Лекция 67-68-69-70 В.С.Хохряков. Учебник. «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых». Стр.160 - 181
ПОРОДНЫЙ ОТВАЛ— техногенный массив, формируемый на специально отведённой площади из горных пород, получаемых в процессе разработки месторождения. Бывает насыпным или намывным ( Гидроотвал ). При открытой разработке горизонтальных и пологозалегающих залежей породный отвал создают в выработанном пространстве карьера (внутренний породный отвал ), При разработке крутопадающих залежей и вскрытии любых месторождений — за пределами контура карьера (внешний породный отвал).
Общие положения Характерная особенность открытого способа разработки месторождений – необходимость удаления значительных объемов пустых пород. Вскрышные породы складируют на специально выделенных площадках в виде насыпей – отвалов. Совокупность операций по приему и размещению вскрыши называют отвалообразованием, или отвальными работами. Они включают: разгрузку, укладку пород в отвале, планировку отвальных уступов и перемещение транспортных коммуникаций. В зависимости от места расположения различают: внутренние (в выработанном пространстве карьера), внешние (за контуром карьера) и комбинированные отвалы. Для образования внешних отвалов используют склоны возвышенностей, овраги, рвы, выработанное пространство других карьеров. Возведение отвала на косогоре начинают с создания горизонтальной площадки для размещения транспортных коммуникаций. Заполнение отвала производят под откос косогора.
При открытых горных работах в зависимости от места расположения отвалы разделяют на следующие виды: внутренние — создаваемые в отработанном пространстве карьера ; внешние, расположенные за границами карьера; комбинированные. В зависимости от способа механизации работ, отвалы разделяют на: бульдозерные; экскаваторные; конвейерные; гидравлические. Бульдозерный Конвейерный Экскаваторный Погрузчиковый
При возведении отвала на равнине сооружают первоначальную насыпь, высота которой зависит от способа ее возведения, а ширина поверху равна 5–10 м для нормального размещения транспортных коммуникаций. Ее отсыпают из привозного грунта или из пород выемки, проводимой параллельно оси насыпи. Для этой цели используют бульдозеры, колесные скреперы, экскаваторы. Отсыпку отвалов ведут в один или несколько уступов – ярусов. Высота уступа зависит от горно-технических свойств складируемых пород и несущей способности грунтов основания, а также от способа механизации отвальных работ. При устойчивых грунтах основания отвала наибольшая высота уступа на равнине составляет: при отсыпке скальной вскрыши – 30–60 м, рыхлых песчаных пород – 15–30 м, рыхлых глинистых грунтов – 10–20 м. На косогоре высота может составлять 150–270 м.Увеличение высоты уступа способствует снижению себестоимости отвалообразования за счет повышения производительности отвального оборудования и уменьшения объема работ по перемещению транспортных коммуникаций. Углы откоса отвальных уступов практически равны углу естественного откоса размещаемых в отвале пород.
Различают три способа перемещения фронта, отвальных работ: параллельно, по вееру и криволинейный
Наиболее широко распространено на карьерах экскаваторное отвалообразование. В качестве отвального оборудования применяют мехлопаты, драглайны, отвальные многоковшовые экскаваторы-абзетцеры. При использовании мехлопат отвальный уступ разделяют на два подуступа. Транспортные пути располагают на кровле верхнего подуступа, мехлопату – на кровле нижнего. Разгрузку породы из думпкаров ведут в бункер-приямок, создаваемый экскаватором. Длина его равна 16–20 м, а глубина – 1,0–2,0 м. Расстояние между верхней бровкой бункера и осью пути по правилам безопасности должно быть не менее 1,6 м. Экскаватор перемещает породу из приемного бункера вперед по ходу в нижний подуступ, сбоку под откос отвала и сзади себя в верхний подуступ Если складируемые породы устойчивы, то заполняют одновременно оба подуступа. Затем осуществляют перегон экскаватора, переукладку пути и начинают отсыпку новой заходки. В слабоустойчивых породах сначала укладывают породу в нижний подуступ при прямом ходе экскаватора. При обратном движении мехлопаты ведут заполнение верхнего подуступа. Такая схема позволяет избежать холостых перегонов и сводит к минимуму возможность оползневых явлений, так как экскаватор перемешается по уплотненному отвалу. Рациональная длина отвального тупика 1–2 км, иногда до 3,5 км. Высота нижнего подуступа зависит от устойчивости пород и составляет 15–60 м. Высота верхнего подуступа h 1 не должна превышать максимальной высоты разгрузки:
Планировка бульдозером Разгрузка БелАЗа Резерв площади
Бульдозерное отвалообразование получает широкое распространение на отвалах высотой более 20 м при складировании мягких и полускальных хорошо разрыхленных пород. Его основные достоинства: невысокая стоимость (по сравнению с экскаваторами) отвального оборудования и малые эксплуатационные расходы, большой шаг переукладки путей, гибкая связь отвальных и транспортных работ. Недостатки: зависимость производительности бульдозеров от климатических условии и типа складируемых пород, повышенный износ ходовой части бульдозеров и большой расход жидкого топлива.
С помощью погрузчика С помощью скрепера
Наибольшее распространение при использовании ленточных конвейеров получило складирование пород консольными отвалообразователями. Они представляют собой самоходные установки на гусеничном или шагающе -рельсовом ходу с приемной и отвальной консолями, оснащенными ленточными конвейерами. Отвальная консоль соединена с поворотной платформой, что позволяет вести отсыпку многоярусных отвалов. Приемная консоль у отвалообразователей средней и большой производительности также поворотная относительно отвальной, что повышает маневренность машин. Ширина конвейерной ленты 1200–2800 мм, скорость ее движения 3–6 м/с. Уступы конвейерных отвалов могут разделяться на два рис. подуступа. Укладка пород в одноуступный отвал, который, в свою очередь, может быть одно- или многоярусным, производится нижней или верхней отсыпкой отвалообразователем при расположении его, как и отвального конвейера, соответственно на кровле или почве отвала.
Формирование гидроотвала в долине может осуществляться по двум технологическим схемам – от плотины к пруду-отстойнику (рис. 1) и с верховья долины к плотине (рис. 2), что определяет способ сооружения ограждающей плотины в низовье долины – насыпным или намывным способами. Гидроотвал
Экскаватор Гидромонитор Труба с отверстиями
Варианты одноярусных отвалов: 1 ) одноярусный круглый; 2) одноярусный квадратный; 3) одноярусный прямоугольный; 4) многоярусный круглый; 5) многоярусный квадратный; 6) многоярусный прямоугольный. Одноярусные автомобильные отвалы
Варианты многоярусных отвалов: 4) многоярусный круглый; 5) многоярусный квадратный; 6) многоярусный прямоугольный. Многоярусные автомобильные отвалы
По конструкции более рационально использовать много-ярусные отвалы с высотой яруса равной 30 м, у которых энергетические затраты почти в два раза ниже, чем у одноярусных отвалов с высотой отвала либо яруса равной предельной по критерию устойчивости. При этом заполнение отвала осуществляется последовательно по ярусам. Ярус высотой 30 м является устойчивым практически для большинства типов вскрышных пород. Повышается безопасность ведения отвальных работ. При разгрузке пород с автосамосвалов через породный предохранительный вал на 30-ти метровом ярусе величина разовой уходки фронта разгрузки в три раза превышает аналогичные параметры на ярусах высотой 100 м, что позволяет значительно сокращать объем бульдозерных работ и время стабилизации после разгрузки. Земельные площади под многоярусными отвалами и одно-ярусными одинаковой емкости и высоты, отличаются друг от друга в пределах нескольких процентов. Предпочтение следует отдавать двух-трех ярусным отвалам с высотой яруса до 30 м. За-траты на превышение занимаемых земельных площадей практически могут быть компенсированы почти двукратным снижением объема работы по транспортировке вскрыши по сравнению с работой при одноярусном отвале одинаковой емкости
Высокие одноярусные отвалы с предельной высотой по устойчивости отвальных пород (для скальных пород 100–120 м) являются по энергетическим затратам на транспортирование наименее предпочтительными. По конструкции более рационально использовать много-ярусные отвалы с высотой яруса равной 30 м, у которых энергетические затраты почти в два раза ниже, чем у одноярусных отвалов с высотой отвала либо яруса равной предельной по критерию устойчивости. При этом заполнение отвала осуществляется последовательно по ярусам. Ярус высотой 30 м является устойчивым практически для большинства типов вскрышных пород. Повышается безопасность ведения отвальных работ. При разгрузке пород с автосамосвалов через породный предохранительный вал на 30-ти метровом ярусе величина разовой уходки фронта разгрузки в три раза превышает аналогичные параметры на ярусах высотой 100 м, что позволяет значительно сокращать объем бульдозерных работ и время стабилизации после разгрузки Земельные площади под многоярусными отвалами и одно-ярусными одинаковой емкости и высоты, отличаются друг от друга в пределах нескольких процентов. Предпочтение следует отдавать двух-трех ярусным отвалам с высотой яруса до 30 м. За-траты на превышение занимаемых земельных площадей практически могут быть компенсированы почти двукратным снижением объема работы по транспортировке вскрыши по сравнению с работой при одноярусном отвале одинаковой емкости.
Аварии, инциденты и несчастные случаи на отвалах происходят вследствие оползней, обрушения пород, опрокидывания оборудования под откос отвала при разгрузке; падения кусков породы, наездов транспортных средств. Местоположение, количество, порядок формирования и эксплуатации внутренних и внешних отвалов, их параметры определяются проектом, с учетом физико-механических свойств пород отвала и его основания, рельефа местности, динамических нагрузок от применяемого отвального оборудования. При размещении отвалов на косогорах предусматривают специальные меры, препятствующие сползанию отвалов, обеспечивающие отвод грунтовых, паводковых и дождевых вод. Возможность отсыпки отвалов на заболоченных территориях определяют специальным проектом, предусматривающим необходимые меры безопасности отвальных работ. Недопустим сброс (сток) поверхностных и карьерных вод, складирование снега в породные отвалы, так как увлажнение пород ведет к снижению их устойчивости.
В районах со значительным количеством осадков в виде снега складирование пород в отвалы осуществляют по проекту, согласованному с территориальными органами Ростехнадзора, в котором должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие безопасность работы в любое время года. Повышению устойчивости отвалов способствует раздельная отсыпка пород, причем в основание отвала следует укладывать наиболее устойчивые и легкодренируемые скальные породы. Систематический контроль за устойчивостью пород в отвале осуществляет геолого-маркшейдерская служба карьера, а при размещении отвалов на косогорах она же осуществляет инструментальные наблюдения за деформациями всей площади отвала. При появлении признаков оползневых явлений работы по отвалообразованию должны быть прекращены до разработки и утверждения специальных мер безопасности. Работы прекращают в случае превышения регламентированных инструкциями по отвалообразованию скоростей деформации отвалов. Возобновление работ возможно только после положительных контрольных замеров скоростей деформации отвалов с письменного разрешения технического руководителя карьера.
