способ управления отвалом на склонах

Формула изобретения

Способ управления отвалом горных пород, включающий регулируемое сдвижение отвала, отличающийся тем, что для повышения технологичности процесса регулирования сдвижением за счет использования закономерного смещения отвала по наклонному пластичному слою, создаваемому первоначально перед укладкой пород в отвал отсыпкой слоя пород холодного периода отвалообразования с включением снега и на него производят отсыпку пород теплого сезона или наоборот, вначале слой пород теплого сезона и на него отсыпают породы холодного периода (зона контакта - ноль градусов), а затем на наклонный пластичный слой производят отсыпку вскрышных пород вначале узким, а затем широким фронтом при подходе откоса отвала к границам карьера, что обеспечивает при тепловом взаимодействии пород в наклонном слое создание максимальных сдвигающих нагрузок и смещение отвала на пологую часть склона со снижением объема переэкскавации пород, а при возобновлении отсыпки с использованием наклонного пластичного слоя достигается постепенное заполнение склона вскрышными породами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ отвалообразования, включающий отсыпку горных пород в отвал, в основании которого залегают породы с низкой несущей способностью, с последующим образованием оползня подподошвенного типа и его смещения [1].

Недостатком способа является его недостаточная технологичность и неконтролируемое смещение отвала из-за различия свойств пород подстилающего слоя на различных участках склона.

Известен способ управления отвалом горных пород, включающий образование в основании отвала слоев из разнопластичных пород и последующее смещение по нему отсыпанных пород отвала до проектной отметки [2]. Недостатком способа является повышенная трудоемкость создания в основании отвала слоев требуемого наклона и мощности из разнопластичных пород и ограниченное смещение отвала из-за разрушения пластического слоя.

Известен также способ управления отвалом на косогорах в условиях горного рельефа, включающий неупорядоченную отсыпку в отвал пород различных климатических сезонов [3] (прототип). Недостатком способа является его недостаточная технологичность из-за интенсивного выхода фронта отвалообразования из работы при неупорядоченной отсыпке в отвал пород теплого и холодного периодов отсыпки и повышенный объем и трудоемкость работ по переэкскавации пород отвалов в контурах карьера.

Цель изобретения - повышение технологичности процесса регулирования сдвижением отвала на склоне при снижении объема переэкскавации пород или заполнения склона вскрышными породами за счет использования закономерного смещения отвала по наклонному пластичному слою.

Поставленная цель достигается тем, что первоначально в основании отвала отсыпают наклонный пластичный слой холодного периода отсыпки с включением снега и на него производят отсыпку пород теплого сезона отвалообразования, или наоборот, вначале слой пород теплого периода отсыки, а затем холодного (зона контакта с нулевой изотермой), причем развитие фронта отвалообразования осуществляют постепенно вначале узким фронтом, а затем при достижении нижней бровкой границы откоса карьера - широким фронтом, что обеспечивает из-за теплового взаимодействия пород наклонного слоя достижение максимальных сдвигающих нагрузок и сдвижения отвала на пологую часть склона.

На фиг.1 и 2 изображена технологическая схема, поясняющая предлагаемый способ.

Способ осуществляется следующим образом. Первоначально на склоне на участке отвала производят отсыпку наклонного пластичного слоя 1 (фиг.1) вначале отсыпкой пород с минусовой температурой и со снегом, а затем с плюсовой температурой или наоборот (зона контакта 0 С). Затем на наклонное основание производят отсыпку вскрышных пород вначале узким (ширина B₁ и длина l₁) и затем широким фронтом (ширина В₂ и длина l₂) (фиг.2), при подходе откоса отвала 2 к границам карьера 3 до достижения отвалом максимальных сдвигающих нагрузок при тепловом взаимодействии пород в наклонном слое, после чего происходит сдвижение пород отвала по поверхности скольжения 4 (фиг.1), и отвал приобретает форму 5, что уменьшает объем переэкскавации пород отвала при срезке склона (этап I фиг.1). После смещения отвала вновь создают наклонный пластичный слой и на него организуют отсыпку вскрышных пород до смещения отвала, что позволяет разместить на склоне дополнительный объем вскрышных пород (этапы II, III, IV, форма отвала 6, фиг.1).

Осуществимость способа подтверждается следующим.

Прочностные и деформационные свойства породной массы со снегом (льдом) могут быть определены по эмпирическим зависимостям вида сопротивление на сдвиг

=A ^a W^b_c d^c V^d_y t^e,

где А - постоянная, А=0,23-0,834;

- нормальное напряжение;

W_c = заснеженность,%;

d - диаметр частиц;

V_y - скорость уплотнения (осадки);

t - температура, С;

а, b, с, d, е - показатели степени, а=0,12 0,15; b=0,06 0,011; с=0,04 0,08; d=0,18 0,21; e=0,0015 0,013.

Деформационные (пластические) свойства l

где A₁ - постоянная, А₁=3,82;

- касательное напряжение;

V_y - скорость уплотнения (осадки);

W_c = заснеженность,%;

d - диаметр частиц;

V_y - скорость уплотнения (осадки);

Т - время;

a₁, a₂, b₁, c₁, k₁ - показатели степени, a₁=1,05; а₂=0,157; b₁=-0,08; c₁=0,104; k₁=0,87.

Прочностные свойства породной в области нулевых температур установлены и составляют 20-40% от их сдвиговой прочности при температурах минус 4 - минус 6 С [3]. Поэтому создание в основании отвала наклонного слоя пород с температурой на границе различных сезонов, близкой к нулю градусов, и со снегом в породах зимнего периода отсыпки позволяет образовать плоскость скольжения с пониженными прочностными свойствами, подчиняющимися определенным закономерностям деформирования тела вида = ⁿ, исследованной наиболее полно проф. С.С.Вяловым, где - сопротивление сдвигу, и n - соответственно, постоянная и показатель степени.

Подтверждение практической осуществимости способа базируется на данных деформирования и смещения временных отвалов по склонам в условиях рудника АО “Апатит” в Заполярье.

Отвал №8 начал отсыпаться в апреле 1968 года, когда из карьера в отвал еще поступала вода с небольшим количеством снега и температурой, близкой к нулю градусов, затем отсыпали породы теплого сезона, и через год в апреле 1969 года при достижении предельной нагрузки отвал начал плавно деформироваться и смещаться по склону.

Отвал №9 начал отсыпаться в мае 1969 года, и его наклонный слой в основании имел температуру, близкую к нулю градусов. Затем отсыпали породы теплого периода и через год в июне 1970 года деформации отвала превысили регламентированную по безопасности работ скорость деформирования - 50 см/сут, он начал смещаться по склону.

Сместился по склону и предложенный автором отвал №10, отсыпанный по описанному выше способу с образованием в основании наклонного пластичного слоя с нулевой температурой.

Однако из-за неравномерной и неупорядоченной отсыпки пород на участках этих склонов в последующие годы при понижении горных работ в карьере и срезки склонов на этих участках имели место значительные объемы переэкскавации пород, что в целом ухудшило технико-экономические показатели эксплуатации временных отвалов.

Предлагаемая отсыпка отвала узким фронтом для снижения объемов переэкскавации пород подтверждается тем, что на практике уходка от скалы была в 3-5 раз выше, чем при ведении работ широким фронтом.

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность отвалообразования на склоне и его технологичность за счет использования закономерного деформирования отвала с пластичным слоем в основании, снизить объемы переэкскавации пород за счет более полного вовлечения их в сдвижение над наклонным слоем и обеспечить большее заполнение пологой части склона или долины сместившимися породами отвала за счет их самотранспортирования по склону.

Источники информации

1. Крячко О.Ю. Управление отвалами открытых горных пород. М.: Недра, 1980. - 255 С.

2. А.С. СССР №848641, Е 21 С 41/00. Способ управления отвалом горных пород. Авт. А.М.Демин, В.И.Шилкин и В.Н.Евсеев.

3. Отвалы на горных склонах / Э.Б.Красносельский, Г.В.Калабин, Б.К.Оводенко и др. Л.: Наука, 1976. - 152 с. (прототип).