Высокие отвалы рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК», их параметры и размещение Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

© B.B. Рыбин, A.B. Архипов, E.B. Земцовская, Д.А. Потапов, 2014

УДК 622.271.45

В.В. Рыбин, А.В. Архипов, Е.В. Земцовская, Д.А. Потапов

ВЫСОКИЕ ОТВАЛЫ РУДНИКА «ЖЕЛЕЗНЫЙ»

ОАО «КОВДОРСКИЙ ГОК», ИХ ПАРАМЕТРЫ И РАЗМЕЩЕНИЕ

Обоснована необходимость расширения границ внешних многоярусных отвалов рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК». Проанализирована конструкция действующих отвалов и обосновано уменьшение бермы безопасности между ярусами с сохранением устойчивости откосов отвалов.

Ключевые слова: проектирование карьеров, многоярусный отвал, высота яруса, ширина бермы безопасности, устойчивость отвалов, коэффициент запаса устойчивости.

Практика работы горнодобывающих предприятий показывает, что на ряде месторождениях при их длительной эксплуатации открытым способом возникает необходимость и экономическая целесообразность расширения границ действующих карьеров. Но этому расширению начинают препятствовать объекты инфраструктуры населенных пунктов и промплощадок, отсыпанные отвалы и другие капитальные сооружения.

С подобной ситуацией столкнулся ОАО «Ковдорский ГОК», когда возникла необходимость расширения границ действующего карьера «Железный» и углубления его дна на 300 м. В этом случае не только возросли объемы дополнительной вскрыши, но и добавилась вскрыша из перспективного карьера апатит-штаффелитовых руд, примыкающего к карьеру «Железный». Из-за этого обстоятельства возникла необходимость в переносе самого первого отвала вскрышных пород, что внесло дополнительные объемы, которые необходимо учесть при расширении границ действующих отвалов № 2 и № 3.

Так как рельеф местности вокруг карьера «Железный» относится к холмистому, то проектом расширения карьера предусматривается всю остав-

шуюся вскрышу (421,3 млн м3) разместить в отвалы № 2 и 3, и выполнить каждый из отвалов двухъярусным.

В настоящее время отвал № 2 одноярусный с высотой яруса до 140 м. В этом отвале размещена первоначальная скальная и моренная вскрыша от карьера «Железный». Доставка вскрышных пород на отвал № 2 должна осуществляется, как и ранее, автомобильным транспортом. Отвал № 3 по проекту уже является 2-х ярусным с общей высотой до 170 м. Вскрышная порода, в основном скальная выдается на верхний ярус отвала конвейерным подъемником, верхняя станция которого размещена на отметке +461,5 м. Для прохождения через ленточный конвейер порода, поступающая из забоев, дробится на дробильном комплексе перед конвейером до диаметра 300 мм. Пройдя конвейер, порода перегружается на временные питатели, где вновь грузится на автосамосвалы, перевозится до контуров отвалов и разгружается через породный предохранительный вал на откос отвала.

Предельная высота ярусов отвалов в ныне действующем проекте рассчитывалась по методике ВНИМИ с коэффициентом запаса устойчивости 1,2 и равнялась 140 м. По опыту сооружения отвалов в нагорных услови-

Рис. 1. Конструкция отвалов иа конечном контуре на наиболее критичных разрезах

ях Кольского региона (1967-1975 гг.) высота ярусов многоярусных отвалов для большей надежности уменьшалась до 2/3 от рассчитанной предельной высоты, и между соседними ярусами на предельном контуре отвалов оставлялась берма безопасности, равная высоте вышележащего яруса [1].

Опыт эксплуатации высоких нагорных отвалов карьеров ОАО «Апатит», запроектированных по прежним методикам, показал, что отвалы многоярусной конструкции с высотами ярусов 100-120 м обладают надежной устойчивостью и имеют определенные резервы и запасы устойчивости.

Так, для скальных пород Хибинских месторождений Кольского региона предельная высота яруса, рассчитанная с коэффициентом запаса устойчивости 1,2, составляет 145 м. В то же время рабочая высота яруса принята равной для надежности 100 м, что составляет 2/3 от предельной высоты.

Принятая величина ширины бермы безопасности между соседними по высоте ярусами, равная высоте верх-

него яруса, также имеет резервы для уменьшения этого параметра.

Для размещения необходимого объема вскрышных пород во внешних отвалах предложено формировать отвал № 2 двухъярусным с высотой верхнего яруса 100 м при общей высоте отвала до 240 м, а отвал № 3, с высотой верхнего яруса равной 85 м при общей высоте отвала 225 м (рис. 1). Берма безопасности между ярусами может быть сокращена вдвое по сравнению с действующим проектом. Ширина бермы для отвала № 2 составит 50 м, для отвала № 3 - 43 м (табл. 1).

Произведена опенка устойчивости отвалов №№ 2 и 3 новой конструк-пии с помощью расчетов в программном комплексе «Galena 6.0», которые показали, что конструкпию отвалов с бермой безопасности в половину высоты вышележащего яруса можно считать устойчивой (в диапазоне изменения высоты верхнего яруса от 70 м до 120 м). Методика опенки устойчивости с помощью программного комплекса «Galena 6.0» состоит в расчете

Таблица 1

Параметры ярусов отвалов на конец отсыпки

Отвал Ярус Высота яруса, м Абсолютная отметка верхних площадок ярусов, м Ширина площадки между ярусами, м

№ 2 Первый до 140 +405 50

Второй 100 +505

№ 3 Первый до 140 +380 43

Второй 85 +465

баланса сдвигающих и удерживающих сил по автоматически выделяемой в отвальной массе наиболее напряженной поверхности.

В результате оценки устойчивости отвала по 4 разрезам, показанным на рис. 2, были рассмотрены следующие варианты расчета устойчивости отвалов: А. Расчет устойчивости яруса, как показано на рис. 2, а;

Б. Расчет устойчивости яруса при условии расположения задних колес автосамосвала СДТ-785С на расстоя-

нии 5 м от бровки уступа (66,7% массы) и переднего колеса на расстоянии 11 м от бровки уступа (33,3% массы), как показано на рис. 2, б;

В. Расчет устойчивости отвала, как показано на рис. 2, в;

Г. Расчет устойчивости отвала при условии расположения задних колес автосамосвала СДТ-785С на расстоянии 5 м от бровки уступа (66,7% массы) и переднего колеса на расстоянии 11 м от бровки уступа (33,3% массы), как показано на рис. 2, г.

Рис. 2. Схемы расчета устойчивости отвалов: А - Расчет устойчивости яруса; Б - Расчет устойчивости яруса с самосвалом; В - Расчет устойчивости отвала; Г - Расчет устойчивости отвала с самосвалом

Таблица 2

Коэффициенты запаса устойчивости по разрезам 1-4

Ф = 35° Кзуя Кзуя сам. КзуО Кзуо сам.

Разрез 1 Отвала 2 1,22 1,17 1,38 1,36

Разрез 2 Отвала 2 1,27 1,24 1,41 1,40

Разрез 3 Отвала 3 1,35 1,30 1,45 1,43

Разрез 4 Отвала 3 1,19 1,16 1,36 1,35

В таблице приведены значения коэффициентов запаса устойчивости: яруса отвала (Кзуя); яруса отвала с учетом пригрузки от самосвала (Кзуя сам.); отвала в целом (Кзуо); отвала в целом с учетом пригрузки от самосвала (Кзуо сам.).

В результате оценки устойчивости отвала с различными формами откоса были получены результаты, приведенные в табл. 2.

На основании имеющихся данных и результатов расчетов конструкцию отвалов с бермой безопасности в половину высоты вышележащего яруса можно считать устойчивой (в диапазоне изменения высоты верхнего яруса от 70 м до 120 м). Для повышения достоверности определения устойчивости отвалов необходимо дополнительное изучение физико-механических свойств отвальной массы и их изменений во времени, а также организация системы мониторинга устойчивости отвалов.

Также произведена оценка возможности разгрузки автосамосвалов «за бровку» откоса яруса. Установ-

лено, что влияние большегрузных автосамосвалов типа СДТ-785С на устойчивость ярусов и отвалов является незначительным и не приводит к нарушению их устойчивости.

На основании предложенных параметров отвалов произведено более компактное размещение отвалов вскрыши и сокращение площади нарушаемых земель. Уменьшение ширины бермы безопасности между ярусами позволило разместить на 31,4 млн м3 (7,4%) больше вскрышных пород на тех же подотвальных площадях.

Результаты настоящего исследования внедрены в проект ОАО «Гипро-руда» «V очередь расширения карьера «Железный» Ковдорского ГОКа с отработкой запасов до абсолютной отметки минус 660 м в увязке со строительством карьера по добыче АШР».

1. Фисенко Г.Л., Сапожников В.Т., Моча-

лов A.M., Пушкарев В.И., Козлов Ю.С. Ме-

тодические указания по определению углов

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. -Л.: ВНИМИ, 1972. - 165 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Рыбин В.В. - кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник, Архипов А.В. - старший научный сотрудник, Земцовская Е.В. - младший научный сотрудник, Потапов Д.А. - инженер,

Учреждение Российской академии наук Горный институт Кольского научного центра РАН, e-mail: root@goi.kolasc.net.ru.

UDC 622.271.45

HIGH DUMPS, THEIR PARAMETERS AND PLACEMENT AT THE ZHELEZNY MINE, «KOVDORSKY GOK» JSC

Rybin V. V., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Senior Researcher, Arkhipov A.V., Senior Researcher, Zemtsovskaya E.V., Junior Researcher, Potapov D.A., Engineer,

Mining Institute, Kola Scientific Center, Russian Academy of Sciences, e-mail: root@goi.kolasc.net.ru.

Structure and technology of dumping of operating dumps from the Zhelezny mine, «Kovdorsky GOK» JSC was analysed. Possibility to narrow a safety berm between the levels of rock dumps up to half of an upper level's height was studied. Stability of two-level hard rock dumps having different values of safety berms' width and levels' height was calculated by licensed software «Galena». The calculations showed that a construction of dumps having the safety berm which height is half of the upper level's height can be considered as a stable one (over the range of varying of the upper level's height from 70 m to 120 m). Possibility to unload dump trucks over the edge of a level's slope was assessed. It was established that influence of heavy dump trucks like CAT-785C on the stability of levels and dumps is negligible and doesn't violate their stability.

Key words: open pits' design, multilevel dump, height of level, width of safety berm, dumps stability, stability coefficient.

REFERENCES

1. Fisenko G.L., Sapozhnikov V.T., Mochalov A.M., Pushkarev V.I., Kozlov Ju.S. Metodicheskie ukazanija po opredeleniju uglov naklona bortov, otkosov ustupov i otvalov strojashhihsja i jekspluatiruemyh kar'erov (Instructional guidelines on determination of slope angles of pitwalls, benches and dumps in open pit mines in operation and under construction), Leningrad, VNIMI, 1972, 165 p.

НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2014

Профессор Баян Ракишев (Казахстан) сотрудничает с ГИАБом более 20 лет