Спосіб відвалоутворення в режимі деформацій порід

Реферат: Спосіб відвалоутворення в режимі керованих деформацій порід включає відсипку відвального ярусу з опорним гребенем на загальну висоту, рівну 1,1-1,5 граничної висоти відкосу, фіксацію зсувних деформацій порід в зоні формування опорного гребеня; після відсипки ярусу на ширину відвальної заходки екскаватор переміщують на сплановану площадку в межах передового опорного гребеня і цикл відсипки повторюють; при цьому переміщення екскаватора на суміжну ділянку і подальшу відсипку чергової відвальної заходки виконують після появи заколів. Початковий цикл відсипки скельних порід одноярусного відвалу з тимчасовими опорними гребенем виконують в затоплений підземними водами відпрацьований глибокий кар'єр з крутими кутами нахилів бортів відвальної заходки шириною А1. UA 84929 U (12) UA 84929 U UA 84929 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої справи, зокрема для використання при внутрішньому відвалоутворенні в затоплених відпрацьованих глибоких кар'єрах. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним як прототип, є спосіб відвалоутворення в режимі деформації порід, котрий включає відсипання відвального ярусу з опорним гребенем на загальну висоту, рівну 1,1-1,5 граничної висоти відкосу, фіксацію зсувних деформацій порід в зоні формування опорного гребеня; після відсипання ярусу на ширину відвальної заходки екскаватор переміщують на сплановану площадку в межах передового опорного гребеня і цикл відсипання повторюють; при цьому переміщення екскаватора на суміжну дільницю і подальше відсипання наступної відвальної заходки виконуються після появи зсувних деформацій у вигляді заколів. Зсувові деформації пухких розкривних порід фіксуються в зоні формування опорного гребеня і сил активного тиску на призму зсуву свіжовідсипаного відкосу відвальної заходки. Переміщення екскаватора на спланований майданчик поверхні зсуву, утвореного від навантаження опорного гребеня, не забезпечуються необхідним нормативним запасом стійкості призми можливого зсуву, що частіше всього призводить до порушення безпеки проведення гірничих робіт при відвалоутворенні наступної відвальної заходки [Клюка Ф.И., Лахметкин В.К., Булгаков И.С. Горные роботы в карьере и их дальнейшее совершенствование // Горный журнал. - 1986. - №7. - С. 10-11]. Недоліками прототипу є: - відсипання опорного гребеня висотою, перевищуючою в 0,1-0,5 рази граничну висоту відвального ярусу, обмежує можливість використання існуючого гірничотранспортного обладнання при висоті відвального ярусу більше 100-300 м; - переміщення екскаватора на спланований майданчик в межах опорного гребеня не забезпечується нормативним коефіцієнтом запасу стійкості робочого відкосу свіжовідсипаної частини одноярусного відвалу, рівного 1,15, через можливість утворення призм зсуву під опорною базою екскаватора. Причинами, заважаючи отриманню технічного результату, прототипом заявленої корисної моделі, являється відсутність засобів по нормативному забезпеченню умов стійкості відвалу з опорною базою екскаватора, розташованою в призмі можливого зсуву. Подальше пересування фронту відвалоутворення стане неможливим через збільшення ширини призми фактичного зсуву на робочих перевантажувальних майданчиках з переміщенням існуючих типів гірничотранспортного обладнання. Вказані причини не забезпечують безпечність гірничих робіт при внутрішньому одноярусному відвалоутворенні в затоплений глибокий кар'єр. Задачею корисної моделі є удосконалення способу відвалоутворення в режимі деформації порід, в котрому шляхом визначення і формування ширини відвальних заходок з тимчасовим опорним гребенем, відвантажувальних в затоплений глибокий кар'єр, і безпечних кроків переносу трас руху екскаватора при переміщені фронту відвалоутворення, досягають підвищення безпеки гірничих робіт при одноярусному відвалоутворенні в затоплений глибокий кар'єр і за рахунок цього покращуються умови гірничотехнічної рекультивації земель, порушених відкритою розробкою корисних копалин. Технічним результатом від використання даної моделі є підвищення приймальної здатності відвальної заходки. Суттєві ознаки корисної моделі, котрі заявляються, наступні: - визначення безпечного положення траси руху екскаватора відносно верхніх брівок відпрацьованого затопленого глибокого кар'єру і відвальних заходок по умовам стійкості відкосів для встановлення ширини відвальної заходки; - відсипання відвальних заходок з максимальним радіусом розвантаження ковша екскаватора для установлення контурів призми фактичного зсуву і кроків переносу трас руху екскаватора при переміщені фронту відвалоутворення; - відсипання скельних порід одноярусного відвалу з тимчасово опорним гребенем в затоплений підземними водами глибокий кар'єр з крутими кутами нахилів його бортів для забезпечення умов безперешкодного кочення кусків скельних порід по поверхні уступів; - визначення ширини кроку переносу траси руху екскаватора при переміщені фронту відвалоутворення для забезпечення безпечної роботи гірничотранспортного обладнання в межах робочого перевантажувального майданчика. Новими суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є: - начальний цикл відсипання скельних порід одноярусного відвалу з тимчасовим опорним гребенем виконують в затоплений підземними водами відпрацьований глибокий кар'єр з крутими кутами нахилів бортів відвальної заходки шириною А1, визначеною з виразу: 1 UA 84929 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 А1=Rmax-(a0+R0)+hmax·ctg , (1) де Rmax - максимальний радіус розвантаження ковша екскаватора, м; a0 - ширина призми можливого зсуву відкосу, м; R0 - радіус бази (опори) екскаватора, м: Hmax - висота розвантаження ковша екскаватора, м;  - кут природного відкосу з кусків скельних порід, град.; - в процесі розміщення скельних порід в підтопленій відвальній заходці і завершення відсипання першого тимчасового опорного гребеня на його поверхні фіксують зсувові деформації величин осідання впритул до їх затухання вздовж фронту відвалоутворення; - проводять переекскавацію тимчасового опорного гребеня під укіс відвальної заходки до границь критичних величин деформації осідання призми зсуву і планування траси руху екскаватора з кроком Ш1 його переносу, котрий визначають з виразу: Ш1=Rmax+hp·ctg -(n·a1+R0), (2) де Rmax - максимальний радіус розвантаження ковша екскаватора, м; hp висота розвантаження ковша екскаватора над горизонтом робочого перевантажувального майданчика, м;  - кут природного відкосу з шматків скельних порід, град; n - нормативний коефіцієнт запасу стійкості відсипаного відкосу; а1 - ширина призми фактичного зсуву свіжовідсипаного відкосу, м; R0 - радіус бази (опори) екскаватора, м; - в подальшому цикл відсипання скельних порід одноярусного відвалу з тимчасовим опорним гребенем повторюють з попереднім визначенням ширини відвальних заходок і призм фактичного зсуву свіжовідсипаних відкосів, в також кроків переносу трас руху екскаватору при переміщення фронту відвалоутворення. Таким чином, завдяки сукупності відомих і нових суттєвих ознак стало можливо здійснити причинно-наслідковий зв'язок між ними і отриманих технічних результатів. Завдяки цьому початковий цикл відсипання скельних порід одноярусного відвалу з тимчасово опорним гребенем проводять в затоплений підземними водами відпрацьований глибокий кар'єр з крутими кутами нахилів бортів відвальної заходки шириною А1, визначеною з виразу: A1=Rmax-(a0+R0)+hmax·ctg , (3) де Rmax - максимальний радіус розвантаження ковша екскаватора, м; а0 - ширина призми можливого зсуву відкосу, м; R0 - радіус бази (опри) екскаватора, м: Hmax - висота розвантаження ковша екскаватора, м;  - кут природного відкосу з кусків скельних порід, град. Забезпечує стійкість відкосів уступів борту глибокого кар'єру на верхніх горизонтах, складених пісчано-глинистими відкладеннями, за рахунок пригрузу скельними породами при формуванні тимчасового опорного гребеня і підготовить умови для переміщення фронту відвалоутворення в режимі деформації порід за рахунок підвищення опору зсуву відсипаних скельних порід підводної частини відвальної заходки і зменшення долі ширини призми можливого зсуву свіжовідсипаного відкосу в загальній ширині відвальної заходки, що буде підвищувати безпеку гірничих робіт при одноярусному відвалоутворенні в затоплений глибокий кар'єр і за рахунок цього покращуються умови гірничотехнічної рекультивації земель, порушених відкритою розробкою корисних копалин. Завдяки цьому в процесі розміщення скельних порід в підтопленій відвальній заходці і завершення відсипання першого тимчасового опорного гребеня на його поверхні фіксують зсувові деформації величин осідання аж до їх затухання вздовж фронту відвалоутворення, забезпечить контроль за розвитком зсувних деформацій в опорному гребені, під навантаженням якого формується призма фактичного зсуву свіжевідсипаного відкосу відвальної заходки, з встановленням стабілізації деформації осідання і часу початку гірничих робіт по підготовці переносу траси руху екскаватора на відсипаний перевантажувальний майданчик, що буде сприяти підвищенню безпеки гірничих робіт при одноярусному відвалоутворенні в затоплений глибокий кар'єр і за рахунок цього покращуються умови гірничотехнічної рекультивації земель, порушених відкритою розробкою корисних копалин. Завдяки цьому проводять переекскавацію тимчасового опорного гребеня під укіс відвальної заходки до границі критичних величин деформації осідання призми зсуву і планування траси руху екскаватора з кроком Ш1 його переносу, котрий визначається з виразу: Ш1=Rmax+hp·ctg -(n·a1+R0), (4) де Rmax - максимальний радіус розвантаження ковша екскаватора, м; 2 UA 84929 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 hp висота розвантаження ковша екскаватора над горизонтом робочого перевантажувального майданчика, м;  - кут природного відкосу з шматків скельних порід, град; n - нормативний коефіцієнт запасу стійкості відсипаного відкосу; а1 - ширина призми фактичного зсуву свіжовідсипаного відкосу, м; R0 - радіус бази (опори) екскаватора, м. Забезпечує нормативний запас стійкості свіжовідсипаного відкосу відвальної заходки з урахуванням навантаження від працюючого екскаватора за межами призми фактичного зсуву і буде сприяти підвищенню безпеки гірничих робіт при одноярусному відвалоутворенні в затоплений глибокий кар'єр і за рахунок цього покращуються умови гірничотехнічної рекультивації земель, порушених відкритою розробкою корисних копалин. Завдяки цьому в подальшому цикл відсипання скельних порід одноярусного відвалу з тимчасово опорним гребенем повторюють з попереднім визначенням ширини відвальних заходок і призм фактичного зсуву свіжовідсипаних відкосів, а також кроків переносу трас руху екскаватора при переміщені фронту відвалоутворення буде сприяти підвищенню безпеки гірничих робіт при одноярусному відвалоутворенні в затоплений глибокий кар'єр і за рахунок цього покращуються умови гірничотехнічної рекультивації земель порушених відкритою розробкою корисних копалин. Суть корисної моделі, котра заявляється, пояснюється кресленнями: - на фіг. 1 зображений план дільниці глибокого кар'єру затопленого підземними водами до відсипання одноярусного відвалу скельного розкриву; - на фіг. 2 - теж саме після відсипання першої відвальної заходки; - на фіг. 3 - розріз А-А фіг. 3; - на фіг. 4 - вузол М розрізу А-А фіг. 3; - на фіг. 5 - вузол N розрізу А-А фіг. 3. Спосіб здійснюється наступним чином. Вздовж поверхні бровки (1) борту (2), затопленого до рівня (3) підземних вод кар'єру (4) з крутими кутами а відкосів, де  - кут природного з шматків розкривних скельних порід, проводять планування поверхні робочого перевантажувального майданчика а, b, с, d з віссю траси (5) крокуючого екскаватора (6) і приямком (7) для прийому транспортованої розкривної скельної маси (фіг. 1-3). Відстань ℓ від осі траси (4) до верхньої брівки (1) борту у кар'єру визначають з виразу: ℓ=R0+a0, (5) R0 - радіус бази (опори) екскаватора, м; a0 - ширина призми (8) можливого зсуву відкосу верхнього уступу борту кар'єру, м. Відсипання одноярусного відвалу (9) в затоплений відпрацьований кар'єр підземними водами на висоту більше 0,3 висоти його борту (2) проводять крокуючим екскаватором (5) при максимальному радіусі (Rmax) і висоті (hp) розвантаження ковшу. При цьому між скельними контурами (10) борту (2) кар'єру і поверхнею (11) відкосу одноярусного відвалу (9) формують першу відвальну заходку шириною А1, в тому числі з першим тимчасовим опорним гребенем (12) на рівні горизонту робочого перевантажувального майданчика а, b, с, d визначається з виразу(фіг. 4): А1=Rmax-(a0+R0)+hp·ctg , (6) де Rmax - максимальний радіус розвантаження ковша екскаватора, м; а0 - ширина призми можливого зсуву відкосу, складеного породами борту кар'єру, м; R0 - радіус бази (опори) екскаватора, м: hp - висота розвантаження ковша екскаватора при максимальному радіусі розвантаження (Rмах) над горизонтом робочого перевантажувального майданчика, м;  - кут природного відкосу з кусків скельних порід, град. Процес розміщення скельних порід в підтопленій відвальній заходці супроводжується зсувними деформаціями осідання скельних порід. Після закінчення відсипання першого тимчасового гребеня (12) в режимі деформації осідання свіжовідсипаного відкосу фіксують на його поверхні їх величини аж до закінчення, вимірюють ширину a1 призми (13) фактичного зсуву на горизонті положення робочого перевантажувального майданчика і визначають крок Ш1 переносу траси (5) руху екскаватора для відсипання другої відвальної заходки з виразу: Ш1=Rmax+hp·ctg -(n·a1+R0), (7) де Rmax - максимальний радіус розвантаження ковша екскаватора, м; hp висота розвантаження ковша екскаватора над горизонтом робочого перевантажувального майданчика, м;  - кут природного відкосу з шматків скельних порід, град; 3 UA 84929 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 n - нормативний коефіцієнт запасу стійкості відсипаного відкосу; a1 - ширина призми фактичного зсуву свіжовідсипаного відкосу, м; R0 - радіус бази (опори) екскаватора, м. Після чого проводять переекскавацію першого тимчасового опорного гребня (12) під укіс відвальної заходки і планування траси руху екскаватору с кроком переносу Ш1. Переекскавацію першого тимчасового гребеня (12) під укіс відвальної заходки проводять до границі (14) критичних деформацій осідання призми фактичного зсуву (13) (фіг. 5). Потім виконують цикл відсипання скельних порід одноярусного відвалу (9) з другим опорним гребенем (15) другої відвальної заходки шириною А2 (фіг. 5): A2=Rmax-(R0+n·a2)+hp·ctg , (8) де Rmax - максимальний радіус розвантаження ковша екскаватора, м; а2 - ширина призми можливого зсуву свіжовідсипаного відкосу при формуванні другої відвальної заходки, м; R0 - радіус бази (опри) екскаватора, м; n - нормативний коефіцієнт запасу фактичного запасу стійкості відсипаного відкосу; hp висота розвантаження ковша екскаватора над горизонтом робочого перевантажувального майданчика, м;  - кут природного відкосу з кусків скельних порід, град. Після завершення відсипання другої відвальної заходки з тимчасовим опорним гребенем (15) фіксують на його поверхні величини деформацій осідання аж до їх затухання, вимірюють ширину а2 призми фактичного зсуву свіжовідсипаного відкосу і визначають крок Ш2 перекосу траси руху екскаватора для відсипання в подальшій третій заходці з виразу: Ш2=Rmax+hp·ctg -(n·а2+R0), (9) де Rmax - максимальний радіус розвантаження ковша екскаватора, м; hp - висота розвантаження ковша екскаватора, м;  - кут природного відкосу з шматків скельних порід, град.; n - нормативний коефіцієнт запасу стійкості відсипаного відкосу; а2 - ширина призми фактичного зсуву свіжовідсипаного відкосу при формуванні другої відвальної заходки, м; R0 - радіус бази (опори) екскаватора, м. Потім проводять переекскавацію другого опорного гребеня (15) під укіс відвальної заходки, планування траси руху екскаватора з кроком Ш2, переносу і в подальшому цикл відсипання скельних порід в заходках повторюють до повного засипання кар'єру. Приклад конкретного застосування моделі Технологічні результати затопленого кар'єру № 1 Новокриворізького рудоуправління шляхом одноярусного відвалоутворення проводиться в умовах встановлення рівня підземних вод і супроводжується зсувними явищами у відвантажувальних відвальних заходках, котрі створюють аварійні ситуації при переекскавації доставлених скельних порід на робочі перевантажувальні майданчики. Причиною порушення стійкості відкосів відвальних заходок і частини перевантажувальних майданчиків є зниження міцності насипних порід і зменшення стримуючих сил діючих по поверхні ковзання призм зсуву в підтопленій частині відвалу за рахунок сил " гідростатичної рівноваги " (Див. кн.: В.А. Мироненко, В.М. Шестаков. Основы гидромехaники. - М., 1974. - С. 196-200). Для забезпечення безпеки ведення гірничих робіт при внутрішньому одноярусному відвалоутворення у відпрацьованому і затопленому кар'єрі на більш ніж 0,5 висоти його бортів (висоти бортів кар'єру №1 - до 300 м, кути нахилу бортів від 30 до 44) переекскавацію розкривної скельної маси із приямка здійснюють крокуючим екскаватором ЕШ 6,5, 45 при максимальному радіусі розвантаження ковша - Rмax, рівному 43,5 м, під укіс борту кар'єру з кутом нахилу борту - 42. При цьому траса руху екскаватора вздовж фронту відвалоутворення знаходиться на відстані від верхньої брівки борту кар'єру, рівного 8,5 м, котра включає радіус бази (опори) екскаватора 4 м і ширину призми можливого зсуву верхнього уступу, складеного піщано-глинистими породами - 4,5 м, тоді ширина початкової відвальної заходки, згідно з формулою (6), з тимчасовим опорним гребенем висотою 19,5 м склала: A1=Rmax-(a0+R0)+hp·ctg =43,5-8,5+19,5·ctg36°=61,8 м Після розміщення в початковій відвальній заходці скельних порід і першого тимчасового опорного гребеня в режимі деформації осідання свіжовідсипаного відкосу з їх фіксацією аж до затухання величин осідання і виміру ширини а1 призми фактичного зсуву на горизонті розміщення перевантажувального майданчика, рівного 22 м, і визначили безпечний крок Ш1 переносу траси руху екскаватора вздовж фронту відвалоутворення по формулі (7): 4 UA 84929 U 5 10 Ш1=Rmax+hp·ctg -(n·a1+R0)=43,5+19,5·ctg36°-(1,15·22+4)=41,0 м. Потім після переекскавації першого тимчасового опорного гребеня до границі критичноївеличин деформації осідання від 0,5 до 7,0 м призми фактичного зсуву початкової відвальної заходки визначили ширину другої відвальної заходки за формулою (8): A2=Rmax-(R0+n·a2)+hp ctg =43,5-(1,5·22+4,0)+19,5·ctg36°=41 м. Після розміщення в другій відвальній заходці скельних порід і другого опорного гребеня в режимі деформації осідання свіжовідсипаного відкосу з їх фіксацією аж до затухання величин осідання і вимірювання ширини а2 призми фактичного зсуву на горизонті розташування робочого перевантажувального майданчика, рівного 16 м, визначили крок Ш2 переносу траси руху екскаватора вздовж фронту відвалоутворення за формулою (9): Ш2=Rmax+hp·ctg -(n·a2+R0)=43,5+19,5·ctg36°-(1,15·16+4)=47,9 м. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 40 45 Спосіб відвалоутворення в режимі керованих деформацій порід, що включає відсипку відвального ярусу з опорним гребенем на загальну висоту, рівну 1,1-1,5 граничної висоти відкосу, фіксацію зсувних деформацій порід в зоні формування опорного гребеня; після відсипки ярусу на ширину відвальної заходки екскаватор переміщують на сплановану площадку в межах передового опорного гребеня і цикл відсипки повторюють; при цьому переміщення екскаватора на суміжну ділянку і подальшу відсипку чергової відвальної заходки виконують після появи заколів, який відрізняється тим, що початковий цикл відсипки скельних порід одноярусного відвалу з тимчасовими опорними гребенем виконують в затоплений підземними водами відпрацьований глибокий кар'єр з крутими кутами нахилів бортів відвальної заходки шириною А1, визначеною з виразу: А1=Rmax-(a0+R0)+hmax·ctg , де Rmax - максимальний радіус розвантаження ковша екскаватора, м; а0 - ширина призми можливого зсунення відкосу, м; R0 - радіус бази (опори) екскаватора, м; hmax - максимальна висота розвантаження ковша екскаватора над горизонтом робочої перевантажувальної площадки, м;  - кут природного відкосу із кусків скельних порід, град.; потім в процесі розміщення скельних порід в підтопленій відвальній заходці і завершення відсипки першого тимчасового опорного гребеня на його поверхні фіксують зсувні деформації величин осідання аж до їх затухання вздовж фронту відвалоутворення; після чого виконують переекскавацію тимчасового опорного гребеня під відкіс відвальної заходки до границі критичних величин деформацій просідання призми зсуву і планування траси руху екскаватора з кроком Ш1 її переносу, яке визначається за виразом: Ш1=Rmax+hp·ctg -(n·a1+R0), де Rmax - максимальний радіус розгрузки ковша екскаватора, м; hp - висота розгрузки ковша екскаватора над горизонтом робочої перевантажувальної площадки, м;  - кут природного відкосу із кусків скельних порід, град.; n - нормативний коефіцієнт запасу стійкості відсипного відкосу; a1 - ширина призми фактичного зсуву свіжо-відсипаного відкосу, м; R0 - радіус бази (опори) екскаватора, м; і в подальшому цикли відсипки скельних порід одноярусного відвалу з тимчасовим опорним гребенем повторяють попереднім визначенням ширини відвальних заходок і призм фактичного зсунення свіжо-відсипаних відкосів і кроків переносу трас руху екскаватора. 5 UA 84929 U 6 UA 84929 U 7 UA 84929 U 8 UA 84929 U 9 UA 84929 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10