Способ отвалообразования Советский патент 1992 года по МПК E21C41/32 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при сооружении отвалов на основаниях с локальными водоемами, предварительное осушение которых невозможно.

Известен способ складирования во внешний конвейерный отвал с предотва- лом, отсыпаемом на слабом основании. При этом предотвал сооружают из тех же пород вскрыши, что и отвал, а а основание отвала укладывают дренажную подушку толщиной 1,5-2,0 м из крупнозернистого песка, гравия или щебня. Дренажную подушку пригружают предотвэлом высотой не менее 5 м с опережением относительно нижнего яруса, равным удвоенной ширине заходки.

Предотвал при таком опережений отвала сооружают дополнительным технологическим оборудованием, что приводит к увеличению затрат.

Известен также способ сооружения отвала на слабом основании, согласно которому на слабое основание предварительно укладывают предотвал из песка, гравия или щебня. Перед отсыпкой фильтрующего предотвала в грунтах слабого основания могут быть выполнены дренажные канавы, которые также заполняют дренажным материалом. Отвальные породы нижнего яруса укладывают на фильтрующий слой при высоте, исключающей деформацию грунтов слабого основания. Высота яруса

VJ

О

сл со

определяется расчетом по условию исключения его деформаций.

Недостатком этого способа является то, что предотвал сооружается значительно выше отметки основания отвала (на 5-6 м). Предотвал согласно предлагаемому спосо- бу ёооружают высотой не более 0,5 м. Пред- отвал при этом способе тоже сооружают дополнительным оборудованием Упомянутые недостатки приводят к увеличению суммарных затрат на отвалообразование и подготовку слабого основания отвала.

Наиболее б низким к предлагаемому является способ сооружения отвала на слабом основании, согласно которому в пойменной части отвальной площади у границы горного отвода проходят траншею (вдоль отвального фронта) шириной 60-70 м на всю мощность слабых отложений (0-6 м). В траншею укладывают песок. Высота уложенной в траншею дренажной подушки на 1,5-2 м должна превышать уровень земной поверхности для предупреждения увлажнения отсыпаемых на песчаную подушку пород отвала за счет капиллярного поднятия воды, а также подтапливания пород отвала в паводковый период. От дренажной подушки перпендикулярно ее контуру проходят через 30-50 м канавы примыкающие с одной стороны к дренажной подушке, а с другой к внешнему контуру гидроотвала.

Недостатком этого способа является большой объем работ по подготовке слабых участков основания в связи с тем, что дренажная подушка сооружается (по прототипу) на всей площади слабого основания, а не на ее отдельных обводненных участках.

Кроме того, подготовку слабого основания производят другим (дополнительным) оборудованием, что также удорожает отвальные работы. Такой способ не может быть использован для складирования гли- имстых пород, склонных к набуханию на основание из плотных суглинков или глин с локальными водоемами, так как он не обеспечивает результативного оттока воды из искусственного основания при формировании последующих заходок многоярусного отвала как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. В результате этого при сооружении высокого отвала вода под давлением отвальных ярусов будет подыматься по порам песка вверх и увлажнять тинистые породы нижнего отвального яруса, которые в условиях увлажнения будут терять свои прочностные свойства. Для современных высоких отвалов мощность защитного слоя из песка 1,5-2 м выше уровня основания явно недостаточная, а увеличение мощности песчаного защитного слоя приведет к сильному удорожанию отвальных работ.

Целью изобретения является снижение

затрат на отвалообразование при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу отвалообразования, включа0 ющему отсыпку дренажных пород в предотвал вперед по направлению отсыпки отвала, планировку его поверхности, устройство дренажных канав, отсыпку ярусов отвала выше поверхности основания, ниж5 ний ярус отвала отсыпают на минимально безопасном расстоянии от водоема, затем перемещают отвалообразователь вперед по направлению отсыпки предотвала, отсыпаемого в водоем, шириной, обеспечивающей

0 устойчивое состояние пород отвала. После чего формируют предотвал выше отметки уровня воды в водоеме. На его поверхности устраивают дренажные канавки с уклоном от средины к периферии, укладывают в них

5 дренажные трубы, покрывают поверхность предотвала водонепроницаемым слоем, а затем отсыпают блок отвальной заходки по нижнему ярусу, равной ширине бермы на предотвале. После чего операции повторя0 ют до полного заполнения водоема дренирующей породой.

При этом величина опережения предотвала при подходе к водоему и при его засыпке песком определяется из выражения

5 b 02.

где bi - минимальное безопасное расстояние фронта отвальной заходки нижнего яруса до края водоема, обеспечивающее устойчивое состояние нижнего яруса отвала

0 при приближении фронта отвальной эаход- ки к водоему, м;

Ь2 - минимальная ширина опережающего предотвала, обеспечивающая устойчивое состояние нижнего яруса отвала в

5 период размещения предотвала и его основания в водоеме, м.

Поставленная цель достигается также тем, что согласно изобретению дренажные канавки и трубы, укладываемые в них для

0 Оттока воды из основания отвала и предотвала под действием сжимающей нагрузки, наращивают в период отсыпки последующих эаходок.

До настоящего времени неизвестна

5 операция сооружения основания отвала и предотвала отвалообразователем в процессе отсыпки отвала на участках с локальными водоемами.

На поверхности устанавливают дренаж- ные канавки с уклоном от средину к периферии, укладывают в них дренажные трубы, покрывают поверхность предотвала водонепроницаемым слоем, что гарантирует (при минимальном превышении предотвала над уровнем воды в водоеме, равном 0,5 м) надежную гидроизоляцию его от пород нижнего яруса отвала, склонных при увлажнении к резкой потере прочностных свойств. Наличие водонепроницаемого слоя, например полиэтиленовой пленки, способст вует более быстрому осушению ос- нования предотвала и самого предотвала, чем при замене водонепроницаемого слоя мощным слоем предотвала (как это предусмотрено в прототипе). Это явление объясняется тем, что вода, насыщая песчаное основание предотвала и сам предотвал, зажатая в сравнительно небольшом объеме, между дном водоема и водонепроницаемым слоем, не может проникнуть в поры нижнего яруса отвала и под давлением мае- сы отвала (сверху) уходит в дренажные трубы предотвала. Мощность предотвала не превышает 0,5 м, а уклон труб 2-3 %. При 50 % пористости песков, соответствующей полному влагонасыщению песчаного за- полнения водоема, будет выдавлено 50 % объема воды в водоеме. Из оставшегося 50 % объема воды в порах песка под давлением нагрузки со стороны отвала (сверху) будет осушено с помощью горизонтального дренажа 30 %. Таким образом, ожидаемая остаточная влажность песка в засыпанном водоеме не превысит 20 %, что соответствует его естественной влажности в уплотненном состоянии.

На фиг. 1 изображена схема производства отвальных работ при сооружении нижнего яруса отвала на основании с локальными водоемами, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - пояоже- ние нижнего яруса отвала перед началом сооружения основания под предотвал и самого предотвала.

Предложенный способ состоит их технологических операций, выполняемых в следующей последовательности,

Отвалообразователем Т с отвальной 2 и приемной 3 стрелами, соединенным конвейером 4 приемной стрелы 3 и отвальным конвейером 5 формируют нижний ярус отва- ла 6 с нижней отсыпкой на основание из плотных суглинков или глин 7 до тех пор, пока между нижней бровкой нижнего яруса отвала 6 и водоемом 8 не установится минимальное безопасное расстояние Ь. После этого отвалообразователь 1 холостым ходом переводят вперед по ходу на расстояние, равное двум интервалам Ь, и производят отсыпку из песка основания

предотвала 9 (подводная часть) на интервал Ь до тех пор, пока не будет сооружен сам предотвал (наводная часть) 10. Затем отва- лообраэователь 1 холостым ходом переводят в обратном направлении на интервал Ь и. поворачивая отвальную стрелу 2 в сторону приемной стрелы 3 до установления между ними минимального угла сближения, в этом положении отсыпают штабели 11 по- чвообразующей породы на поверхности отвала сзади по ходу отвалообразователя 1. В этот же период на поверхности предотвала 10 проводят канавки (не показаны) и в них укладывают с наклоном 2-3 % от средины к периферии предотвала 10 перфорированные дренажные трубы 12, поверхность первого блока предотвала 10 шириной Ь покрывают водонепроницаемым слоем 13, например полиэтиленовой пленкой. Вслед за этим формируют первый начальный блок отвальной заходки шириной Ь. Далее цикл операций по формированию основания предотвэла 9. самого предотвала 10 и нижнего яруса отвала 6 продолжают в том же порядке до полного заполнения водоема песком выше уровня на величину Ah и формирования на его поверхности нижнего яруса отвала 6 при опережении предотвала, равном

b MaKcfbi, 02}. м.

Ah 0,5 м принято по условиям расположения горизонтальных дренажных труб.

Для условий складирования в нижний ярус отвала набухающих при увлажнении юрских глин на конвейерном отвале № 9 Михайловского ГОКа КМ А на основание, представленное из плотных суглинков с локально расположенными водоемами, высота нижнего яруса отвала составляет hH 20 м; угол внутреннего трения юрских глин р - 18-20°; угол их естественного откоса / 30°: угол внутреннего трения песков основания предотвала и самого предотвала соответственно равным рпа 19° и рпн - 24°; величина сцепления юрских глин С 0,05 МПа. а коэффициент запаса устойчивости отвала равен К 1,2.

Для упомянутых исходных данных из условий устойчивости отвала

bt 2 -ha - 0,09-hB2 + he3. м, (1) где he - максимальная глубина водоема, м; Ь2 0 18(hH - Л h) -ctg (45° - 0,5 -р™), м (2)

где Ah- высота предотеала над уровнем воды в водоеме, м

Ширина же рабочего перехода отвало- образователя из условий формирования блока отвальной заходки с-одного стояния составляет

Kpp Псм С-Т Тдм

Кор-Ш-hM

м

(3)

где К0р, Кр - коэффициенты остаточного разрыхления породы в отвале и разрыхления породы на конвейерной ленте;

псм - коэффициент использования смены отвалообразователем;

Qr- теоретическая производительность отвалообразователя, м3/ч;

Тем - продолжительность рабочей смены;

Ш - ширина отвальной заходки, м.

Ш - R + е - 0.5В0 - С, м;(4)

R - Ic-cos Ос, м,(5)

где R - максимальный радиус разгрузки отвалообразователя, м; .

е - дальность горизонтального заброса породы с конца отвальной стрелы отвалообразователя;

В0 - ширина хода отвалообразовате- ля, м;

- С - берма безопасности (расстояние от хода отвалообразователя до верхней бровки, отсыпаемого яруса), м;

1С - длина отвальной стрелы отвалообразователя, м;

Ос угол наклона отвальной стрелы к горизонту, градус.

.(Vo.sfnQc +

П

+ VvFsSn2 Ос + 2 -q(Hp - Ь8Я). м , (6)

где Vo - скорость перемещения породы по ленте отвальной стрелы отвалообраэовате- ля, м/с;

q - ускорение земного тяготения, q « -9,81 м/с;

Нр - максимальная высота разгрузки отвалообразователя, м;

Ьвя - высота верхнего яруса, м (лвя Р).

При использовании в работе отвалообразователя A2Rs В 8800 -110, работающего на Михайловском ГОКе, Ic 110 м; Во -24,2 м; С - 4 м; V0 - 6 м/с; Ос - 15°; Нр - 3S м; Кор - 1,05; Кр - 1,5; псм - 0,6; Qr - 8800 м3/ч; Тем - 8; Нв - 8 м; Ah- 0,5 м; е - 11 м; Ш- - 90м.

По формулам (1), (2) и (3) соответственно bi - 12 м; Ь2 - 5 м; Ьз - 16,5 м; b - мвкс 12; 5 -12м.

Ширину шага перемещения отвалообразователя при отсыпке его на суглинистом (прочном) и на обводненном (слабом) основаниях принимают равной 16,5 м.

Подсчитать экономическую эффективность предлагаемого способа отвалообра- зования в сравнении с прототипом обычным расчетом невозможно, поскольку условия применения сравниваемых способов совершенно различные по прочностным свойствам основания и характеру изменения его в пределах площади отвального отвода. Но если несколько абстрагироваться от условий применения данных способов и считать,

что при складировании на слабое основание по прототипу потребуется для отсыпки отвала сооружать предотвал из песка высотой 5 м и такая мощность предотвала обеспечивает полную гарантию от проникновения влаги в тело отвала, сложенного глинистыми породами, склонными к набуханию при увлажнении, а также предположить, что затраты на сооружение 1 м3 предотвала и его основания по изобретению и прототипу

будут одинаковыми, то можно определить экономический эффект предложенного способа.

Удельный средний расход песка, приходящийся на 1 м2 основания, составляет; по

прототипу Vn - 5 м3/м2, по изобретению

VH - tyio (Vt + V2).

где J/по - 0,25 - часть площади отвального отвода занимаемой водоемами;

Vi, Va -удельный средний расход песка основания предотвала на 1 м водоема по изобретению, то же по предотвалу прототипа.

Vi - 7 м3/м2; V2 0,5 м3/м2: VM - 0.25 (7 + 0,5) - 1,875 м3/м2.

Площадь отвальных заходок, отсыпае- мых в течение года одним отвалообразователем AaRs -В-8800-110, равна

8и

Qr

X

160850 м2

где Qr - годовая производительность отвалообразователя (в плотном теле), м /г.

Экономия эксплуатационных расходов за счет уменьшения объема работ по сооружению предотвала и его основания по изо- бретению в сравнении с прототипом составит

3-SM-(Vn-VM)-y-U-Ce-160850 -3,125 -1,8-7.5 -0,12- 814303 руб/год,

«%

где у 1,8 - объемная масса песка, т/м , Le 7,5i - дальность транспортирования песка автотранспортом, км; Са 0,12 - стоимость транспортирования песка эвтоса- мосвалами БелАЗ-548, руб/т-км.

Применение предложенного способа дает значительный экономический эффект,, так как VM Vn. Если Уи Vn, то выходит, что экономического эффекта нет.

В процессе отвалообразования появляется возможность доставки на поверхность нижнего яруса отвала основным отвальным оборудованием (конвейеры и отвалообразователь) необходимого количества почвообразующих пород, используемых в дальнейшем для рекультивации отвала.

Формула изобретения 1. Способ отвалообразования, включающий отсыпку дренажных пород в пред отвал на его ширину вперед и по направлению отсыпки отвала, планировку его поверхности, устройство дренажных канав, отсыпку ярусов отвала выше уровня воды, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на отвалообразование при отсыпке

пород отвалообразователем в водоем и увеличения приемной способности отвала при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал, нижний ярус отвала отсыпают на минимальном безопасном расстоянии от водоема, перемещают отва- лоообразователь вперед по направлению отсыпки предотвала, отсыпаемого в водоем, шириной, обеспечивающей устойчивое со-,

стояние пород отвала, поверхность пред- отвала формируют выше отметки уровня воды, на его поверхности устраивают дренажные канавки с уклоном от середины к периферии, укладывают в них дренажные

трубы, покрывают поверхность предотвала водонепроницаемым слоем, а затем отсыпают блок отвальной заходки по нижнему ярусу шириной, равной ширине бермы на предотвале, после чего операции повторяются до полного заполнения водоема дренажной породой.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем. что поверхность предотвала покрывают полиэтиленовой пленкой.

3. Способ поп. 1,отличающийся тем, что дренажные канавы по мере отсыпки блоков породы наращивают.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при сооружении отвалов на основаниях с локальными водоемами, предварительное отсутствие которых невозможно. Цель изобретения - снижение затрат на отвалообра 2 зование при отсыпке пород отвалообразо- взтелем в водоем и увеличение приемной способности отвала при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал. Отсыпку пород ведут ярусами. Нижний ярус отвала отсыпают на минимально безопасном расстоянии от водоема. Перемещают отвалообразователь вперед по направлению отсыпки. Отсыпают в водоем предотвал шириной, обеспечивающей устойчивое состояние пород отвала. Поверхность предотвала формируют выше отметки уровня воды, на его поверхности формируют дренажные канавки с уклоном к периферии, в которые укладывают дренажные трубы. Покрывают поверхность предотвала водонепроницаемом слоем. Затем отсыпают отводную зэходку блоком шириной, рэв-j ной ширине бермы на предотвале. после чего повторяют операции до полного заполнения водоема породой. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

ФИТ. 1

in

9Ц

О)

М

о

Г

В