Спосіб відвалоутворення в зоні обвалення

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открыто-подземной разработке месторождений полезных ископаемых, когда зона обрушения располагается вблизи предельного контура карьера и ее развитие ведет к нарушению устойчивости уступов, затрудняет эксплуатацию железнодорожных коммуникаций, снижает безопасность работ в карьере, а объем скальных вскрышных пород недостаточен для засыпки всей зоны обрушения. Известен способ бульдозерного отвалообразования при перемещении породы железнодорожным транспортом (Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. - М.: Недра, 1982. - С.414). Недостатком этого способа является сложная технология перемещения породы бульдозером по криволинейной трассе, что приводит к интенсивному износу ходовой части, снижению его производительности и повышению затрат. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ отвалообразования в зоне обрушения от подземных горных работ с использованием железнодорожного транспорта и экскаватора-драглайна, обеспечивающего отсыпку отвала на ширину максимального радиуса разгрузки (Полищук Г.К., Куксов М.Д., Шкленский А.Ф. и др. Отвалообразование в зоне влияния подземных горных работ // Разработка рудн. месторождений. Респ. межвед. научно-техн. сб. - К.: Те хніка, 1987. - Вып.47. - С.81 - 83). Для обеспечения безопасности работ железнодорожный путь располагается в зоне плавных сдвижений, а ось движения экскаватора-драглайна находится в зоне трещин или террас. Порода из приемного бункера (приямка) укладывается драглайном вперед по ходу экскаватора и сбоку под откос отвального уступа. Работа экскаватора-драглайна по перегрузке скальной горной массы из приямка в основании насыпи железнодорожного пути в зону обрушения имеет ряд недостатков; - повышенный износ канатов и других элементов экскаватора из-за высокой абразивности и большой плотности скальных пород; - частое нарушение железнодорожного полотна ковшом экскаватора-драглайна; - низкая производительность экскаватора из за ограниченного объема породы в приямке; - высокая себестоимость отвальных работ, - необходима большая ширина рабочей площадки и значительный объем скальных вскрышных пород. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа отвалообразовакия вскрышных пород в зоне обрушения подземного рудника, примыкающей к контуру действующего карьера, предотвращающее нарушение устойчивости борта карьера и транспортных коммуникаций на нем при ограниченном объеме скальных вскрышных пород, поступающих из карьера и непрерывном понижении поверхности отвала в зоне обрушения в связи с подземными работами. Это позволяет сократить потребность в площадях для размещения отвала вскрышных пород, уменьшить дальность транспорта вскрышных пород, уменьшить высоту подъема вскрышных пород, повысить производительность труда рабочих и снизить затраты на отвальные работы, обеспечить безопасные условия труда рабочих в карьере, а также повысить эффективность подземных работ за счет применения систем с массовым обрушением на участках примыкающих к действующим карьерам. Поставленная задача решается тем, что способ включает транспортировку в думпкарах вскрышных пород из карьера, разгрузку вагонов на отвальном участке в приямок, перегрузку экскаватором в контур зоны обрушения отличающийся тем, что отсыпку скальных вскрышных пород в зону обрушения производят полосой в виде призмы упора на подвижном основании, ширину которой на уровне горизонта отсыпки определяют по выражению где HB - глубина зоны обрушения с учетом ее понижения, на hп в период формирования отвала, м; HB.O - высота устойчивой вертикальной стенки пород на контуре зоны обрушения, м; HOвр - высота отвала на неподвижном основании, равная глубине зоны обрушения на момент начала работ по формированию отвала, м; a - временно устойчивый угол о ткоса отвала на неподвижном основании, град; r п - угол устойчивого откоса отвала с учетом снижения устойчивости на подвижном основании, град. Согласно способу отвалообразования, в зоне обрушения угол устойчивого откоса отвала на подвижном основании r п определяют с уче том коэффициента его уменьшения Kп равного 0,81 по отношению к устойчивому углу откоса r на неподвижном основании, r п = 0,81 ´ r. Скорость увеличения высоты отвала принимают равной скорости понижения уровня подземных работ, а периодичность корректировки безопасных параметров отвала определяют по выражению t0 = hп /Hг.п. где t0 -период времени в течение которого обеспечивается соблюдение безопасных условий тр уда при отвалообразовании, равный промежутку времени, через который требуется произвести повторный расчет параметров отвала, лет; hп - понижение поверхности зоны обрушения за время t0, м; Hг.п. - понижение уровня подземных работ в пределах отвального участка в течение года, м. На фиг.1 показан способ отвалообразования в зоне обрушения с использованием железнодорожного транспорта и экскаватора-драглайна; на фиг.2 - поперечный разрез зоны обрушения на участке примыкания к борту карьера; на фиг.3 - поперечный разрез отвала в зоне обрушения в виде призмы упора на подвижном основании с использованием железнодорожного транспорта и экскаватора - механическая лопата; на фиг.4 схема к подсчету ширины призмы упора на подвижном основании. Предложенный способ осуществляется следующим образом. Борт карьера 1 в предельном положении с транспортными коммуникациями 2, отделен площадкой 3 и зоной трещин и террас 4 на границе зоны обрушения 5, заполненной обрушенными породами 6 на глубине H0. Увеличение глубины провала 5 до уровня 7 приведет к росту размера опасной зоны 4, нарушению устойчивости борта 1 и транспортных коммуникаций 2. Для обеспечения устойчивости борта карьера на участках 3, 4 на границе зоны обрушения 5 формируют призму упора 8, минимальная ширина b которой на уровне отсыпки определяется из условий (фиг.4): во-первых, высота устойчивой зоны вертикальной стенки пород Hв.о на контуре зоны обрушения должна быть больше или равна - понижению поверхности зоны обрушения hп за период времени t0 во-вторых, высота устойчивого отвала Hоп4 определяется с учетом понижения основания отвала на высоту hп в течение заданного промежутка времени t0 в-третьих, угол устойчивого откоса отвала r п на подвижном основании определяют с учетом уменьшения угла устойчивого откоса r на неподвижном основании на коэффициент вследствие снижения сцепления пород при перемещении основания отвала на высоту h п в-четверты х, площади отвала на неподвижном основании Sн.о. и на подвижном Sпод. должны быть равны в-пятых, периодичность перерасчета безопасных параметров откоса (t0) определяют в зависимости от годового понижения подземных работ на участке отвалообразования H г.п. и допустимой устойчивости высоты вертикальной стенки пород Hв.о на контуре зоны обрушения Высота устойчивости вертикальной стенки пород на контуре зоны обрушения (фиг.4), согласно (Фисенко Г.А. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. - М.: Недра, 1965. - С.301) величина H в.о. определяется по формуле где K - коэффициент сцепления пород за контуром зоны обрушения, т-с/м 2; r' - угол вн утреннего трения пород за контуром зоны обрушения, град; j - плотность пород за контуром отвала, т/м 3. Высоту устойчивого отвала Hоп 4 на подвижном основании определяют по формуле где H0вр - глубина зоны обрушения, равная высоте отвала на неподвижном основании, м; r' - угол вн утреннего трения пород за контуром зоны обрушения, град. Угол устойчивого откоса отвала r п определяют с учетом коэффициента Kп, величину которого на основании экспериментальных исследований принимают равным 0,81 Площадь временно устойчивого отвала скальных пород в зоне обрушения на неподвижном основании определяют по выражению где a - временно устойчивый угол откоса отвала, град. Площадь устойчивого отвала после оползания, вследствие понижения подземных горных пород, определяют по формуле где Hв - глубина зоны обрушения с учетом ее понижения на hп, м. Согласно условию (4) получим отсюда минимально необходимую ширину отвала на уровне поверхности отсыпки b определяют по формуле Способ осуществляется следующим образом. Борт карьера 1 с транспортными коммуникациями 2, отделенный площадкой 3 и участком заколов и трещин 4 от контура зоны обрушения 5. При понижении поверхности провала 6 под действием подземных горных пород, борт карьера попадает в зону опасных сдвижений 7, при понижении поверхности провала до уровня 8 железнодорожные коммуникации попадают в зону опасных сдвижений 9. Для предотвращения расширения зоны обрушения по железнодорожной колее 10 из карьера в думпкарах 11 транспортируют скальные породы, которые разгружают в приямок 12 и экскаватором 13 отсыпают а ленточный отвал 14 минимальной шириной b на уровне горизонта отсыпки. При понижении на отдельных участках основания отвала 15 в результате производства подземных горных работ производят засыпку данного участка скальными вскрышными породами за счет возвратно-поступательного перемещения экскаватора в пределах отвального участка. Расчетами не учтен предотвращенный ущерб, за счет устранения аварийных простоев оборудования при развитии зоны обрушения под рабочим бортом карьера. Предлагаемый способ отвалообразования (см. фиг.3) с использованием железнодорожного транспорта и экскаватора механическая лопата, с формированием подвижной призмы упора ограниченной ширины, отсыпанной параллельно контуру зоны воронок и провалов, периодически пополняемой на различных участках пропорционально интенсивности подземных горных работ, обладает рядом преимуществ, по сравнению с известной технологией (фиг.1) в том числе: уменьшается ширина рабочей площадки; сокращается минимально-необходимый объем скальной вскрыши для предотвращения развития зоны обрушения в сторону карьера, производительность труда повышается; снижаются затраты на отвалообразование при сохранении безопасных условий тр уда. Выполним расчета параметров ширины отвала b для условий засыпки зоны обрушения шахт "Первомайская-1" и "Первомайская-2" скальными породами из Тырновского карьера СевГГОКа с целью предотвращения развития зоны воронок и провалов в направлении северо-восточного борта карьера. Исходные данные: H0вр = 40м, r = 32°, r п = 26°, r' = 35°, j = 3,2т/м 3, K = 12т-с/м 2, a = 45°, hп = 6м/мес, Hг.п. = 60м/г. После подстановки исходных данных в приведенные выше формулы величина b определена равной 5,6м. Периодичность пересмотра параметров отвала 0,1 года » 1мес. Объем скальной вскрыши, необходимый для формирования призмы упора на подвижном основании составляет 612,2тыс.м 3 в год. Минимальная ширина рабочей площадки по условиям безопасности и размещения горнотранспортного оборудования по предлагаемой технологии составляет 21м, а при использовании известного способа с экскаватором-драйгланом ширина площадки должна быть не менее 32м, т.е. в 1,5 раза больше. Для сравнительных подсчетов воспользуемся фактическими технико-экономическими показателями. Так, сменная производительность экскаватора ЭКГ-8И при работе на отвале скальных пород составляет 1563м 3, а экскаватора ЭШ-6/45 - 1800м 3. Производительность труда рабочего с учетом различной численности бригад составит - при работе экскаватора ЭКГ-8И - 781м 3 в смену, а экскаватора ЭШ-6/45 620м 3/смену. Стоимость машиносмены при отвалообразовании с использованием экскаватора ЭКГ-8И составляет 1,5млн. крб., а при применении экскаватора ЭШ-6/45 - 2,5млн.крб. Экономическая эффективность предлагаемой технологии отвальных работа с формированием подвижной призмы упора обеспечивается за счет снижения трудоемкости отвальных работ и устранения необходимости переукладки железнодорожного пути и может быть определена по формуле где Cтр, Cп - стоимость машиносмены соответственно экскаваторами ЭН 6/45 и ЭКГ-8И; N - количество рабочих машиносмен в течение года при 2-сменной работе; Э п.п. - экономический эффект за счет сохранения отвального железнодорожного пути на постоянной трассе. При традиционной технологии с ЭШ 6/45 предусматривается переукладка пути один раз в 2 года на 60 - 75м. где Z - длина отвального тупика (250м); Cпер. - затраты на переукладку 1п.м. пути.