- теля 149 м и ширины заходки, отвалообразователь начинает отсыпать дамбу 9 высотой 9 м. При этом безопасное расстояние от нижней бровки дамбы до оси конвейера составляет 5 м. Затем отвальная кон- соль перемещается в сторону, противоположную направлению фронта отвальных работ.

Для получения заданной формы сечения дамбы отвалообразователь отсыпает участок 13 длиной 10 м на полную высоту 14 дамбы, равную 9 м. При этом образуется первоначальная часть дамбы сечением 15, равным 162 м. Исходя из физико-механических свойств строительного материала для обеспечения устойчивого состояния дамб, заложения низового и верхового откосов соответственно равны 1:3 и 1:2. В данном случае угол естественного откоса 28° соответствует углу заложения верхового откоса. Для. получения необходимого угла заложения низового откоса отвалообразователь перемещает консоль на 18 м и отсыпает участок 17 длиной 10 м на высоту 4,5 м сечением 30 м. Далее консоль отвалообра- зователя перемещается на расстояние 12 м и отсыпает часть 20 дамбы длиной 10 м сечением 64 м до отметки, соответствующей высоте дамбы. Так как между высотой дамбы Яд и скоростью перемещения консоли отвалообразователя У„ существует функциональная зависимость, причем часовая производительность отвалообразователя 28 равна дчас. 1600 MV4, то участки 13, 17 и 20 отсыпаются со скоростями Vi 9,87; V2 53; УЗ 25 м/ч, при этом время отсыпки этих

участков находят из выражения , и

оно составляет ,01; ,2 t3 0,4 ч, где Lj, длина отсыпаемого участка, м; Vif - скорость отсыпки участков, м/ч.

Длину отсыпанного участка дамбы 9 определяют из выражения

Е, Шн4- P-f Rnp., м, где Шн - ширина дамбы понизу, IUii 51 м;

Шн ЗНд + Шл + 2Нд м;

Нд - высота дамбы, Нд 9 м;

Шп - щирина дамбы поверху, 6 м;

Р - безопасное расстояние от нижней бровки откоса дамбы до оси движения отвалообразователя, Р 15 м;

Rnp. - принятое расстояние между осями отвалообразователя и,отвального конвейера, Rnp. 48 м; Rnp. 0,9Кпр.макс.;

Riip.MaKc. - максимальная длина приемной консоли отвалообразователя, Rnp.MaKc. 54 м.

Тогда 1 114м.

После отсыпки участка дамбы 9 отвалообразователь формирует отсечную дамбу 10 высотой 9 м и длиной 2 1500 м. Параметры дамбы 10 и 9 аналогичны.

В положении IV отвалообразователь отсыпает дамбу 11. Ее длина меньше длины дамбы 9 на величину k, равную 25 м, и составляет з 90 м. Таким образом, создается проход между нижней бровкой дамбы 11 и осью отвального конвейера в положении III-IV. На этом завершается фор.миро- вание первой зоны карты хвостохранилища. После этого отвалообразователь начинает отсыпать нижней отсыпкой новую отвальную заходку шириной 70 м, формируя основание хвостохранилища. С этого же положения верхней отсыпкой отвалообразователь формирует дамбу 11, удлиняя ее на величину Е4, равную

Ц fe-f- Rnp.макс.-)- RoTB.MaKC. g, М.

где k - Проход между нижней бровкой дамбы 11 и отвальным конвейером, fe 25 м;

Ноте макс-максимальная длина отвальной консоли, RorB.MaKc. 95 м;

g - безопасное расстояние от нижней бровки дамбы 11 до основания хвос- тохранилища, g 6 м.

Тогда 4 168 м.

По достижении положения III отвало- образователь остается на месте, а перегружатель перемещается в положение, соответствующее положению отвального конвейера V-VI. Одновременно с передвижкой отвального конвейера отвалообразователь подключается к перегружателю и отсыпает часть участка fs дамбы 9 длиной 40 м.

Величина отсыпаемого участка длиной 40 м обусловлена тем, что его формирование при работе отвалообразователя через конвейер в положении V-VI невозможно из-за его недостаточных линейных параметров.

После установки конвейера в положение V-VI отвалообразователь перемещается и соединяется с конвейером.

Из этого положения через конвейер он отсыпает вторую часть участка ES дамбы 9 длиной 30 м, оставляя безопасное расстояние между нижней бровкой дамбы 9 и конвейером 5 м. Таким образом, дамба 9 увеличена на 70 м, что обусловливает завер- щение формирования первой части второй зо- ны карты хвостохранилища.

Далее выполняют три аналогичных цикла перемещения отвалообразователя, каждый из которых включает нижнюю отсыпку отвальной заходки по формированию основания хвостохранилища и удлинение дамб 9 и 11 на 70 м за цикл.

По достижении положения отвального конвейера V-VI отвалообразователь из положения V отсыпает очередную отвальную заходку щириной 70 м до положе

ния VI. Затем передвигают отвальный конвейер в положение VII-VIII, и отсыпают дамбу 11 длиной 45 м. Уменьщение длины отсыпки дамбы 11 обеспечивает после передвижки конвейера в положение IX-X создание прохода для отвалообразователя между нижней бровкой дамбы 11 и конвейером шириной k, равной 25 м.

Далее отвалообразователь, перемещаясь из положения VII в положение VIII, отсыпает новую отвальную заходку. По достижении положения VIII отвальный конвейер и перегружатель передвигают в положение IX-X, отвалообразователь остается на месте, подключается к отвальному конвейеру и удлиняет дамбу 9 на величину 1б, равную

и 2Шз, м,

где Шз - щирина заходки при формировании основания хвостохранилища, Шз 70 м.

Тогда Еб 140 м.

По заверщении формирования дамбы 9 отвалообразователь начинает отсыпать отсечную дамбу 12 длиной 1500 м, гребень которой находится на удалении z от оси отвального конвейера

2 Нпр,махс.1 R°., М,

где ROTB. - расстояние от оси движения отвалообразователя до середины гребня дамбы, обеспечивающее получение необходимой длины карты, Rot6 82 м. Тогда Z 136 м.

На этом заверщается формирование третьей зоны карты хвостохранилища. Таким образом, создается карта с линейными параметрами 1500Х 420 м, полезной емкостью 4,5 млн.м.

5

4

Риг. 2

Фиг. 4

11

w

0иг.5

Ч

/J I . /

W

/

/

/

10

9 5 7 L

9иг.6

/7

в 7

Фи.г.7

11

/

Направление фронта

отвальных 10

10

./ 5/Е

Фиг. 8

11

/

5 Фиг.10

У

I i и I М

Фиг.11

/

11

1

Фиг. 12

/7. ., ,5,5 Л

95иг. /J

30

рLL

зг

25

28

27

23

-Э

I , I I I . I. I ,J , I I I , I . I , M , I, I, LM

2S

фуг.; 25

2ii

Составитель В. Тычина

Редактор И. РыбченкоТехред И. ВересКорректор Т, Колб

Заказ 5202/28Тираж 470Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4