Раздел 5. Отвалообразование при разработке карьеров

 

Тема 5.1. Устройство отвалов и расчет их приемной способности

 

Отвалообразование – это совокупность процессов горного производства по приему и размещению вскрышных пород. Оно включает: разгрузку и укладку пород в отвале, планировку отвальных уступов и перемещение транспортных коммуникаций. В зависимости от месторасположения различают: внутренние (в выработанном пространстве карьера), внешние ( за контуром карьера) и комбинированные отвалы. Для образования внешних отвалов используют склоны возвышенностей, овраги, рвы, выработанное пространство других карьеров Возведение отвала на косогоре начинают с создания горизонтальной площадки для размещения транспортных коммуникаций.

При возведении отвала на равнине сооружают первоначальную насыпь, а ширина поверху составляет 5 – 10 м для нормального размещения транспортных коммуникаций: отсыпку отвалов ведут в один или несколько уступов-ярусов. Высота уступа зависит от горно-технологических свойств пород, несущей способности основания и способа механизации отвальных работ. На устойчивых грунтах основания наибольшая высота уступа на равнине составляет: при отсыпке скальной вскрыши – 30 – 60 м, рыхлых песчаных пород – 15 – 30 м, рыхлых глинистых грунтов – 10 – 20 м. На косогоре высота отвала может составлять 150 – 270 м. Увеличение высоты уступа способствует снижению себестоимости отвалообразования. Углы откоса отвальных уступов практически равны углу естественного откоса размещаемых в отвале пород.

Площадь равнинной местности необходимая для размещения вскрышной породы определяется по формуле:

 

 

где - объем породы, который можно разместить на данной площади, м³;

- коэффициент, учитывающий неравномерность отсыпки породы в отвал, равный 0,8 – 0,9;

Р₀ - периметр основания отвала, м;

- высота отвального уступа, м;

- угол откоса отвала, градусы;

- коэффициент разрыхления породы в отвале, равный 1,1 – 1,2.

Часть периметра отвала, на котором происходит прием и размещение вскрышных пород, составляет фронт отвальных работ, который разбивают на отдельные участки (тупики). Это позволяет рассредоточить по фронту основные и вспомогательные работы. Число тупиков определяется грузооборотом карьера по вскрыше и приемной способностью отвального тупика.

 

Тема 5.2. Экскаваторное отвалообразование

 

Экскаваторное отвалообразование применяется в основном при железнодорожном транспорте вскрышной породы. В качестве отвального оборудования используют мехлопаты и драглайны. При использовании мехлопат отвальный уступ разделяют на два подуступа. Транспортные пути располагают на кровле верхнего подуступа, а мехлопату – на кровле нижнего (рис. 5.1).

 

Рис. 5.1. Отвалообразование мехлопатой

 

Разгрузку породы из думпкаров ведут в бункер-приямок, создаваемый экскаватором. Его ширина равна 16 – 20 м, а глубина 1 – 2 м. Длина отвального тупика 1 – 2 км. Экскаватор перемещает породу из приемного бункера вперед по ходу в нижний подуступ, сбоку под откос отвала и сзади себя в верхний подуступ. Затем осуществляют перегон экскаватора, переукладку пути на величину « С» и начинают отсыпку новой заходки. Шаг переукладки пути составит:

 

 

где R_p – максимальный радиус разгрузки экскаватора, м;

R_ч - максимальный радиус черпания экскаватора, м;

- длина приемного бункера, м.

Планировку трассы на экскаваторных отвалах ведут бульдозерами, а переукладку путей стреловыми кранами на рельсовом или гусеничном ходу, а также с помощью турнодойзера.

Частота переукладки путей может быть значительно снижена при использовании на отвалообразовании драглайнов (рис. 5.2.). Ширина отвальной заходки для экскаваторов ЭШ-10/70, ЭШ-13/50, ЭШ-15/90 может достигать 90-162 м. Недостатки применения драглайнов это меньшая по сравнению с мехлопатами производительность и зависимость от погодных условий.

 

 

Рис. 5.2. Схема отвалообразования с использованием драглайна

 

Драглайны на отвалах целесообразно применять для складирования мягких и мелкораздробленных полускальных и скальных пород.

 

Тема 5.3. Бульдозерное и скреперное отвалообразование

 

Бульдозерные работы на отвалах могут проводиться в двух случаях: при транспортировании вскрышной породы автосамосвалами и железнодорожным транспортом. В первом случае процесс отвалообразования включает разгрузку автосамосвалов на верхней площадке отвального уступа, перемещение пород под откос уступа, планировку поверхности отвала, ремонт и содержание автодорог.

Разгрузка автосамосвалов на отвале может производиться прямо под откос или по всей площади отвала. После разгрузки поверхность отвала планируется бульдозером, после чего отсыпается следующий слой. При разгрузке под откос для безопасности у верхней бровки уступа отвала устанавливают упоры для задних колес или отсыпают вал породы высотой 0,5-0,8 м и шириной 2,0 – 2,5, а сама поверхность отвала должна иметь уклон 4 – 5^о в сторону центра отвала.

Бульдозерный отвал обычно состоит из трех участков равной длины по фронту разгрузки ( рис. 5.3).

На первом участке ведется разгрузка, на втором – планировочные работы, третий участок – резервный. По мере развития горных работ назначение участков меняется. Длина фронта разгрузки L_ф.р. (м ) составит:

 

L_ф.р. = N_a ,

 

где - ширина полосы по фронту, занимаемая автосамосвалом, равная 18-20 м;

N_a – число одновременно разгружающихся автосамосвалов:

 

 

где N_ч - число автосамосвалов, разгружающихся на отвале в течение часа;

t_р.м. – продолжительность разгрузки автосамосвала, равная 1,5 – 2,0 мин:

 

где П_к.ч. – часовая производительность карьера по вскрыше, м³:

k_нер. – коэффициент неравномерности работы карьера, равный 1,25 – 1,5;

V_в - объем вскрыши, перевозимый автосамосвалом за рейс, м³.

 

 

Рис. 5.3. Схема бульдозерного отвала: L_ф.о., L_ф.р. , L_ф.п. , L_ф.рез. – соответственно

Длина фронта отвала, разгрузки, планировки, резервного.

 

 

Длина отвального фронта L_ф.о. будет равна трем величинам фронта разгрузки L_p.

Рабочий парк бульдозеров составит:

 

где Т – продолжительность смены;

k_з - коэффициент заваленности отвала породой, равный 0,5 – 0,7.

При транспортировании вскрышной породы железнодорожным транспортом отвальный уступ разделяется на два подуступа. Порода разгружается на кровлю нижнего подуступа и бульдозерами перемещается к его откосу.

Отсыпка скреперных отвалов производится горизонтальными или наклонными слоями толщиной от 0,2 – 0,3 до 2 – 3 м. Разгрузка пород на наклонном прямом участке (уклон 10-20%) при максимальной толщине слоев и малой скорости движения скрепера позволяет сократить время разгрузки, избежать сталкивания породы под откос бульдозером и обеспечить устойчивость отвала. Арсентьевым А.И. предложены формулы по которым можно определить ширину В₀ и высоту Н₀ одностороннего отвала на борту карьера:

 

 

 

где L_ф – длина фронта вскрышных работ, м;

Н_у - высота уступа, м;

k_p - коэффициент разрыхления породы в отвале;

- соответственно уклон поверхности и почвы отвала;

- угол откоса отвала, град.

Вопрос использования скрепера на выемке и транспортировке на отвалы вскрышных пород изложен в разделе 3.3.1.

 

Л и т е р а т у р а

1. Ржевский, В.В. Процессы открытых горных работ / В.В. Ржевский. – 3-е изд. – М.: Недра, 1978. – 511 с.

2. Ржевский, В.В. Открытые горные работы / В.В. Ржевский. – М.: Недра, 1985. – Ч. 1: Производственные процессы. – 549 с.

3. Чирков, А.С. Добыча и переработка строительных горных пород / А.С. Чирков. – М.: МГГУ, 2001 – 622 с.

4. Хронин, В.В. Проектирование карьеров / В.В. Хронин. – М.: Недра, 1993 . – 256 с.

5.Оника, С.Г. Проектирование карьеров / С.Г. Оника. – Минск, Технопринт, 2003. – 153 с.

6. Халявкин, Ф.Г. Лабораторный практикум / Ф.Г. Халявкин. – Минск, БНТУ, 2008. – 53 с.

7. Халявкин, Ф.Г. Процессы открытых горных работ / Ф.Г. Халявкин. – Минск, БНТУ, 2008. – 55 с.

8. Нурок , Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ / Г.А. Нурок. – М. Недра, 1979. – 549 с.

9. Томаков, П.И., Наумов, И.К. Технология, механизация и организация открытых горных работ / П.И. Томаков, И.К. Наумов. – М. Недра, 1986. – 312 с.

 

Р Е Ц Е Н З И Я

на учебно-методический комплекс по учебной дисциплине

«Процессы открытых горных работ»

 

Национальной стратегией социально-экономического развития страны предусматривается непрерывное повышение эффективности и качества подготовки специалистов, в том числе и для горной промышленности, способных технически грамотно проводить разведочные работы, разрабатывать технические проекты и осуществлять добычу полезных ископаемых.

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Процессы открытых горных работ» позволит облегчить решение поставленной задачи. Он составлен в соответствии с типовой учебной программой по учебной дисциплине для специальности 1-51 02 01 «Разработка месторождений полезных ископаемых (по направлениям).

Комплекс содержит теоретический раздел и материалы для изучения данной дисциплины в объеме, установленном учебным планом по специальности и представлен конспектом лекций из пяти разделов и восемнадцати тем. В них изложены физико-технические свойства и характеристики горных пород, элементы и параметры карьера, процессы подготовки горных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, перемещение карьерных грузов и отвалообразование.

При создании комплекса использованы различные источники информации по горнодобывающей отрасли. Он широко иллюстрирован графическим и справочным материалом. Его издание в электронном виде позволит увеличить доступность, качество усвоения материала и эффективность изучения предмета.

Замечания по комплексу исправлены в рабочем порядке.

Все вышеизложенное позволяет рекомендовать учебно-методический комплекс по дисциплине «Процессы открытых горных работ» к электронному изданию.

 

 

Начальник отдела изысканий и

проектирования открытых горных

разработок РУП «БелНИИтоппроект» Тумашков В.А.