Отвальные работы

Неизбежным следствием ведения вскрышных, добычных и подготовитель­ных работ является необходимость выдачи на земную поверхность определенно­го объема пустых пород.

При подземной разработке месторождений на каждую 1000 т добытого полез­ного ископаемого приходится от 10 до 50 т пустых пород, размещаемых на земной поверхности в виде породных отвалов.

При открытой же разработке, например, рудных месторождений объем из­влекаемых и размещаемых в отвалах пустых пород в несколько раз превышает объем добываемого полезного ископаемого и несоизмеримо больше, чем при под­земной разработке. На крупных карьерах объем отвальных работ достигает ино­гда десятков миллионов кубометров в год.

Отвалообразование — комплекс производственных операций по приему и размещению вскрышных пород на специальном участке горного отвода.

Технические сооружения и средства механизации отвальных работ составля­ют отвальное хозяйство карьера.

От организации отвальных работ зависит производительность вскрышного и транспортного оборудования, а следовательно, всего комплекса вскрышных и до­бычных работ. Удельный вес отвальных работ в сумме расходов на 1 м3 вскрыши составляет в среднем около 20 %, а в мягких породах достигает 30 %. Поэтому все основные технико-экономические показатели работы карьера очень зависят от правильности выбора способа отвалообразования.

Относительно контура карьера, как отмечено выше, различают два типа отва­лов по размещению: внешние и внутренние. Внутренними называют отвалы, рас­положенные в выработанном пространстве; внешними — вне контуров карьера (рис. 5.22).

Внутренние отвалы образуют преимущественно при бестранспортных и транспортно-отвальных си-стемах разработки и при определенных горно­геологических условиях (горизонтальные или слабонаклонные месторождения до 15°). Стоимость вскрышных работ при внутреннем отвалообразовании значи­тельно ниже, организация и производство их просты. Однако из-за ограниченных условий применения внутренних отвалов в практике они используются достаточ­но редко.

Внешние отвалы обычно образуют, используя рельеф местности, склоны гор, балки, овраги, старые выработки, располагая по возможности ближе к карьеру и так, чтобы транспортирование породы из него на отвал происходило под уклон.

Рис. 5.22. Расположение внутренних (а) и внешних (б) отвалов

Обычно крупные карьеры создают или многоярусный отвал с несколькими тупиками, или несколько отвалов.

Существует несколько основных способов отвалообразования, различаю­щихся применяемым горным оборудованием (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Основные способы отвалообразования

Окончание табл. 5.1

Способы отвалообразования выбираются в зависимости от условий залега­ния полезного ископаемого, рельефа поверхности, характеристики пород, клима­тических и гидрогеологических особенностей района. Все многообразие возмож­ных условий формирования и конструкций отвалов систематизировано в класси­фикации акад. Н.В. Мельникова (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Способы отвалообразования и средства механизации отвальных работ долж­ны обеспечивать бесперебойное складирование породы.

Породные отвалы должны иметь достаточную вместимость, находиться на минимальном расстоянии от мест погрузки породы, располагаться на безрудных (безугольных) площадях, не препятствовать развитию горных работ в карьере и формироваться с учетом требований техники безопасности, экологии и рекуль­тивации.

В комплекс отвальных работ входят разгрузка пород, планировка отвального уступа и формирование предохранительного вала или размещение породы в отва­ле экскаватором, отвалообразователем, абзетцером, автосамосвалом и передвиж­ка транспортных коммуникаций в новое положение.

Классификация отвалов по Н.В. Мельникову

Высота породных отвалов — один из наиболее значимых параметров, кото­рый характеризует их состояние и устойчивость. Высота равнинных отвалов на практике, как правило, меньше, чем нагорных (табл. 5.3). Фактически высота отва­лов может приближаться к предельной высоте устойчивой насыпи из данных по­род, отличаясь от нее (с учетом коэффициента запаса устойчивости) на 20 — 30 % в меньшую сторону, что гарантирует устойчивое состояние отвала.

Таблица 5.3

По основному виду горного оборудования, применяемому при отвалообра- зовании, различают экскаваторные, плужные и бульдозерные отвалы. Так как в процессе развития отвалов фронт отвалообразования перемещается по различ­ным схемам, то отвалы различают и по способу их образования: параллельное (рис. 5.23, а), веерное (рис. 5.23, б), криволинейное (рис. 5.23, в), при полном раз­витии превращающееся в кольцевое.

В первом случае отвалообразование происходит параллельными полосами, располагаемыми вдоль оси отвальных путей при тупиковом их расположении. При веерообразных отвалах ширина полос увеличивается к их концу; движение путей при этом происходит вокруг неподвижной точки, расположение отвальных путей также тупиковое. При веерной схеме передвижка путей упрощена. Кольцевые от­валы наращиваются концентрически, причем груженые и порожние составы не имеют встречных направлений движения.

Фронт отвалообразования при параллель­ной и веерной схемах развития постепенно (если не противодействовать этому специаль­ными мерами) укорачивается. При криволи­нейном развитии отвала этого можно избежать.

Высота отвалов в зависимости от характера пород и способа отвалообразования

а

Рис. 5.23. Способы развития отвалов

в

Экскаваторные отвалы (рис. 5.24, 5.25) по­лучили распространение в послевоенный пери­од. Применяются они только при железнодо­рожном транспорте. При экскаваторном отва- лообразовании обычно применяют криволиней­ную схему. Работы на отвале ведут следующим образом. Порода из думпкаров разгружается на промежуточную площадку отвала, находящую­ся на под-уступе ниже уровня железнодорож­ных путей. Расположенный на площадке экска­
ватор, постепенно отступая вдоль линии железнодорожных путей, перелопачива­ет породу в нижний и верхний подуступы. После того как экскаваторная заходка достигнет конца отвала, рельсовый путь переносят в новое положение, и экскава­тор начинает отсыпать новую заходку.

Рис. 5.24. Схема экскаваторного Рис. 5.25. Схема отвалообразования

отвалообразования при использовании драглайном на косогорах при

железнодорожного транспорта использовании автомобильного

транспорта

Плужные отвалы, так же как экскаваторные, применяются при железнодо­рожном транспорте. Плужное отвалообразование производится, как правило, по веерной (или криволинейной схеме). Груженные породой составы прибывают на отвал по расположенному вдоль его верхней бровки рельсовому пути. Думпкары разгружают прямо над откосом отвального уступа. Через некоторое время площад­ка между рельсовым путем и бровкой отвала становится настолько широкой, что порода начинает задерживаться на ней, засыпая пути, мешая разгрузке думпкаров. Для продолжения отвалообразования необходимо свалить «шапку» под откос и пе­редвинуть пути к его верхней бровке. Для этого применяют отвальный плуг.

Бульдозерные отвалы (рис. 5.26 и 5.27) применяют при автомобильном транс­порте. Планировка отвала бульдозерами ведется в направлении, перпендикуляр­ном к бровке отвала. Обычно отвал разделяют на отдельные участки: разгрузоч­ный, планируемый и резервный. Общая длина фронта отвальных работ в зави­симости от числа одновременно работающих автосамосвалов колеблется от 100 до 500 м. Производительность бульдозеров на отвале достигает 300 м3 за смену. Бульдозеры также используются на строительстве и ремонте не только отвальных, но и карьерных дорог.

К числу достоинств бульдозерного отвалообразования относятся возмож­ность создавать высокие уступы (при устойчивых породах в среднем 20 — 40 м), что значительно увеличивает приемную способность отвала, простоту строитель­ства отвала и работы на нем, небольшие капитальные и эксплуатационные расхо­ды; маневренность оборудования.

Гидромеханизация отвальных работ возможна при рыхлых вскрышных поро­дах, при достаточных запасах воды в районе, намеченном для отвалообразования.

Внешнее отвалообразование применяется при разработке наклонных и кру­тонаклонных месторождений. Для складирования пород при транспортировании их на внешние отвалы используются механические лопаты, драглайны, отваль­ные плуги, абзетцеры и бульдозеры. При транспортировании пород железнодо­рожным транспортом наиболее распространено отвалообразование экскаватора­ми ЭКГ-8и и ЭКГ-12,5.

Для перемещения породы во внутренние отвалы применяют мощные драглай­ны с вместимостью ковша

Рис. 5.26. Направления заездов бульдозеров (показаны стрелками);

а — при вскрышных работах с выполаживанием борта; б — с созданием отдельных выездов; в — при разработке- промывке песков в разрезе; г — укладке плоского отвала песков подземной добычи; д — разработке-промывке песков из отвала

Рис. 5.27. Бульдозерная укладка торфов в отвал

наклонными (а) и параллельными горизонтальными

слоями в несколько стадий (б, в)

25 — 80 м3 и длиной стрелы до 100 м (ЭШ-25/100, ЭШ- 80/100); механические лопаты с вместимостью ковша 35 м3 и длиной стрелы до 65 м (ЭВГ-35/65, ЭВГ-100/70).

Отвалообразование при конвейерном транспорте осуществляется консоль­ными ленточными отвалообразователями, которые ведут прием, транспортирова­ние и укладку породы в отвал (рис. 5.28, см. вкл.).