Спосіб відвалоутворення різнотипних розкривних порід на похилій основі в умовах зсувних деформацій, що проявилися

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для отвалообразования скальных и рыхлы х песчано-глинистых вскрышек пород на неустойчивом наклонном основании, при складировании их на склонах балок, оврагов и выположенных откосов бортов карьеров в условиях проявившихся оползней. Известен способ отвалообразования разнотипных вскрышных пород на неустойчивом слабопрочном основании, включающий проходку в основании отвала по границам замкнутой приконтурной траншеи и дополнительных перпендикулярных к каждой из ее внутренних сторон траншей на глубину, равную мощности залегающих в основании рыхлых отложений до контакта с крепкими породами, заполнение пройденных траншей крепкими скальными породами, отсыпку песчано-глинистых вскрышных породе горизонтальных площадок под откос отвальных ярусов, формируемых, в направлении от центральной части отвала к периферии, отсыпку опорного барьера из скальных пород над приконтурной и дополнительными траншеями при подходе к ним фронта отвальных работ и перекрытие песчано-глинистыми скальными породами приконтурной траншеи при последующей отсыпке отвальных ярусов [Авт.св. СССР № 1461928, кл. Ε 21 С 41/00]. Основным недостатком указанного способа является ограниченная возможность применения его, только при условии формирования отвала на новом незаполненном участке земельного отвода. Если же на нем ранее были складированы вскрышные породы и они подвергаются деформационным смещениям, тогда проходка приконтурной и дополнительных траншей затруднительна. При выполнении проходческих работ установлена выемочно-погрузочного оборудования на кровле деформирующи хся ранее складированных пород невозможна без проведения специальных мероприятий по закреплению площадки для установки механизмов. Для установки же проходческого оборудования на уровне поверхности основания отвала также необходимо аналогичное закрепление деформирующихся пород. Эти мероприятия не предусматриваются в известном способе. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ отвалообразования разнотипных вскрышных пород на неустойчивом наклонном основании, включающий проходку дренажных выработок по осушению обводненных неустойчивых пород основания отвала, создание на склоне основания горизонтальных площадок для складирования вскрышных пород в отвальные ярусы, отсыпку пород бульдозером с горизонтальных площадок под откос отвальных ярусов, формируемых от нижней границы основания отвала к верхней. Инструментальные наблюдения за состоянием вскрышных пород в отвальных ярусах с фиксацией деформационных смещений, прекращение отсыпки вскрышных пород в отвальные ярусы при фиксации в них проявления деформационных смещений и возобновление складирования вскрышных пород в ярусах после стабилизации деформационных смещений массива пород, а также возведение упорной призмы из скальных пород на пути распространяющегося оползня. Высокопроизводительные глубокие карьеры[Новожилов М.Г., Дриженко А.Ю., Маевский А.А. и др. - М., Недра, 1984.-е. 142-143]. Основным недостатком известного способа отвалообразования разнотипных вскрышных пород является опасность производства отвальных работ, вследствие периодически повторяющихся деформаций массива отвальных ярусов. Это требует необходимости иметь несколько запасных отвальных площадок для отсыпки вскрыши: когда на одних ярусах происходят деформационные смещения, на других ведется отвалообразование и наоборот. В итоге площадь земельного отвода под основанием отвала должна быть значительной, что приводит к повышению затрат на оплату за отчуждаемый земельный отвод. Кроме того в практике открытых горных работ имеют место случаи, когда подошвенные, надподошвенные и подподошвенные оползни отвальных пород распространяются по склону основания на значительное расстояние (до 400 м, см. Высокопроизводительные глубокие карьеры [Новожилов М.Г., Дриженко А.Ю., Маевский A.M. и др., М., Недра, 1984, - с. 143]. А размеры склона наклонного основания отвала могут ограничиваться жилыми поселками, сооружениями, берегом рек, озер и моря. Это характерно для нагорных месторождений полезных ископаемых (Балаклавское рудоуправление, п/о "Апатит", Каджаранский карьер и др.). В этих условия х важно обеспечить быструю стабилизацию проявившегося оползня о пределах земельного отвода, повышение приемной способности отвала для размещения в нем всех вскрышных пород и соблюдение безопасных условий производства отвальных работ. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа отвалообразования разнотипных вскрышных пород на наклонном основании в условиях проявившихся оползневых деформаций, в котором стабилизация проявившихся деформаций отвальных пород обеспечивается такой последовательностью выполнения работ по возведению и наращиванию упорной призмы, надежно задерживающей продвижение оползней породы в пределах отведенного земельного отвода, при которой достигается возможность увеличивать отвал в высоту при соблюдении безопасных условий складирования вскрышных пород в отвальные ярусы, и за счет этого значительно повышается приемная способность отвала и уменьшаются затраты на отчуждение земельного отвода. Поставленная задача решается тем, что в способе отвалообразования разнотипных вскрышных пород на наклонном основании в условия х проявившихся оползневых деформаций, включающем складирование пород бульдозером с горизонтальных площадок под откос отвальных ярусов, сформированных от нижней по склону основания границы отвала к верхней, инструментальные наблюдения за состоянием вскрышных пород в отвальных ярусах с фиксацией их деформационных смещений, прекращение складирования пород в отвальные ярусы при фиксации проявления в них деформационных смещений и возобновление складирования после стабилизации этих смещений, возведение на нижней границе отвала перпендикулярно пути распространения оползней упорной призмы из скальных пород и проходку дренажных канав для осушения основания отвала, согласно изобретению, после проявления оползневых деформаций отвальных пород и фиксации временной их стабилизации, выполняют комплекс работ по возведению упорной призмы. Для этого поверху де формированного слоя пород у нижней границы отвала зачищают бульдозером горизонтальную площадку, с которой ведут свайное закрепление массива с нагнетанием в его толщу укрепляющих растворов по линии заложения свай. Скважины под сваи бурят параллельными оси упорной призмы рядами с пересечением всего слоя отвальных пород и заканчивают в толще устойчивых пород под поверхностью основания отвала на глубине (hпep.), определяемой по выражению: h пер = К 3 × Н с. я. где К3 - коэффициент заглубления сваи в толщу устойчивых пород под основанием отвала; Нс.я. - высота слоя отвальных и неустойчивых под основанием пород, измеренная по оси скважины, м. Далее проходят траншею под упорную призму до глубины достижения толщи устойчивых пород и заполняют ее скальными вскрышными породами, формируя упорную призму на высоту, превышающую высоту отвального яруса. Затем отстроенную бульдозером горизонтальную площадку, откосы и площадки отвальных ярусов покрывают слоем скальных вскрышных пород до уровня упорной призмы. Поверху указанного слоя формируют из равномерно перемешиваемых вскрышных пород вторичные отвальные ярусы в направлении от нижней площадки к верхней. При этом отсыпку слоя скальных пород и вторичных отвальных ярусов ведут с фиксацией деформированных смещений упорной призмы и при их проявлении периодически наращивают призму по ширине и высоте до полной стабилизации смещений. Оползшие отвальные породы за упорной призмой убирают после ее возведения и доставляют на горизонтальную площадку отвального яруса для укладки под откос. Способ отвалообразования разнотипных вскрышных пород на наклонном основании в условиях проявившихся оползневых деформаций за счет формирования слоя из скальных пород и вторичных отвальных ярусов из всех складируемых в отвал вскрышных пород, которые отстраиваются на ранее отсыпанных ярусах, благодаря оригинальной технологии возведения упорной призмы, обеспечивает увеличение отвала в высоту при соблюдении безопасных условий производства отвальных работ, а, следовательно, и повышение приемной способности отвалов, что приводит к снижению затрат на отчуждение земельного отвода под размещаемые отвалы. Кроме того, способ отвалообразования разнотипных вскрышных пород за счет строительства упорной призмы под защитой закрепленного сваями массива оползневых пород в приграничной зоне основания отвала позволяет быстро произвести локализацию развивающегося оползня, не дать возможности распространения его на значительном удалении от границы отвода. На фиг. 1-4 схематично изображено в динамике формирование отвала на наклонном основании в условиях проявившихся оползневых деформаций; на фиг. 1 - положение отвала при развитии оползневых деформаций до границы земельного отвода; на фиг.2 - положение отвала при закреплении оползшего массива пород сваями, отсыпке упорной призмы и формировании слоя из скальных вскрышных пород; на фиг.3- положение отвала при завершении отсыпки слоя из скальных пород и формировании нижнего вторичного отвального яруса; на фиг.4 - положение отвала при завершении формирования вторичных ярусов. На фиг.1-4 обозначено 1 - наклонное основание отвала, сложенное из рыхлых пород; 2 - верхняя граница земельного отвода по склону рельефа местности; 3 - нижняя граница земельного отвода по склону; 4 дренажные канавы для осушения основания отвала; 5 - первичные отвальные ярусы вскрышных пород; б горизонтальные площади для складирования вскрышных пород; 7 - откос отвального яруса; 8 - слой оползней из отвала вскрышной породы; 9-наблюдательные точки (репера отвальных ярусов); 10 - горизонтальная площадка для бурения скважин под сваи; 11- наблюдательные точки (репера) на площадке скважин под сваи; 12 - скважины под сваи; 13 - укрепляющие сваи; 14-траншея под упорную призму; 15 - упорная призма из скальных пород; 16-толща устойчивых пород под основанием отвала; 17 - слой скальных вскрышных пород; 18 - вторичные отвальные ярусы; 19 - откос вторичных ярусов; 20 - горизонтальная рабочая площадка вторичных ярусов; 21 - наблюдательные точки(репера) за состоянием пород в упорной призме; 22контрбанкет упорной призмы; 23 - присыпка дополнительных объемов породы на упорную призму; 24 наблюдательные точки (репера) за состоянием упорной призмы. Способ отвалообразования разнотипных вскрышных пород реализуется следующим образом. Отвал формируется на наклонном основании 1, представляющем слой неустойчивых при определенных условиях пород, например глинистых и песчано-глинистых пород (см. фиг. 1), Определены контуры земельного отвода отвала по верхней 2 и нижней 3 границам склона наклонного основания 1. Для перехвата ливневых и паводковых вод, а также осушения слоя пород основания 1 по его верхней и нижней 3 границам пройдены дренажные канавы 4, из которых вода отводится за пределы подошвы отвала. Аналогичные канавы проводятся по простиранию склона основания 1 отвала, по его боковым границам (на фигура х не показаны). Первоначально на основание 1 производилось складирование разнотипных вскрышных пород валовым способом в отвальные ярусы 5. Отвальные ярусы 5 формировались снизу вверх, к границе 2 путем поочередного складирования пород бульдозером, Вскрышные породы средствами транспорта доставляются на горизонтальные площадки 6. С площадок 6 они бульдозерами перемещаются под откос 7 отвальных ярусов 5. В процессе отвалообразования, при увеличении парового давления на наклонное основание 1, или обводнении его поверхности и насыщении массива отвальных пород в ярусах Б водой, возникают оползневые деформации. Они проявляются в том, что оползневые массы 8, в виде перемещаемого слоя перемешанных разнотипных вскрышных пород, распространяются вниз по склону основания 1 отвала. Для контроля за состоянием отвальных ярусов 5 и безопасного производства работ по складированию вскрыши из площадок 6 под откосы 7 на рабочих горизонтальных, площадках 6 заложены наблюдательные точки (репера) 9. За точками 9 ведется систематический инструментальный контроль путем маркшейдерских замеров для вычисления их координат. Изменение пространственных и высотных координат точек-реперов 9 свыше определенных критических значений 5-10 см/сутки) свидетельствует о появлении деформационных смещений массива отвальных пород. В этот период необходимо складирование вскрышных пород на площадках 6 и откосах 7 отвальных ярусов 5 прекращать до момента стабилизации смещений. Самопроизвольная стабилизация деформационных смещений пород в отвальных ярусах 5 и распространяющегося оползня 8 может происходить при достижении состояния предельного равновесия сдвигающи х и удерживающих сил на границе поверхности основания 1, являющейся поверхностью скольжения. Сдвигающие силы учитывают нагрузку от собственной массы складированных в ярусах пород, массы горно-транспортного и отвального оборудования. Удерживающие силы - это силы трения, которые увеличиваются при удалении воды из слоя пород, граничащих с поверхностью основания 1, и в сухие месяцы года, когда отвальные породы просушиваются. При временной стабилизации оползневых деформаций приступают к выполнению следующего комплекса работ. На кровле оползшего слоя 8 бульдозером расчищается горизонтальная площадка 10, которая может находиться на месте деформированной площадки нижнего отвального яруса. На площадке закладываются наблюдательные точки (репера) 11. Наблюдая за ними совместно с точками 9 делается вывод о состоянии массива отвальных пород. В условиях устойчивого состояния отвала на площадке 10 производится бурение скважин 12 на глубину Нс.я. + hпep., (фиг.2), где Нс.я. - высота слоя отвальных и неустойчивых под основанием отвала пород, измеренная по оси скважины, м; hпep - глубина перебура скважины под поверхность основания отвала, м. С учетом hпep ³К3 · Нс.я., где К 3 - коэффициент заглубления сваи в толщу массива устойчивых пород, определяемый аналитически в зависимости от конкретных горно-геологических условий, глубина скважин определяется по выражению Н с.я. (1 + К3). Количество рядов и скважин в ряду устанавливается математически, по конкретным данным отвалообразования вскрышных пород. В скважины 12 помещаются сваи 13 и производится принудительное (напорное) нагнетание укрепляющих растворов (например цементного раствора, полимерные смолы, силикаты и др.), После завершения укрепительных работ производится проходка траншеи 14 под упорную призму 15. Порода от проходки траншеи 14 доставляется на площадку б верхнего отвального яруса 5, или складируется на оползший слой пород 8. Упорная призма 15 отсыпается из скальных вскрышных пород. Глубина заложения призмы 15 в толщу устойчивых пород 16 под основанием 1 отвала и размеры самой призмы определяются математически в конкретных условиях эксплуатации отвала. Обычно высота упорной призмы 15 превышает высоту нижнего отвального яруса на 1 /2 ¸1 /3 его высоты. На последующи х этапах отвалообразования скальные вскрышные породы складируются слоем 17 по поверхности откосов 7 и площадок 6 отвальных ярусов 5. Высота слоя 17 на первом ярусе достигает уровня высоты призмы 15. По мере отсыпки слоя 17 из скальных пород, поверху них (фиг.3) формируются вторичные отвальные ярусы 18, Складирование вскрышных пород в ярусы 18 производится путем равномерного смешивания разных типов пород, при их перемещении под откос 19 яруса 18. Вторичные отвальные ярусы 18 оборудуются горизонтальными площадками 20 для доставки и разгрузки на них вскрышных пород. Формирование слоя скальных пород 17 и вторичных ярусов 18 производится при постоянном контроле состояния пород в упорной призме 15. Контроль производится путем инструментальных маркшейдерских наблюдений за изменением координат заложенных в теле призмы 15 точек (реперов) 21. Когда фиксируются проявления деформационных смещений реперов 21, а следовательно смещению подвергается и упорная призма 15. производится наращивание ее в ширину, отсыпкой дополнительного пригрузочного объема контрбанкета 22. Постепенно наращивая отвал в высоту отсыпкой слоя 17 и вторичных ярусов 18 от нижней площадки 10 к верхней границе 2 производится складирование вскрышных пород в отвал. При фиксации деформационных смещений реперов 21 осуществляется пригрузка упорной призмы 15 и контрбанкета 22 новым слоем скальных пород 23 по ширине и в высоту. На верхней площадке пригрузки 23 упорной призмы 15 закладываются новые наблюдательные точки (репера) 24, а которыми систематически ведутся инструментальные наблюдения до окончания укладки всех вскрышных пород в отвал. После завершения формирования отвала за точками 24 ведутся периодические наблюдения в целью контроля состояния пород в отвале. Отличительными от прототипа признаками являются особенности технологии сооружения упорной призмы и формирования отвальных ярусов по высоте. Эти признаки следующие. Для возведения упорной призмы в условиях проявляющихся оползневых деформаций складированных в отвалах разнотипных вскрышных пород, после фиксации временной стабилизации деформационных процессов, поверху оползшего слоя пород у нижней границы отвала зачищают бульдозером горизонтальную площадку, с которой ведут свайное закрепление массива с нагнетанием в его толщу укрепляющих растворов по линии заложения свай. Скважины под сваи бурят параллельными оси упорной призмы рядами с пересечением всего слоя отвальных пород и заканчивают в толще устойчивых пород под поверхностью основания отвала на глубине, определяемой по приведенному выше выражению. После окончания укрепительных работ проходят траншею под упорную призму до глубины достижения толщи устойчивых пород и заполняют ее скальными вскрышными породами, формируя призму на высоту, превышающую высоту отвального яруса. Затем отстроенную бульдозером горизонтальную площадку, откосы и площадки отвальных ярусов покрывают слоем скальных вскрышных пород до уровня упорной призмы. Поверху указанного слоя формируют из равномерно перемешиваемых вскрышных пород вторичные отвальные ярусы в направлении от нижней площадки к верхней. Отсыпку слоя скальных пород и вторичных отвальных ярусов производят с фиксацией деформационных смещений упорной призмы. При их проявлениях периодически наращивают упорную призму по ширине и высоте до полной стабилизации смещений. Кроме того отличительным признаком является то, что оползшие отвальные породы за упорной призмой убирают после ее возведения и доставляют на горизонтальную площадку отвального яруса для укладки под откос. Изобретение иллюстрируется следующим примером. На Псилерахском карьере Балаклавского государственного рудоуправления вскрышные породы (аргиллитоподобные глины, суглинки, меловые отложения, некондиционные известняки) складировались в отвалы, расположенные в балке, примыкающей к западному борту карьера. Балка по тальвегу имеет уклон в среднем 10-12°, а с востока и запада ограничивается более крутыми склонами, а выше - отвесными скалами. В нижней части тальвег балки выполаживается до 4-5° и круто обрывается к морю. Ниже поверхности балки под травянистой растительностью, залегают глинистые породы мощностью 8-10 м -в нижней части тальвега, и до 20 м - в верхней. Отвалы формировались с 1979 г ярусами, от нижней границы по склону тальвега балки к верхней. Было сформировано 4 яруса высотой по 12-15 м, Всего складировано в отвале более 4 млн.м 3 разнотипных вскрышных пород. В последние 5 лет отвалы подвергаются оползневым деформациям, У их подножья глинистые породы отвалов в смеси со скальными известняками в виде отдельных языков общей шириной до 200 м перемещаются к береговому обрыву моря. Толщина оползшего слоя достигает 6-8 м. Отвалообразование вскрышных пород осуществляется с верхнего отвального яруса при систематических инструментальных наблюдениях за состоянием деформируемого массива 14, С помощью маркшейдерских съемок положения реперов, заложенных на рабочей площадке отвального яруса контролируются горизонтальные и вертикальные смещения. Когда скорость деформации достигает 5 см/сутки отвалообразование пород прекращается до полной стабилизации отвального массива. Стабилизируясь, уровень рабочей площадки понижается до 3 м и более, после чего его выравнивают до прежних отметок и продолжают производить складирование вскрышных пород. Периоды стабильной работы отвалов достигают 5-6 месяцев летне-осеннего сезона. В соответствии с те хническим решением по изобретению, в эти периоды стабильной работы отвала, предусматривается у береговой линии по поверхности оползших отвальных пород зачистить площадку размерами подлине 200 м и ширине 50 м. С этой площадки забуриваются четыре-пять рядов скважин на глубин у 8-12 м ниже тальвега балки. Расстояние между скважинами 4,5-5 м, диаметр 250 мм. В скважины при помощи кранов вводятся сваи, рельсы Р-50, и производится нагнетание известкового раствора (силиката). ПО поверхности площадки все сваи (рельсы) между собой соединяются арматурными стержнями при помощи сварки. Под защитой закрепленного участка отвалов экскаватором типа Э-2503 проходится траншея под упорную призму. Ширина траншеи ниже основания на глубине 5 м составляет 25-27 м. Далее формируется упорная призма из некондиционного известняка крупностью 0,25-1,3 м на высоту до 8 м над поверхностью площадки. Затем поверхность отвалов начиная от упорной призмы и до верхнего отвального яруса покрывается скальными известняковыми породами, слоем толщиной до 3-5 м. Вслед за этим в аналогичном порядке формируются вторичные отвальные ярусы из равномерно перемешиваемых при отсыпке суглинков, аргиллитоподобных глин и известняков. Высота вторичных ярусов составляет 8-10 м. Всего будет сформировано 6 ярусов. В теле упорной призмы закладывается несколько рядов реперов, за которыми ведутся систематические маркшейдерские наблюдения. При фиксации их смещений на 1-2 см осуществляется наращивание упорной призмы слоями шириной по 5 м и в высоту на 2-3 м. По мере отсыпки вторичных ярусов поверхность их откосов и площадок укрепляется травонасаждениями и посадкой кустарников. По верхнему склону тальвега балки, а также ее западному склону проходятся нагорные канавы для перехвата паводковых и ливневых вод. Внедрение способа отвалообразования разнотипных вскрышных пород на наклонном основании в условиях проявившихся оползневых деформаций на отвалах Псилерахского карьера позволит уложить в отвальные ярусы дополнительно около 8 млн.м вскрыши, в результате чего земельные отводы рудоуправления под отвалы сокращаются на 20 га, а также уменьшается грузооборот автотранспорта и расход дизтоплива на вывозке вскрышных пород на 50%, по сравнению с проектной схемой.