Лекции по "Геологии"

Лекция 6.

Технология  отвалообразования вскрышных пород при автомобильном, железнодорожном, конвейерном видах транспорта. Основные расчеты отвальных работ. Рекультивация поверхностей и откосов отвалов.

Основные  положения отвалообразования

Технологический процесс размещения пустых пород и некондиционных руд, удаляемых при разработке месторождений открытым способом и при строительстве, называется отвалообразованием.

В настоящее время  расходы на отвалообразование составляют 12 – 15 % расходов на вскрышные работы.

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 безопасности и экологии.

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. Высота породных отвалов может приближаться к предельной высоте устойчивой насыпи из данных пород, отличаясь на 20 – 30 % в меньшую сторону, что гарантирует устойчивое состояние отвала.

Способы отвалообразования  выбираются в зависимости от условий  залегания рудного тела, рельефа  местности, характеристики пород, климатических  и особенностей местности вида транспорта.

Отвалы могут быть постоянными и временными, тем не менее при открытых разработках принято классифицировать все отвалы по предложенной классификации известного ученого Н.В. Мельникова.

Классификационный признак	Тип отвала
Расположение относительно карьера	Внешний (за контуром карьера) и внутренний (в отработанной части карьера)
Число рабочих горизонтов отвала	Одно-многоярусные
Способы механизации отвальных  работ	Плужный, экскаваторный, бульдозерный, конвейерный, автомобильный (разгрузка на откос).
Число обслуживаемых горизонтов в  карьере	Общий, групповой. Отдельный
Рельеф местности, используемый под  отвал	Равнинный, нагорный и нагорно-долинный
Деформационное состояние отвала	Устойчивые, подвижные и неустойчивые
Способ транспортирования вскрышной породы на отвал	Железнодорожный, автомобильный, конвейерный.

Основные  параметры отвалов

К основным параметрам отвалов (рис.8.1 из Хох.) относятся высота отвального уступа h₀, высота отвала H_O, шаг передвижки путей В, длина отвального тупика L, удельная емкость 1 м длины тупика отвальной заходки, число отвальных тупиков, производительность тупика в единицу времени (в сутки, год).

Высота зависит от способа механизации отвальных работ, устойчивости пород и основания отвала, рельефа местности и ценности земель, отводимых под отвалы, а также вида транспорта.

Отвал по высоте состоит  из ярусов, высота каждого из которых  равна высоте отвального уступа и  ограничивается прежде всего условиями  безопасного ведения работ. в  малоустойчивых породах при разгрузке транспортных средств вплотную к отвальной бровке, то высоту отвала сокращают до 10 – 8 м.

В устойчивых крепких  породах, а точнее на экскаваторных  отвалах, где груженые вагоны находятся  вне пределов возможной осадки породы. Высота отвалов может достигать 30 – 40 м.

Оптимальная высота отвала зависит от затрат на подъем породы принятым видом транспорта (руб. на 1 м высоты подъема), от ценности отчуждаемых  земель (руб. на 1 га в год), от себестоимости  укладки породы в отвал (руб. на 1 м³).

В условиях дефицита земельных площадей и повышенных требований к охране окружающей природной среды оптимальная высота отвала равна максимально допустимой по условиям устойчивости.

Приемная способность  отвального тупика – количество породы, которое возможно поместить в отвале между двумя смежными передвижками пути (см.рис. 8.1 – хохр.). Она обычно измеряется на 1 м отвального фронта работ и характеризуется как удельная емкость отвальной заходки.

Приемная способность 1 м отвального тупика (в м³)

 

V = h₀ В/k_р, где

k_Р – коэффициент разрыхления породы.

 

Шаг передвижки путей определяется параметрами отвального оборудования и составляет при ж/д транспорте: на плужных отвалах – 1,5 – 3,0 м, на экскаваторных отвалах с мехлопатами – 24 – 24 м, с драглайнами – 70 – 120 м; на бульдозерных отвалах – о 50 – 60 м до 110 – 120 м, при автомобильном транспорте на бульдозерных отвалах 35 – 50 м.

Производительность  отвального тупика или отвала – это количество породы, принимаемой тупиком или отвалом в единицу времени.

Число составов, разгружаемых в тупике за смену, определяется по следующей формуле:

 

N = [T/(t_P + t_O)] k_И.С.,

где T – время смены, ч; k_И.С – коэф. использованя рабочего времени смены тупика при приеме составов; t_P - время разгрузки одного состава, мин (зимой в 2 – 3 раза больше, чем летом); t_O – время обмена составов, мин.

Исходя из этого производительность отвального тупика по пропускной способности  путей (в м³/смену)

 

По = NQ, где Q – средняя емкость породного состава, м³.

Зимой производительность отвального тупика несколько ниже, чем летом. Разгрузка глинистых и вязких грунтов и пород происходит также медленнее.

При работе экскаватора  на отвале производительность тупика, определенная по пропускной способности путей, должна быть равной или несколько больше производительности отвального экскаватора.

Фактическая производительность одного отвального тупика составляет: плужного – 1,5 – 2.0 тыс. м³ в сутки, экскаваторного (мехлопата или драглайн) в зависимости от модели экскаватора – от 4 до 7 тыс. м³ в сутки, бульдозерного – до 4 – 8 тыс. м³ в сутки.

Общее число тупиков  с учетом передвигаемых принимается на 25 – 50 % больше рассчитанного по производительности.

Развитие отвалов в  плане может быть криволинейным, параллельным (рис. 8.2. рисую сам.) или  веерным. Наибольшее распространение получили отвалы с криволинейной схемой. Преимущество в том, что в процессе развития отвала систематически увеличивается длина отвального фронта и появляется возможность создания новых рабочих тупиков. Пути удлиняются за счет врезок различной длины.

 

Отвалообразование при ж/д транспорте

 

Плужные отвалы.

На этих отвалах рельсовые  пути располагают вдоль верхней  бровки отвала, и порода из думпкаров разгружается непосредственно под откос отвального уступа. По мере заполнения отвала происходит увеличение ширины площадки между рельсовым путем и верхней бровкой отвала, и часть породы задерживается на ней. Оставшуюся породу сваливают под откос отвальным плугом.

Разгрузка производится одновременно из двух трех думпкаров  состава. Время разгрузки состава  скальных пород 5 – 7 мин. летом и 15 – 20 мин. зимой, а мягких влажных – в 1, 5 – 2 раза больше.

После разгрузки всего  состава по всей длине выполняют  профилирование (вспашка) отвальным  плугом, который разравнивает сваленную породу боковым лемехом. Часть породы сталкивается плугом под откос и на отвальной бровке создается свободная площадка. Вспашку осуществляют в два – четыре прохода плуга. На свободную площадку вновь разгружают породу. Такая операция повторяется до тех пор (обычно четыре –девять циклов) пока разгрузка становится невозможной и создается площадка шириной 3,5 м. Куда переносят рельсовые пути вместе со шпалами (рис. 263 из Борисова).

Отвальный плуг представляет собой агрегат, исполнительным органом которого является система подвижных лемехов и передних щитов (рис 262 из Борисова). Система лемехов и щитов и пульт управления смонтированы на железнодорожной платформе. Масса тяжелых отвальных плугов составляет 50 – 70 т, максимальный вылет главного крыла (лемеха) 7,5 м, рабочая скорость 6 – 10 км/ч, тяговое усилие до 180 кН, средняя производительность 3 – 3,5 тыс. м³/смену.

Перед передвижкой путей  отвальная бровка планируется. Новая  отвальная бровка перед передвижкой  путей должна быть на 0,3 – 0,5 м выше уровня железнодорожных путей, так  как в дальнейшем породы дают усадку.

Передвижка путей осуществляется путепередергивателями цикличного действия (рис. 264 из Бор.). Путепередергиватель состоит из двухосной платформы, на которой установлен двигатель внутреннего сгорания с подъемным механизмом. Эта машина переносит путь без разбалчивания стыков.

Плужные отвалы имеют  высоту 8 -15 м.

Достоинства:

- небольшие капитальные  затраты, так как один отвальный  плуг и путепередвигатель могут  обслуживать несколько отвальных  тупиков;

- низкая энергоемкость  работ, так как значительная часть породы складируется в отвал под действием собственной силы тяжести;

- эффективно на небольших  рудных карьерах при раздельной  отсыпке бедных и специальных  сортов руд во временные отвалы;

Приемная способность отвальных  тупиков при таком способе  300 – 400 тыс. м³/год.

Недостатки:

1. Низкая высота отвального уступа (яруса). В мягких породах не  более 15 м и в скальных породах  не более 20 м из-за недостаточной  устойчивости ж/пути.

2. Отсутствие эффективной механизации  для передвижки железнодорожных  путей и поддержания их в безопасном состоянии. Эти работы требуют больших ручных затрат и эксплуатационных расходов.

3. Невозможность использования  плужных отвалов на неосушенных  болотах и озерах.

Бульдозерное  отвалообразование при ж/д транспорте

При этом способе укладка породы в отвал осуществляется мощными бульдозерами.

После возведения пионерной насыпи ж/д пути укладываются на расстоянии 4 - 5 м от бровки отвала. Ниже уровня путей на 1.5 – 2.0 м за счет подрезки бульдозером отвального откоса (до угла 60 – 80^о) создается рабочая площадка, на которую из думпкаров выгружается порода, перемещаемая дальше к откосу отвала бульдозером. Минимальная ширина площадки должна быть достаточной для разворота бульдозера – не менее 8 м. Длина приемной площадки должна быть равна примерно двум длинам составов. Площадка устраивается с небольшим уклоном (5 – 6^о) в сторону откоса. Состав разгружается с одного места стояния или при дистанционном управлении на ходу со скоростью 3 – 4 км/ч.

Для разгрузки одного состава обычно определяют площадку длиной 300 – 400 м.

После разгрузки состава бульдозер  перемещает породу в отвал или  в промежуточный штабель. Если к  моменту прибытия очередного состава  зона разгрузки не освобождена от породы, состав может разгрузиться в другой части заходки.

При бульдозерном отвалообразовании  при ж/д транспорте применяют  торцевую, фронтальную и смешанную  схемы работы бульдозера на площадке (см. схему 8.4 из хохр.).

Торцевая схема используется редко – для наращивания длины тупика. Фронтальная используется при малой ширине отвальной заходки. Наиболее рациональна смешанная схема, при которой перемещение породы бульдозерами  осуществляется в два приема. Вначале порода из навала перемещается  в промежуточный штабель на расстоянии до 8 м от приемного окоса, а затем при при поперечных проходах бульдозера укладывается в отвал. При этой схеме производительность бульдозера на 30 – 50 % больше, чем при торцевой.

Производительность бульдозера зависит  от дальности перемещения породы, ее кусковатости, схемы движения бульдозера при работе на площадке и, следовательно, от ширины рабочей площадки.

Производительность бульдозера с мощностью двигателя 200 – 250 кВт на ж/д отвалах угольных разрезов составляет 1100 – 1800 м³/смену. Ширина отвальной заходки при этом равняется 25 – 36 м, объем породы в составе 300 – 320 м³.

Рациональные параметры отвалов  при использовании бульдозеров  мощностью 250 – 330 кВт следующие: ширина заходки 50 – 60 м, длина тупика 1000 – 1400 м, высота отвального яруса 30 – 40 м. Рациональный годовой объем работы бульдозера составляет около 10 млн. м³.

Основное преимущество по сравнению с экскаваторным  низкие капзатраты. Удельные приведенные  затраты в 1,5 - 2,0 раза меньше, а производительность на 1 т массы оборудования в 6 – 7 раз  больше, чем при использовании  мехлопат ЭКг – 4,6 и ЭКГ – 8.

Основными недостатками являются: большой расход дизпотлива, применение бульдозеров ограничивается породами с кусковатостью 350 – 400 мм. 

С увеличением мощности бульдозеров свыше360 квт их применение на отвалах при ж/д транспорте будет эффективнее и получит  большее распространение.

Применение  одноковшовых погрузчиков. Погрузчики обладают большей маневренностью, значительно легче набирают породу у приемного откоса и имеют лучшие возможности для работы по фронтальной схеме. Ширина заходки при работе погрузчика может достигать 100 м. Наиболее эффективна работа погрузчика с бульдозером. Погрузчик доставляет породу к отвальной бровке, а бульдозер укладывает породу в отвал. Рациональная ширина заходки при этом увеличивается в 1, 5 раза.