Разработка и обоснование эффективных технологий вскрышных работ при освоении глубоких россыпей Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Ф.В. Лулинский, 2002

УЛК 622.272

Ф.В. Лулинский РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОАОГИЙ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ ПРИ ОСВОЕНИИ ГАУБОКИХ РОССЫПЕЙ

Эффективность освоения россыпных месторождений в значительной мере определяется глубиной вскрышных работ. При внедрении бестранспортной системы разработки в 80-х годах за счет увеличения мощности удаляемых торфов рост золотодобычи из россыпей в Восточной Сибири составил 40 %. Практика разработки глубоких россыпей драгами показывает, что мощность удаляемых торфов зачастую на 5-9 метров меньше, чем необходимо для достижения геологической границы песков. Это приводит к разубоживанию песков, снижению количества подготовленных запасов и добычи золота. С увеличением глубины вскрышных работ возрастают объемы перевалок при отвалообразовании, так изменение мощности торфов с 20 м до 25 м увеличивает коэффициент переэкскавации на 20-30 %. Увеличение глубины карьеров отрицательно сказывается на экологии. В частности землеемкость горных работ на глубоких россыпных месторождениях с увеличением мощности рыхлых отложений от 8 до 35 метров возрастает с 0,3 до 0,5 м2/м3.

Анализ фактических показателей дражной разработки Ленских россыпей за 15 лет позволил выявить влияние мощности торфов на содержание металла в песках подготовленных для промывки. Установлены соотношения объемов добычных и вскрышных работ, содержание металла в песках и горной массе. Между исследуемыми величинами существуют тесные корреляционные связи, которые описываются уравнениями не линейной регрессии (коэффициент корреляции от 0,71 до 0,78, наибольшая расчетная ошибка 7,5%). Определено, что при доведения соотношения объемов вскрыши к объемам промывки песков до 0,96-1,0 м3/м3, за счет прироста содержания золота в песках, добыча золота может быть увеличена на 10-15 %.

Результаты исследований взаимосвязи между основными параметрами вскрышных работ выполняемых драглайнами с внешним отвалообразовани-ем при разработке россыпных месторождений [1], показали, что основными факторами, влияющими на эффективность технологической схемы, являются ширина вскрышной заходки и расстояние на которое перемещаются промежуточные отвалы до их отсыпки в групповой отвал. Если принять во внимание то, что ширина вскрышной полосы является постоянной величиной, то сократить объемы перевалок можно за счет уменьшения поперечного размера от-

Рис. 1. Технологическая схема вскрышных работ с поперечно-продольной отработкой уступа

вального поля путем изменения конструкции группового отвала с сокращением поперечного размера основания и увеличения высоты отвалов. Это достигаются изменением порядка ведения выемочных и отвальных работ, управлением профилем отвалов посредством взаимосвязи параметров заходок и отвалов. Установлены зависимости, связывающие ширину экскаваторной заходки, количество осей хода, коэффициент переэкскавации и годовой производительностью драглайна.

Полученные взаимосвязи основных параметров выемочных и отвальных работ позволили обосновать новую технологию вскрышных работ с измененными порядком отработки уступа и последовательностью отвалобразования (рис. 1). Отработка вскрышной заходки осуществляется не одним продольным ходом на всю длину фронта работ, а поперечно-продольным ходом до контура россыпи. Выемка пород из вскрышной полосы экскаватором производится с нескольких точек поперечного хода, объем пород, экскавируемых с каждой точки стояния экскаватора определяется объемом формируемого в групповом отвале отдельного породного конуса. Каждый последующий породный конус отсы-

пается выше предыдущего.

В процессе исследований вскрышных работ с поперечно-продольной отработкой уступа и формированием внешнего отвала в поперечном направлении, по отношению к фронту работ, выявлены взаимосвязи ширины заходки драглайна и высоты уступа с параметрами конструктивных элементов группового отвала: высотой призмы упора отвала Нк (первичный отвал); профилем отвала, задаваемым углами откосов отвала а0; приращением высоты каждого последующего породного конуса в отвале АЬ; величиной поперечного перемещения драглайна 1пер. (шаг отсыпки породных конусов отвала). Ширина вскрышной заходки драглайна У в этом случае

1 = (—^ + У (Н к + АЪ;)1пео.

tgак р 1 28Іп(180° -2а0)

где а0 - угол откоса отвала, град; ак - угол откоса поверхности призмы упора, град; Нв- высота вскрышного уступа, м; Кр - коэффициент разрыхления породы в отвале.

(1 • tgаc + 8 - Ь)соє ас • Бтак

1 • зта,

пері

0

— ):Hв • К.

Нк =

Бт(ак - а,,)

где 1 - расстояние от точки крепления стрелы драглайна до нижней бровки ближнего конуса отвала, м; Б - высота точки крепления стрелы драглайна от земной поверхности, м; Ь - необходимый зазор между стрелой и вершиной ближнего к экскаватору конуса отвала, м; ас - угол наклона стрелы, град.

АИ = lПер•tgaт,

где ат - угол наклона траектории движения груженого ковша к поверхности на которую отсыпается отвал, град. Ширина основания отвала Ьо.

Р1

^ - К- р - Т -1 + ■

1=1

где Т - расстояние от оси вращения экскаватора до точки крепления стрелы, м; Rp, Rрi - радиус разгрузки экскаватора соответственно при отсыпке первичного отвала и последующих породных конусов отвала, м.

Параболическая зависимость времени отработки полосы вскрыши (Тотр) от длины шага передвижки драглайна (Ш) позволяет находить его оптимальное значение по минимальным затратам времени

Ш —

Т,

подг

Нв • (Т

отр

ЕКэ

Ь • Нв

)

где tч, ^, tр - соответственно время черпания, поворота, разгрузки ковша драглайна, с; Тподг.- время на подготовку экскаватора к передвижке и к работе после передвижки, мин; Тнезав., - организационнотехнические простои, не зависящие от технологии,

мин; Е - вместимость ковша экскаватора, м3; Кэ - коэффициент экскавации; Ь - длина фронта работ, м.

Результаты расчетов показывают, что управляя параметрами вскрышного уступа и отвала при данной технологии вскрышных работ можно достичь снижение объемов перевалки на 30-40 %.

Натурными наблюдениями, проводимыми на различных месторождениях в условиях Севера страны установлено, что при среднемесячных отрицательных температурах наружного воздуха, сохраняющимися на протяжении 6-7 месяцев, глубина промерзания отвалов больше глубины их оттаивания в теплый период года, поэтому в теле отвала образуется мерзлый слой, мощность которого за время с положительными температурами воздуха уменьшается до 1,5-1,7 м. Однако в следующий период отрицательных температур, за счет повторного промерзания, слой мерзлого грунта увеличивается. Температура грунта в летний период изменяется по глубине мерзлого слоя в пределах от 0 до - 0,2 °С [2].

Изменение прочностных характеристик мерзлых и оттаивших пород можно оценить через коэффициент запаса устойчивости отвалов. Характер изменения коэффициента запаса устойчивости отвалов на месторождениях, где проводились исследования показывает, что даже оттаившие породы позволяют сохранить устойчивость отвалов (Кзу =1,0-1,2). Со временем из-за уменьшения влажности пород устойчивость отвалов еще повышается.

С учетом изменения прочностных характеристик пород в отвалах от влияния природных факторов и опыта создания высоких отвалов [3] обоснованы схемы формирования устойчивых конечных отвалов увеличенной высоты и разработана бестранспортная технология вскрышных работ с поярусным отвало-

Рис. 2. Схемы формирования устойчивых групповых отвалов увеличенной высоты: 1 - теплоизолирующая отсыпка из пород вскрыши; 2 - призма упора из промерзших пород; 3 -потенциальная призма оползания; 4 - нижний ярус отвала из промерзших пород; 5 - промерзший породный слой

образованием на предварительно сформированный из мерзлых пород первый ярус (рис. 2). При отвало-образовании осуществляется управление высотой группового (конечного) отвала во взаимосвязи с глубиной оттайки пород первого яруса и параметрами выемочных работ. Высота группового отвала больше предельно устойчивой высоты промежуточных отвалов. Первый ярус отвала отсыпается вскрышным экскаватором (или другим оборудованием) перед наступлением отрицательных температур наружного воздуха (сентябрь-ноябрь). Отсыпка верхнего яруса начинается с наступлением положительных температур наружного воздуха (апрель-август) с перекрытием горизонтальной поверхности первого яруса всей толщей отвалов, а боковые поверхности нижнего яруса засыпаются слоем мощность которого равна глубине сезонного оттаивания пород. Для сохранения устойчивости группового отвала высота отсыпаемых в верхние ярусы отвалов постоянно уменьшается в продольном и поперечном направлениях на глубину оттайки поверхности первого яруса в месте отсыпки. Основные параметры группового отвала определяются размерами его ярусов и величиной оттайки нижнего яруса:

= 2[(Ну -Нпр + Нп)ао ] +---------] +

соБа,

о

В • НвКр • 0,5

[у -Нпр +Нп)Р]ао

2Нпр • Нп соБао

Ну Нпр + Нп где Ьо - ширина основания группового отвала (ширина отвального поля) м; В - ширина вскрышной полосы, м; Ну - высота промежуточного отвала, соответствующая предельному коэффициенту запаса устойчивости, м; Нпр - глубина сезонной оттайки первого яруса, м; Нп - высота первого яруса, м; Но - высота второго яруса, м; Нв - мощность вскрыши, м; а0 - угол откоса отвала, град.

Высота группового отвала (Нк)

Нк = Нп + Но - Нпр.

Глубина оттаивания нижнего яруса отвалов в i точке определяется временем теплого периода Нпр = Дт) (май - август). Период оттаивания взаимосвязан с технологическими параметрами вскрышных работ:

Vв +Ё У1(К1 -1)

1=1

Q э

где т - период оттаивания, сутки; № - количество ходов экскаватора; Ув - годовой объем вскрыши, тыс. м3; Vi - объем переэкскавации промежуточных отвалов, тыс. м3; Оэ - производительность экскаватора, тыс.м3/сутки.

По отношению к технологии вскрышных работ с кратной перевалкой и отсыпкой одноярусных отвалов, применение разработанной технологии с отсыпкой отвалов на предварительно сформированный устойчивый нижний ярус позволяет, даже на

очень широких россыпях, увеличить глубину вскрышных работ на 4-8 метров без ухудшения показателей технологии. Объемы переэкскавации торфов снижаются в 1,4-1,8 раза при сокращении площади земель под отвалами в 1,8-1,9 раза.

На дражных полигонах породы экскаваторных забоев бывают переувлажнены из-за подтопления водой дражного котлована или недостаточного осушения опережающей вскрывающей выработкой, особенно в прибортовой заходке, когда уровень де-прессионной кривой выходит на поверхность откоса вскрышной заходки. Промежуточные и конечные отвалы, сформированные из увлажненных пород, зачастую теряют устойчивость и растекаются по поверхности, занимая значительные площади.

С целью устранения отмеченных недостатков разработана технология вскрышных работ, предусматривающая раздельную выемку из забоя драглайном пород с различными физико-техническими свойствами и формирование нижнего яруса отвала из пород с более высоким коэффициентом фильтрации (рис. 3). Для этого в основание отсыпают и валунистые породы, формируя дренажи путем выделения крупнообломочной фракции из общей массы породы с использованием специальной конструкции ковшей экскавтора.

Время осушения отвала рассчитывается, как исходя из отношения статического напора (Ост) к величине притока в основание отвала (О). При выполнении вскрышных работ и последующей перевалке отвала время прихода экскаватора к каждой точке отвала будет различным, это определяет и период осушения пород в отвале. Увеличение водопритока в основание отвала можно достичь путем увеличения площади сечения его фильтрационного основания и высоты отвала. Время осушения отвала Тос должно быть равным времени, затраченному на выполнение

Рис. 3. Технологическая схема вскрышных работ с отсыпкой промежуточного отвала из увлажненных пород

Т=

ос

вскрышных и отвальных работ до начала переэкскавации отвала Тэ1 в i точке

0Д25Ьо • tg2аo • ^

Q ,

• ф • ф

Тэ1 = Тв - ХТв1 + ХТпер.1 ,

1=1 1=1

где Ьо - ширина основания отвала, м; ц - коэффициент водоотдачи пород; Ьф - длина фронта работ (протяженность вскрышного участка), м; Тв - затраты времени на отсыпку промежуточного отвала до начала его переэкскавации, сутки; Тпер - затраты времени на переэкскавацию, сутки.

Н в • У • Ь ф

T =-

в

'Ф

где Нв - мощность вскрыши, м; Y - ширина заходки, м. Q,,- производительность экскаватора при выемке пород из целика тыс. м3/месяц.

Ширина основания отвала в i-й точке по протяженности фронта работ Loi определится

Loi =

0,125 • Qэ • tg aB • ц

где Опер- производительность экскаватора при переэкскавации, тыс. м3/мес.; О - статический запас воды в теле отвала, тыс. м3; ав - угол откоса борта, град.

Ширина заходки У^ обеспечивающая устойчивость отвала и его осушение

- 2

т •

У1 = —°--------,

1 4•Нв •Кр

где Кр - коэффициент разрыхления пород в отвале.

При определении параметров отвала и экскаваторной заходки полученную систему уравнений

лучше решать графически. Первоначально строится график зависимости ширины основания отвала от координаты места установки экскаватора по длине фронта работ. Затем строится второй график зависимости ширины основания отвала от ширины экскаваторной заходки. Определив, по первому графику необходимую, из условия осушения, ширину основания отвала в конкретной точке работы экскаватора, по второму графику определяют соответствующую ширину экскаваторной за-ходки.

Водопроницаемость пород основания отвала при необходимости увеличивается путем роста доли валунистой фракции Увл и размера валунов, которые отсыпаются в нижний ярус

V=

v вл

V

n(Kp -1)

где п - степень увеличения коэффициента фильтрации пород при их разрыхлении; V - объем дренажного основания, тыс. м3.

Таким образом, установлено, что на глубоких россыпных месторождениях уменьшение объемов переэкскавации, увеличение количества подготовленных запасов, содержания золота в песках, мощности удаляемых торфов, снижение землеем-кости при внешнем отвалообразовании с кратными перевалками достигается за счет применения технологий основанных на изменении порядка отработки вскрышного уступа и отвалообразова-ния с формированием конечного отвала переменной высоты, поярусным отвалообразованием, управлением процессами промерзания-

оттаивавния пород нижнего яруса группового отвала. Повышение эффективности вскрышных работ при разработке обводненных уступов возможно обеспечить путем раздельной выемки увлажненных пород из забоя и их осушения в промежуточном отвале.

1. Трубецкой К.Н., Дудинский

Ф.В. Установление взаимосвязи между основными параметрами

вскрышных работ с внешним отвалообразованием шагающими драглайнами при разработке россыпных месторождений // Развитие технологии открытой разработки место-

рождений при комплексном освоении недр. - М.: ИПКОН АН СССР. 1989. - С. 97-111.

2. Никифоров.А.В., Федорова Е.А., Дудинский Ф.В. Устойчивость технологических элементов при разработке россыпных месторождений // Проблемы горного произ-

СПИСОК АИТЕРАТУРЫ

водства Восточной Сибири. - Новосибирск, "Наука". 1991. - С.71-77.

3. Справочник. Открытые горные работы / Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Виницкий К.Е. и др. - М.: Горное бюро, 1994. - 590 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Дудинский Федор Владимирович— кандидат технических наук, Председатель совета директоров ГПП «Реткон».

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Ш

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания:

Число сохранений:

Дата сохранения:

Сохранил:

Полное время правки: 38 мин.

Дата печати: 28.11.2008 18:57:00

При последней печати страниц: 4

слов: 2 210 (прибл.)

знаков: 12 601 (прибл.)

ДУДИНС~1

G:\^ работе в универе\2002\Папки 2002\giab8_02 C:\Users\Таня\AppData\Roammg\Microsoft\Шаблоны\Normal.do ВСКРЫШНЫЕ РАБОТЫ Alexandre Katalov

08.07.2002 11:01:00 22

28.11.2008 18:32:00 Таня