Способ отвалообразования

)11 13 А ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательский институт по проблемам Курской магнитной аномалии им. Л.Д, Шевякова(72) К,Д,Тимотиевич, В,И,Титовский, . М,А.Дергилев, Б.А.Храмцов и В;И.Минеев (56) Авторское свидетельство СССР М 1507972, кл, Е 21 С 41/00, 1987.Крячко О,Ю, Управление отвалами открытых горных работ. - М,: Недра, 1980, с, 186-192.(54) СПОСОБ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ (57) 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 отвалообраИзобретение 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 предотвалом, отсыпаемом на слабом основании, При этом предотвал сооружают из тех же пород вскрыши, что и отвал, а в основание отвала укладывают дренажную "подушку" толщиной 1,5-2,0 м изкрупнозернистого песка, гравия или щебня, Дренажную "подушку" пригружают предотвалом высотой не менее 5 м с опережением относительно нижнего яруса, равным удвоенной ширине заходки. ЕТЕНИЯйй зование при отсыпке пород отвалообразователем в водоем и увеличение приемной способности отвала при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал, Отсыпку пород ведут ярусами, Нижний ярус отвала отсыпает на минимально безопасном расстоянии от водоема, Перемещают отвалообразователь вперед по направлению отсыпки. Отсыпает в водоем предотвэл шириной, обеспечивающей устойчивое состояние пород отвала, Поверх;ность предотвэлэ формируют выше отмегки уровня воды, на его поверхности формируют дренажные канавки с уклоном к периферии, в которые укладывают дренажные трубы, Покрывают поверхность предотвала водонепроницэем,м слоем, Затем отсыпа- Я ют отводную зэходку блоком шириной, рэв., ной ширине бермы на предотвале, после чего повторяют операции до полного заполнения водоема породой, 2 з.п.ф-лы, 3 ил. Предотвал при таком опережении 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 заполняет дренажным материалом, Отвальные породы нижнего яруса укладывают на фильтрующий слой при высоте, исключающей деформацию грунтов слабого основания. Высота яруса20 отвала ээ счет капиллярного поднятия воды, 25а также подтэпливания пород отвала в па 30 40 45 50 55 определяется расчетом по условию исключения его дефо)маций,Недостатком этого способа является то, что предотвал сооружается значительно выше отметки основания отвала (на 5-6 м). Предотвал согласно предлагаемому способусооружают высотой не более 0,5 м. Предотвэл при зтом 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 отвалаиа 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 отсыпэемых на песчаную "подушку" пород водковый период, От дренажной "подушки" перпендикулярно ее контуру проходят череэ 30 - 50 м канавы примыкающие с одной стороны к дренажной "подушке", а с другойк внешнему контуру гидроотвала,Недостатком этого способа являетсябольшой объем работ по подготовке слабых участков основания в связи с тем, что дренажная "подушка" сооружается (по прототипу) на всей площади слабого основания, э не на ее отдельных обводнейных участках.Кроме того, подготовку слабого основания производят другим (дополнительным) оборудованием, что также удорожает отвальйые работы. Такой способ не может быть использован для складирования глинистых пород, склонных к набуханию на основание иэ плотных суглинков или глин с локальными водоемами, так как он ие обеспечивэет результативного оттока воды из искусственного основания при формироваиии последующих звходок многоярусного отвавэ как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, В результате этого при сооружении высокого отвала вода под давлением отвальных ярусов будет подымэться по порам песка вверх и увлажнять глмиистые породы нижнего отвального ярусэ, которые в условиях увлажнения будут терять свои прочностные свойства. Для современных высоких отвалов мощность защитного слоя из песка 1,5-2 и выше уровня основания явно недостаточная, а увеличе 5 10 15 ние мощности песчаного защитного слояприведет к сильному удорожанию отвальных работ.Целью изобретения является снижениезатрат нэ отвалообразование при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал,Указанная цель достигается тем, что согласно способу отвалообраэовэния, включающему отсыпку дренажных пород впредотвал вперед по направлению отсыпкиотвала, планировку его поверхности, устройство дренажных канав, отсыпку ярусовотвала выше поверхности основания. нижний ярус отвала отсыпают иа минимальнобезопасном расстоянии от водоема, затемперемещают отвалообраэовэтель вперед понаправлению отсыпки предотвала, отсыпаемого в водоем, шириной, обеспечивающейустойчивое состояние пород отвала, Послечего формируют предотвал выше отметкиуровня воды в водоеме, На его поверхностиустраивают дренажные канавки с уклономот средины к периферии, укладывают в нихдренажные трубы, покрывают поверхностьпредотвала водонепроницаемым слоем, азатем отсыпают блок отвальной заходки понижнему ярусу, равной ширине бермы напредотвале. После чего операции повторяют до полного заполнения водоема дренирующей породой.При этом величина опережения предотвала при подходе к водоему и при его засыпке песком определяется иэ выраженияЬ - максЬ 1; Ь 2,где Ь 1 - минимальное безопасное расстояние фронта отвальной эаходки нижнего яру- .са до края водоема, обеспечивающееустойчивое состояние нижнего яруса отвалапри приближении фронта отвальной эаходки к водоему, м;Ь 2 - минимальная ширина опережающего предотвала, обеспечивающая устойчивое состояние нижнего яруса отвала впериод размещения предотеэла и его основания в водоеме, м,Поставленная цель достигается такжетем, что согласно изобретению дренажныеканавки и трубы, укладываемые в них дляОттока воды из основания отвала и предотвала под действием сжимающей нагрузки,наращивают в период отсыпки последующих эаходокДо настоящего времени неизвестнаоперация сооружения основания отвала ипредотвала отвалообразователем в процессе отсыпки отвала на участках с локальнымиводоемами,Нй поверхности устанавливаютдренажные канавки с уклоном от средины к периферии, укладывают в них дренажные трубы, покрывают поверхность предотвала водонепроницаемым слоем, что гарантирует (при минимальном превышении предотвэла 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, способствует более быстрому осушению основания 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 обьеме, между дном водоема и водонепроницаемым слоем, не может проникнуть в поры нижнего яруса отвала и под давлением массы отвала (сверху) уходит в дренажные трубы нредотвала, Мощность предотвала не превышает 0,5 м, а уклон труб 2 - 3 . При 50пористости песков, соответствующей полному влагонасыщению песчаного за.полнения водоема, будет выдавлено 50объема воды в водоеме. Из оставшегося 50объема 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 непревысит 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 - положение нижнего яруса отвала перед началом сооружения основания под предотвал и самого предотвзла,Предложенный способ состоит их технологических операций, выполняемых в следующей последовательности,Отвалообразователем 1 с отвальной 2 и приемной 3 стрелами, соединенным конвейером 4 приемной стрелы 3 и отвальным конвейером 5 формируют нижний ярус отвала 6 с нижней отсыпкой нз 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 отвэлообразователь 1 холостым ходом переводят вперед по ходу на расстояние, равное двум интервалам Ь, и производят отсыпку из песка основанияких глин С = 0,05 МПа, з коэффициент запаса устойчивости отвала равен К = 1,2,Для упомянутых исходных данных иэ условий устойчивости отвалаЬ 1 = 2 Ьн - 0,09 Ьв + 310 Ьв . м, (1) 50 где Лв - максимальная глубина водоема, м; Ь 2 = 0,18(Ьн - Л Ь).ст 9 (45 - 0,5 ров), м (2) 55 где Л Ь - высота предотезлз над уровнемводы в водоеме, м. предотвэлэ 9 (подводная часть) нэ интервал Ь до тех пор, пока не будет сооружен сам предотвал (наводнэя часть) 10. Затем отвалообрээовэтель 1 холостым ходом переводят в обратном направлении на интервал Ь 5 и. поворачивая отвальную стрелу 2 в сторону приемной стрелы 3 до установления между ними минимального угла сближения, в этом положении отсыпают штабели 11 почвообразующей породы на поверхности от вала сзади по ходу отвалообразователя 1. Вэтот же период на поверхности предотвалз 10 проводят канавки (не показаны) и в них укладывают с наклоном 2 - 3от средины к периферии предотвала 10 перфорировзн ные дренажные трубы 12, поверхность первого блока предотвала 10 шириной Ь покрывают водонепроницаемым слоем 13, например полиэтиленовой пленкой. Вслед за этим формируют первый начальный блок 20 отвальной заходки шириной Ь. Далее циклопераций по формированию основания предотвзлз 9. самого предотвалз 1 О и нижнего яруса отвала 6 продолжают в том же порядке до полного заполнения водоема пе ском выше уровня на величину ЬЬ и формирования нз его поверхности нижнего яруса отвала 6 при опережении предотвала, равномЬ макс Ь 1, Ь 2). м30 ЛЬ - 0,5 м принято по условиям расположения горизонтальных дренажных труб.Для условий складирования в нижнийярус отвала набухающих при увлажнении 35 юрских глин на конвейерном отвале ЬЬ УМихайловского ГОКа КМА на основание.представленное из плотных суглинков с локально расположенными водоемами, высота нижнего яруса отвала составляет 40 Ь = 20 м; угол внутреннего трения юрскихглин р 1 = 18-20 О; угол их естественного откоса ф= 30 О: угол внутреннего трения песков основания предотвзлз и езмого предотвала соответственно равным р = 45 =19 О и рн = 24 О; величина сцепления юрс(3) Ьз Кор 1 Крхления ироды на к т 1 см - коотвалооб аточного раэ разрыхлени где ры 1ьзования сменот дительно алообраз Тсм - пр боче ки,м чивает полную гарантию от проникновеО ния влаги в тело отвала, сложенного глинистыми породами, склонными к набуха нию при увлажнении, а также предположить м; (4)нтального забросй стрелы отвалообтвалообразоватети (расстояние от до верхней бров 0 Чи по релы отвалообрагде дно "0,25 - часть площади от5 отвода занимаемой водоемами;Ч 1, Ч 2 - удельный средний 2 оасхоснования предотвала на 1 м воизобретению, то же по предотвалу твальной стрелы песка ма по ототим+ породы по браэоватетения, цпаезовауса, м (Ьвя 9) боте отвалооб О, работающем; Во 15 о; Нр 35 м Ог" 8800 м /ч, ;ем; Ш довооруизо- пом Ь 1- 5" Ширина же рабочего перехода отвалообразователя из условий формирования блока отвальной заходки с.одного стояния составляет коэффициенты ост ороды в отвале и онвейерной ленте эффициент испол разователем;Ог теоретическая произвователя,м/ч; одолжительность Ш - ширина отвальной за Ш - й+ е,5 Во - СЙ - 1 с соэ ас, м,где Й - максимальныйотвалообразователя, м;е - дальность горизпороды с конца отвальноразователя;Во - ширина хода оля,м;, 1 с-.длина отвальнойзователя,м;ас - угол наклона огоризонту, градус.Ч сЖасЧгде Чо - скорость перемещенияленте отвальной стрелы отвалооля, м/с;ц - ускорение земного тяго-9,81 м/с;Нр - максимальная высота рээгрузкотвалообразователя, м;Ь - высота верхнего ярПри использовании в раразователя А 2 йэ В 8800 11го наМихайловском ГОКе, 1 с-24,2 м; См;Чом/с; асКор,05; Кр,5; псмф 0,6;Тсм 8 Ьв 8 м; ЬЬ 05 м90 м. формулам (1), (2) и (3) соответствен м; Ь 2 5 м; Ьз 16,5 м; Ь макс 1 м. 5 10 15 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 отвалообразования 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 обесп что затраты на сооружение 1 м предотвала его основания по изобретению и прототипу будут одинаковыми, то можно определить экономический эффект предложенного способа.Удельный средний расход песка, прихоийся на 1 и основания, составляет; по2р отипу Чп - 5 м /м, по изобретению2(Ч 1 + Ч 2),Ч 17 м/м; Ч 2 = 0,5 м /м 2Чи - 0,25 (7 + 0,5) - 1,875 м /м 2.Площадь отвальных заходок, отсмых в течение года одним отвалообрателем А 2 йв В 8800 110, равнаЗи" - 160850 мОггде Ог - годовая проиэводительносзтьлообразователя (в плотном теле), м /гЗкономия эксплуатационных расхза счет уменьшения объема работ по сжению предотвалэ и его основания побретению в сравнении с прототсоставит3 - Ъ (Ч . Ч ) у 1 С160850 3,125 1,8 7,5 0,12щ 814303 руб/год,где у,8 - объемная масса песка, т/м;- 7,5 - дальность транспортирования песка автотранспортом, км; Са - 0,12 - стоимость транспортирования песка автосамосвалами БелА 3-548, руб/т км,Применение предложенного способа дает значительный экономический эффект, так как ЧиЧл. Если Чи = Чп, 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 изобретейия 1. Способ отвалообразования, включающий отсыпку дренажных пород в предотвал на его ширину вперед и по направлению отсыпки отвала, планировку его поверхности, устройство дренажных канав, отсыпку ярусов отвала выще уровня воды, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения затрат на отвалообраэование при отсыпке пород отвалообразователем в водоем и увеличения приемной способности отвала при обеспечении устойчивости глинистых пород, отсыпаемых в отвал, нижний ярус отва ла отсыпают на минимальном безопасномрасстоянии от водоема, перемещают отвалоообраэователь вперед по направлению отсыпки предотвала, отсыпаемого в водоем, шириной, обеспечивающей устойчивое со-, 10 стояние пород отвала, поверхность предотвала формируют выше отметки уровня воды, на его поверхности устраивают дренажные канавки с уклоном от середины к периферии, укладывают в них дренажные 15 трубы, покрывают поверхность предотвала водонепроницаемым слоем, а затем отсыпают блок отвальной эаходки по нижнему ярусу шириной, равной ширине бермы на предотвале, после чего операции повторя ются до полного заполнения водоема дренажной породой.2. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что поверхность предотвала покрывают полиэтиленовой пленкой.25 3, Способпоп,1,отличающийсятем, что дренажные канавы по мере отсыпки блоков породы наращивают.1749458Составитель К. Тимотиевичктор А. Мотыль Техред М,Моргентал Корректор Т, Пал Заказ 2575Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035; Москва, Ж, Раушская наб., 4/5одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101