CC BY
72
© А.М. Иоффе, 2003
YAK 622.271
А.М. Иоффе
YПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРАМИ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОТСЫПКЕ ВСКРЫШНЫХ ПОРОА НА РАЗНОПРОЧНОЕ ОСНОВАНИЕ
Территория, запроектированная для размещения конвейерных отвалов на карьере Мурунтау на площади 2x1,5 км, характеризуется чередованием слабых и достаточно прочных участков, ширина которых колеблется в пределах 200-300 м. При размещении отвальной заходки на прочном основании высота яруса и породных конусов, отсыпаемых отвалообразователем ОШ-
4000/125, зависит только от его геометрических параметров и уровня стояния над земной поверхностью. При перемещении отвальной заходки на участок со слабым основанием необходимо внедрение специально разработанных технологических схем и параметров отвалообразования, обеспечивающих безаварийную работу и безопасные условия эксплуатации отвального оборудования. Прочностные характеристики пород, слагающих основание, приведены ниже.
Наблюдениями за состоянием откосов отвалов установлено, что разрушению откосов предшествуют развивающиеся в течение длительного времени деформации, а образование заколов и трещин на верхних площадках отвалов не является признаком обязательного последующего разрушения откосов. Следовательно, параметры откосов отвала безопасно можно увеличивать до появления видимых трещин и заколов и вести горные работы на деформирующемся отвале, контролируя геоме-ханическими (наземными маркшейдерскими, скважинными и по глубинным реперам) наблюдениями скорости деформирования отвального массива.
Повышение эффективности конвейерного отвалообразования возможно главным образом за счет увеличения высоты нижнего
яруса, отсыпаемого непосредственно на земную поверхность. Такое увеличение дает возможность уменьшить время холостых перегонов и количество передвижек отвалообразователя и, соответственно, обеспечить рост его годовой производительности. При этом также возрастает приемная способность отвальных площадей и уменьшается длина транспортировки горной массы в отвалы.
С целью проверки возможности формирования высокого нижнего отвального яруса (высотой до 90-110 м) на слабом основании был выполнен комплекс исследований, которые включали:
1) Инженерно-геологическое районирование основания отвала в плане и разрезе, с выделением однотипных породных комплексов, определением прочностных характеристик пород и сопротивления сдвигу по контактам слоев, их влажности и плотности;
2) Расчет устойчивости численно-аналитическим методом на ПЭВМ и графо-аналитическим способом;
3) Отсыпку отвалообразова-телем конуса из скальных вскрышных пород высотой до 90 м, при которой обеспечивалась его устойчивость, т.е. высота была ниже критической, а затем до 110 м - выше критической;
4) Проведение комплекса инструментальных наблюдений за деформациями отвального конуса и основания.
До начала отсыпки высокого опытного отвала был проведен комплекс подготовительных работ:
- с обеих сторон от намеченного места отсыпки высокого отвала для предотвращения развития опытных сдвиговых деформаций были сооружены контрфорсы (предотвалы, отсыпанные автотранспортом, высотой 25-35
м, шириной 100 м и длиной 150 м). Расстояние между нижними бровками контрфорсов составило 100-220 м;
- были пробурены и оборудованы наблюдательные инклино-метрические скважины глубиной 30 м на площади отсыпки отвала;
- оборудованы наблюдательные маркшейдерские станции на отвале и основании.
Опытные работы проводились в два этапа. На первом этапе высота опытного отвала была доведена до 90 м. Геомеханические наблюдения за состоянием 90метрового отвала проводились 20 суток, каких-либо опасных оползневых смещений за указанный период не зафиксировано. Затем началось наращивание отвального конуса. После того, как высота опытного отвала достигла 110м, его отсыпка была прекращена и начался второй этап опытных работ. Основным содержанием опытных работ на этом этапе было проведение наблюдений за развитием деформационных процессов в породах отвального основания, высокого опытного конуса и отвального яруса на уровне стояния отвалообразователя.
Наблюдения за опытным отвалом позволили уточнить величину и скорость осадки отвальных пород в зависимости от времени стояния и высоты опытного отвала, установить начальную фазу оползневых подвижек пород основания, пронаблюдать за динамикой и характером развития деформаций, определить глубину залегания поверхности (зоны) скольжения и ширину наметившейся призмы обрушения. Для проведения указанных наблюдений были заложены специальные наблюдательные станции, включающие две профильные линии маркшейдерских реперов и три тросовых репера на верхней площадке отвала и два профиля инклино-метрических скважин в основании. Станция инклинометрических скважинных наблюдений состояла из двух профилей по пять скважин в каждом. Скважины обсаживались полиэтиленовыми трубами с внутренним диаметром 90 мм. Местоположение наблюдательных скважин было совмещено с расположенными по этим же про-
филям маркшейдерскими реперами. Наблюдения по этим скважинам проводились инклиномет-рическим методом - с помощью малогабаритных инклинометров ИК-2, 0К-40У, позволяющих обнаружить возникновение деформаций в основании на глубине. По мере засыпки скважин отвальным конусом их устья соединялась гибким шлангом с горизонтальными стволами труб, уложенными в канавы, с пропущенными внутри них тросиками. Таким образом, осуществлялся постоянный контроль глубины расположения нижней границы оползневого деформирования способом шаблонов.
Анализ результатов наблюдений показал, что деформации отвала идут, в основном, за счет уплотнения отвальных пород. Каких-либо опасных оползневых смещений в отвальном массиве не наблюдалось. Период, в течение которого происходила усадка, можно условно разделить на две фазы. Первая фаза во времени совпадает с отсыпкой конуса на откос предыдущей заходки и характеризуется его интенсивной усадкой, скорость которой достигает 1-1,5 м/сутки, в это же время резко до 0,5 м/сутки возрастает скорость усадки ранее отсыпанной заходки. С момента окончания формирования конусов интенсивная, но уже затухающая усадка, длится не более 2-3 суток. Затем наступила 2 фаза, которая характеризовалась весьма незначительной скоростью усадки - 1-4 мм/сут, что касается напряженно-деформированного состояния основания, то происходившие в период отсыпки высокого конуса незначительные по скорости 1-2 мм/сут пластические деформации через 60 суток (с момента достижения конусом высоты 110 м) практически прекратились. Затем отвалообразователь перешел на отсыпку верхних конусов (отм. 565-590 м), а высокий конус был спланирован до отм. 565 м, т.е. высота яруса составила 90 м (гор. 475-565 м). После того, как отвалообразователь через 3 месяца вновь начал отсыпку высокого конуса на земную поверхность, пластические деформации возобновились, однако, также имели скорость не более 2 мм/сут, через 30 суток полностью остано-
вились. Глубина залегания поверхности (зоны) скольжения, замеренная по инклинометрическим скважинам, составила 15-20 м. Полного развития оползня не произошло за счет наличия контрфорсов и деформации отвала практически полностью прекратились. Анализ результатов наблюдений позволяет сделать вывод о том, что хотя в основании отвала под действием сдвигающих сил и возникает деформационный процесс, пластические деформации за счет наличия контрфорсов не достигают критических значений, поэтому образования вала выпирания и оползания отвала не происходит. Однако, следует отметить, что несмотря на отсутствие опасных деформационных смещений, которые могли бы привести к крупномасштабному оползню опытного отвала, в отвальной за-ходке и основании были зафиксированы признаки начальной стадии развития оползня. Так на верхней площадке отвальной за-ходки, на уровне стояния отвало-образователя (гор. 565 м), через 30 суток после окончания отсыпки 110-метрового опытного конуса, было зафиксировано возникновение дугообразной ступенчатой трещины отрыва с высотой ступени 10-15 см и шириной раскрытия до 10-20 см. В этот же период произошло полное пережатие наблюдательных скважин № 3, 8 и заметное искривление скважин № 4, 9 на глубине 15-21 м, что свидетельствует о возникновении начальной стадии пластических сдвиговых деформаций в слоистых зеленых глинах. Совершенно очевидно, что в случае отсутствия контрфорсов на опытном участке, начавшийся деформационный процесс протекал бы все с большей интенсивностью и привел бы к образованию крупного оползня, что подтверждается выполненным анализом оползней на карьере Мурун-тау. Причем в зону оползня попадали отвалообразователь и часть отвальной конвейерной линии.
По результатам выполненных
теоретических геомеханических расчетов построены графики зависимости максимально допустимой высоты отвала Но при условии обеспечения его устойчивости с коэффициентом запаса П=1,2 от угла отвального откоса а, угла наклона и величины заглубления слабого контакта (рисунок). Анализ графиков на рис показывает, что наибольшее влияние на допустимую высоту отвала оказывает угол наклона слабого контакта В, изменение которого от 0° до 6° ведет к необходимости значительного уменьшения Но. Так для а = 33о Но уменьшается почти в 7 раз, с 653 до 98 м; для а = 34° в 3,5 раза с 290 до 82 м; а = 35° в 2,5 раза с 183 до 71 м; а = 36° в 2,2 раза с 132 до 62 м; а = 37° в 2 раза с 103 до 55 м. Общий диапазон изменения Но находится в очень широких пределах - 653-31 м. Максимальные значения Но соответствуют благоприятным инженерно-геологическим условиям отвального основания, которое характеризуется высокой несущей способностью слагающих его пород, минимальные значения Но должны приниматься при отсыпке отвалов на слабое основание.
Отличительной особенностью отвалообразования на карьере Мурунтау является то, что здесь впервые в мировой практике для отсыпки отвалов из скальных пород применен мощный консольный отвалообразователь ОШС-4000/ 125 с вылетом стрелы 90 м. От надежной и безаварийной работы этого отвалообразовате-ля во многом зависит эффективная и ритмичная работа всего комплекса ЦПТ с заданной производительностью. Согласно техническому проекту по карьеру вскрышные породы должны были укладываться отвалообразовате-лем в двухъярусный отвал. Причем нижний ярус отвала ЦПТ отсыпается на автомобильный пре-дотвал, назначение которого - исключить возможность сдвижения отвальных ярусов ЦПТ, т.е. обес-
Тип пород Плотность, т/м3 Угол внутреннего трения, град. Сцепление, МПа
Отвальные 2,2 32 0
Четвертичные 1,93 26 0,025
Глина зеленая 1,8 12 0,05
Глина мергелистая 1,92 18 0,057
Номограмма определения предельной высоты отвала в зависимости от угла наклона слабого основания (р) Но + Н6 - предельная высота отвала при изменении значений р от 0 до 6 град.
печить их устойчивость, и соответственно, надежную, безаварийную работу отвалообразователей. Породы в предотвал с верхних горизонтов карьера по 5 млн м3/год должны были вывозиться автотранспортом на расстояние до 5 км. Проектная схема отвалооб-разования имела существенный недостаток - расстояние откатки породы автотранспортом в пре-дотвалы превышало оптимальные для этого вида транспорта, а ежегодные объемы таких грузоперевозок существенно повысили бы себестоимость 1 м3 вскрыши.
В связи с вышеизложенным были проведены теоретические, экспериментальные и опытно-промышленные исследования по изысканию и практическому внедрению технологических схем отвало-образования, позволяющих максимально сократить дальность транспортирования горной массы авто-транспортом и максимально ис-пользовать конвейерный
транспорт ЦПТ при обеспечении безопасных условий эксплуатации от-вального оборудования.
Были рассмотрены следующие схемы отвалообразования:
1) Одноярусное, при высоте яруса больше критической, с использованием управляемого
обрушения, без предотвалов, отвалообразователями комплексов ЦПТ с гор. +565 м непосредственно на поверхность земли с установкой
отвалообразователей за призмой (Во2возмйжмагарубношения.. двух зонтов отсыпки, без предотвалов,
отвалообразователями комплексов ЦПТ. Второй комплекс (вторая технологическая нитка ЦПТ) отсыпает отвалы с гор. +505 м (вторым ярусом) на высоту 25 м согласно техническим возможностям отвалообра-зователя. Отвалы, отсыпаемые вторым комплексом, являются основанием под отвалы первого комплекса ЦПТ, которые отсыпаются с гор. +565 м.
=*! 3) С предотвалами,
торые формируются путем пере-экскавации отвалов ЦПТ:
а) с помощью шагающих драглайнов ЭШ-10/60;
б) с помощью фронтальных погрузчиков Н-400С или экскаваторов ЭКГ-8И и автосамосвалов с плечом откатки до 300-400 м по горизонтальной поверхности. В этом случае можно более эффективно, чем в карьере, использовать изношенные автосамосвалы и экскаваторы с большим сроком эксплуатации.
4) С предотвалами, которые формируют в ближайшей от карьера части отвальной территории с помощью автотранспорта с верхних горизонтов карьера при расстоянии откатки не более 3,0-3,5 км, а на дальних от карьера частях отвала в 2-4 млн. м3/год переэкс-кавацией отвальных пород шагающими драглайнами или фронтальными погрузчиками, или ЭКГ с автотранспортом (см. п. 3). При реализации любого из перечисленных в п. 4 вариантов, расстояние откатки автотранспортом сокращалось на 1 км.
Выполненный комплекс исследований показал, что наиболее эффективными в рассматриваемых горно-геологических и горнотехнических условиях карьера Му-рунтау являются 1-я и 2-я технологические схемы отвалообразова-ния. Эти схемы не требуют дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат, позволяют интенсифицировать отвалообразо-вание, повысить его эффективность и обеспечить безопасные
условия работы отвального оборудования за счет предотвращения развития опасных деформаций отвалов при отсыпке их на слабое, песчано-глинистое основание.
В качестве основной была принята 2-ая технологическая схема, обеспечивающая большую безопасность ведения отвальных работ за счет создания опережающего предотвала, отсыпаемого вторым комплексом ЦПТ непосредственно на земную поверхность. При этом проектные параметры конвейерных отвалов при отработке III очереди карьера составляли:
- высота нижнего яруса 45-60 м, увеличивается по мере понижения рельефа, горизонт установки отвалообразователя +504 м, угол откоса яруса в период отсыпки конусов - 37о, после завершения планировки верхней площадки бульдозером - 36о;
- высота среднего яруса - 85 м, горизонт установки отвалообразо-вателя +590 м, угол откоса яруса на период отсыпки конусов - 35о, после планировки верхней площадки - 36о;
- высота верхнего яруса - 25 м, угол откоса - 36о;
- ширина берм между ярусами
- 80 м;
- общая высота отвала - 150170 м.
При увеличении глубины карьера с 480 до 600 м объем вскрыши по сравнению с объемами III очереди возрастают на 400 млн м3, что потребовало отвода дополнительных площадей и увеличения длины транспортировки в отвалы. В связи с этим была выполнена корректировка параметров отвалов. Учитывая, что большая часть территории площадей, отведенных под отвалы IV очереди, сложена достаточно прочными разновидностями пород была обоснована возможность увеличить предельно допустимую высоту нижнего яруса с 60 до 85-90 м. Такое решение существенно улучшает техникоэкономические показатели отва-лообразования.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Иоффе А.М. - ВНИПИПТ.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 38 мин.
Дата печати: 08.11.2008 22:33:00
При последней печати страниц: 4
слов: 2 255 (прибл.)
знаков: 12 857 (прибл.)
ИОФФЕ_6
G:\№ работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB6_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do Семинар № 13 А
Astra
28.04.2003 11:02:00 6
08.11.2008 22:09:00 Таня
