Спосіб формування внутрішнього відвалу шлаків металургійного виробництва другої черги

Винахід відноситься до гірничометалургійної промисловості і може бути використаний при відвалоутворенні з використанням залізничного транспорту і формуванні відвалу шлаків металургійного виробництва у процесі розробки остиглих масивів без витрат на формування початкового насипу та відведення додаткової площі під відвали і забезпечує ефективне відвалоутворення одночасно з видобувними роботами. Відвал шлаків металургійного підприємства - це масив, розміщений у котловані з обмеженою проектною площею, на якому безперервно проводиться відвалоутворення шляхом розвантаження шлаку з доменних чащ, розташованих на шлаковозах на остиглій частиш масиву влаштовується кар'єр, де способом відкритої розробки проводяться видобувні роботи. Причому розробка остиглого шлаку проводиться і попереду фронту відвалоутворення (з використанням заходів безпеки), тому відвал шлаків є внутрішнім. Металовмісний шлак чи суміш шлакометалева - це корисна копалина при розробці масивів відвалу (кар'єру), яка використовується як вторинна сировина на основному виробництві металургійного підприємства. Корисна копалина у масиві відвалу залягає безсистемно у загальній масі шлаку; при цьому більш металовмісні пласти знаходяться у нижній частині масиву. Відвал шлаків при умовах безпечного ведення робіт та забезпечення стійкості його укосів повинен виконувати такі завдання: - забезпечувати безперервне приймання шлаків; - не перешкоджати розвитку гірничих робіт та повному відробленню кар'єру; - ефективно поновлювати відвальні роботи із заново створюваних насипів. Відомий спосіб формування зовнішнього залізничного відвалу, в якому їх відсипка здійснюється від центральної частини відвального поля до периферії; при цьому піонерний відвальний насип з укладеними на нього відвальними тупиками розміщується поперек відвального поля [1] (И И Русский. «Отвальное хозяйство карьеров». Изд.2-е. Μ «Недра» 1971 г.). На даний час поновлення відвальних робіт проводиться способом [2] (Технологическая инструкция ТИ 146Шл-15-2000 „Формирование и разработка шлакового отвала" изд. Никопольского завода ферросплавов), який передбачає формування початкового насипу впродовж кар'єру, на звільненій (відробленій до кінцевої відмітки) площі, з використанням ЕКГ-5А та бульдозера. Суттєвими ознаками способів [1 ] та [2] є відсипка початкового (піонерного) відвального насипу та формування укосів відвалу, прокладання головних колій та укладка пересувних тупиків. У випадку поновлення відвальних робіт з початкового насипу, об'єм прийнятого шлаку у відвал дорівнює 1800т без пересування відвального тупика. Тривалість процесу відвало утворення складає 9,38 години. При цьому враховуються можливості ЕКГ-5А щодо утворення насипу до висоти 5м, кут укосу насипу - 35 градусів, довжина відвального тупика - 200 м, тривалість циклу (подача, розвантаження, з'ізд) - 1 година Таким чином, правлінню кожнозмінно необхідно планувати насип та переміщувати відвальний тупик на край уступу, що свідчить про низьку ефективність даного способу. У процесі відвалоутворення висота відвалу першої черги (за рахунок перевищення висоти зовнішньої рейки по відношенню до внутрішньої на 100-150мм) досягла 30 м; через деякий час фронт відвальних робіт досягне проектного кордону, відведеного під відвали, і виникне завдання поновлення відвальних робіт. При проведенні розрахунків тривалості прийому шлаків на відвал першої черги 1 (фіг. 1, 2) та тривалості відроблення кар'єру 2 (фіг. 1, 2) уступами з використанням наявних кар'єрних екскаваторів ЕКГ-5А очевидно, що фронт відвальних робіт першої черги досягне кордону земельного відводу 10 (фіг. 1, 2) раніше ніж буде повністю відроблений кар'єр 2 (фіг. 1, 2). У випадку формування первинного насипу на уступі кар’єру 2 (фіг. 1, 2) підприємство понесе збитки у вигляді недоотримання якісної сировини з нижнього шару кар'єру, а для відведення нової дільниці під відвали необхідно додаткові кошти за землекористування. Недоліками способів [1] та [2] є: - обмежена ємність відвалу і велика площа земельних відводів внаслідок обмеженої висоти початкового насипу, який влаштовується з використанням ЕКГ-5А та бульдозера. Висота та ємність залізничного відвалу при відомому способі його формування обмежена поперечним розміром дільниці, яка відведена під відвали і довжиною відвального тупика; - досягнення відвалом першої черги кордону відведеної території раніше ніж буде відпрацьований кар'єр та відсутність відробленого простору для формування первинного насипу; - швидке посування фронту відвальних робіт і збільшення витрат на часте переукладання відвальних тупиків внаслідок невисокого первинного насипу та кута натурального відкосу шлаків до 35 градусів. Щоб уникнути недоліків які супроводжують способи [1] та [2], виникає необхідність відроблення кар'єру чергами та збереження висоти відвалу першої черги. Відомий спосіб внутрішнього відвалоутворення при відпрацюванні кар'єру чергами [3] (Авторское свидетельство № 1406372 ΑΙ кл. Е21 С41/00,1986г.), метою якого є зменшення витрат на формування відвалу другої черги та спрощення технології відвалоутворення. Суттєвими ознаками цього аналогу, які збігаються з ознаками винаходу, який заявляється, є: - відпрацювання кар'єру чергами; - підготовка майданчика для внутрішнього відвалу в кар'єрі першої черги. Інші суттєві ознаки способу [3] не розглядаються тому, що вони притаманні тільки для відсипки вскришних порід у т.ч. і неприйнятна технологія відвалоутворення. Таким чином, метою винаходу є: виключення витрат на поновлення відвальних робіт та підвищення ефективності спільного проведення відвалоутворення і видобувних робіт з відпрацюванням кар'єрів до кінцевої відмітки. Частково вищеперелічені завдання можуть досягатися способом [3], в якому здійснюється розділення кар'єру на черги, відпрацювання кар'єру першої черги і підготовка в ньому майданчика для відвалу. Проте завдання спільного проведення відвалоутворення і видобувних робіт можна досягти запропонованим способом, який здійснюється таким чином: По-перше, під час розділення кар'єрного поля 2 (фіг. 1, 2) на дві черги, кар'єр першої черги 4 (фіг. 3, 4) після повного відпрацювання використовується під відвал другої черги 3 (фіг. 3, 4 ), після досягнення відвалом першої черги 1 (фіг. 1, 2) кордону 10 (фі г. 1, 2) відведеної території. При розділенні кар'єру 2 (фіг. 1, 2) на черги враховується умова рівності витрат часу на відвалоутворення першої черги. 1 (фіг. 3, 4) та відпрацювання кар'єру першої черги 4 (фіг. 3, 4) і, таким чином, підготовку простору для відвалу другої черги. По-друге, під час розробки кар'єру 2 (фіг. 1, 2) його робочий борт 8 (фіг. 1, 2) відпрацьовують і готують як борт 9 (фіг. 3, 4) відвалу др угої черги з кутом вн утрішнього тертя, який забезпечує стійкість укосу. Для визначення розрахованого кута внутрішнього тертя шлаку були визначені його фізико-механічні характеристики і за табл. 4 СНиП2.02.02-85 (Основание гидротехнических сооружений. М. 1986 - 44с.), де наведені вихідні формули для розрахунків скельних укосів пріійнятий кут tqφ11= 1,5 (56 грд.30 хв.) та зчеплення С11= 17кгс/м 2. Критерієм забезпечення стійкості укосів та схилів за СНиП є перевищення сил граничного опору R над рушійними силами F або R≥F. Розрахунки стійкості укосу відвалу за кутом внутрішнього тертя 56 грд.30 хв. виконані двома методами: за методом Маслова Μ.Μ. та за методом запропонованим Долматовим Б.І. За методом Маслова Μ.М. (3олотницкий Η.Д. и др. "Охрана труда в строительстве". Учебник для студентов строительных специальностей Вузов. Μ. Высш. школа, 1969г.) розрахунки базуються на двох припущеннях: - кут стійкого укосу для будь-якої гірничої породи є кут її опору зсуву; - критичне напруження в товщині ґрунту визначається рівністю двох головних напружень від ваги стовпа ґрунту висотою рівною відстані від горизонтальної поверхні верху до рівня, який розглядається. Розрахунки стійкості скельного укосу виконувалися за схемою зсуву за плоскими розрахунковими поверхнями з урахуванням коефіцієнту перевантаження, який дорівнює 1,2 коефіцієнту запасу стійкості - 1,2, та відсутності призми обрушення для уступу під час розвантаження шлаку. Сутністю методу, запропонованого Долматовим Б.І. [Долматов Б.И. „Ме ханика грунтов, основания и фундаменти (включая специальный курс инженерной геологии) – К. Будівельник, 1987 - 231с.] є те, що в ґрунта х, які мають тертя та зчеплення, клин обрушування розвивається внаслідок зміщування масивів ґрунтів по поверхні, близькій до круглоціліндричної. Перевірочні розрахунки укосів свідчать, що метод круглоціліндричних поверхонь сковзання дає деякий запас стійкості, більший ніж прийнятий 1,2. Таким чином, на підставі виконаних розрахунків, кут укосу відвалу другої черги 9 (фіг.3, 4), який дорівнює куту внутрішнього тертя і має значення 56 град. ЗО хв., забезпечує стійкість укосу відвалу під час розвантаження шлаків. По-третє, у процесі розробки кар'єру першої черги 4 (фіг. 3, 4) його неробочий борт 6 (фіг. 3, 4), паралельний фронту відвало утворення, залишають для відокремлення відвалу другої черги 3 (фіг. 3, 4) від кар'єру другої черги 5 (фіг. 3, 4) та виконання функцій захисної берми для людей та техніки при відпрацюванні кар’єру другої черги під час відвалоутворення другої черги. По-четверте, після відпрацювання кар’єру першої черги 4 (фіг. 3, 4) та досягнення відвалом першої черги кордону земельного відводу 10 (фіг. 1, 2 ) на верхньому уступі кар’єру першої черги укладають відвальні тупики та поновлюють відвальні роботи в укос відвалу др угої черги, зберігаючи висоту відвалу першої черги. Так, об'єм шлаку, який може бути прийнятий на відвал другої черги без пересування відвального тупика, з урахуванням збереження висоти відвалу першої черги, кута укосу - 56 градусів, довжини відвального тупика 200м і тривалості циклу - 1 година, дорівнює: 86250 м 3. Весь процес прийому шлаку на відвал др угої черги, без переміщення відвального тупика, буде продовжуватися 169 змін. Необхідність переміщення відвального тупика виникне після досягнення кутом укосу відвалу значення 35 градусів. Таким чином, утворений кут укосу відвалу др уго ї черги та збереження висоти відвалу, перекладання відвального тупика по верхньому масиву відвалу на уступ кар’єру першої черги не тільки вилучає ви трати на поновлення відвальних робіт по відсипці початкового насипу, але й: - багаторазово підвищує ємність відвалу, що видно із розрахунків; - підвищує е фективність добувних робіт внаслідок розділення кар’єру на черги та відпрацювання їх до кінцевої відмітки; - забезпечує безпеку робіт в кар'єрі другої черги під час розвантаження шлаків у відпрацьований кар'єр першої черги за рахунок попереднього утворення захисної берми; скорочує матеріальні витрати на посування відвальних тупиків під час розвантаження шлаків внаслідок збільшення кута укосу відвалу др угої черги в порівнянні з кутом натурального укосу розвантаження шлаків. На кресленнях показана схема здійснення способу: Фіг. 1 відвал шлаків на даний час, план; Фіг. 2 відвал шлаків на даний час, поперечний розріз; Фіг. З відвал шлаків після здійснення способу, план; Фіг. 4 відвал шлаків після здійснення способу, поперечний розріз. На фігурах зображено: 1 - відвал шлаків першої черги; 7 - відвальний тупик відвалу др угої черги; 2 - кар'єрне поле; 8 - робочий борт кар'єру першої черги; 3 - відвал шлаків другої черги; 9 - укос відвалу др угої черги; 4 - кар'єр першої черги; 10 - кордон земельного відводу для відвалу першої черги 5 - кар'єр другої черги; 6 - захисна берма;