Технологии создания устойчивых форм рельефа в прибортовой части карьера

УДК 622.271.333

ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ УСТОЙЧИВЫХ ФОРМ РЕЛЬЕФА В ПРИБОРТОВОЙ ЧАСТИ КАРЬЕРА

1 9

Ф.В. Дудинский1, В.В. Гущенко2

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Оценено воздействие разработки месторождений полезных ископаемых на окружающую среду. Представлены результаты исследований техногенных водоемов, образованных при отработке месторождений песчано-гравийной смеси. Выполнены разделение и анализ технологических схем по признаку формирования рельефа в прибортовой части карьера. Произведен графоаналитический метод расчета технологической схемы отработки месторождения. Определены основные конструктивные параметры схемы по формированию внутреннего отвала.

Ил. 2. Библиогр. 1 назв.

Ключевые слова: горное дело; строительные материалы; песчано-гравийная смесь; растительность; борт карьера.

TECHNOLOGIES TO CREATE STABLE RELIEF FORMS IN NEAR-WALL PARTS OF PITS F.V. Dudinsky, V.V. Gushchenko

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The environmental impact of exploitation of mineral deposits is assessed. The article presents the study results of man-made bodies of water formed when mining deposits of sand and gravel. The classification and analysis of flow diagrams are performed according to the criterion of relief formation in the near-wall part of the pit. A graph-analytic method has been developed to calculate the deposit management plan. The main design parameters of the flow diagram on the inside dump formation are determined. 2 figures. 1 source.

Key words: mining; building materials; sand-gravel aggregate; vegetation; open pit wall.

Разработка месторождений полезных ископаемых сопровождается деформацией окружающей среды, проявляющейся в изменении всех компонентов геосистемы и разомкнутости природной среды. Наиболее сильное воздействие открытых горных работ выражается в нарушении целостности природных ландшафтов и верхней части гидролитосферы, выходящих также за пределы месторождений и отводов.

Если не создавать искусственные благоприятные условия для природной среды, то природно-техногенная система восстанавливается и стабилизируется несколько десятков лет, а в некоторых случаях изменение естественной структуры приводит к деградации отдельных территорий, которая вообще может носить необратимый характер [1]. Особенно это характерно для северных условий, где примерно на 30% площадей нарушенных ландшафтов биогенозы не восстанавливаются, а на остальных восстановление происходит от 5 до 100 лет.

При рекультивации нарушенных горными работами поверхностей для последующего хозяйственного использования создаются техногенные или природно-техногенные объекты, в которых первоначальные благоприятные условия (по крайней мере для кустарниковой и травяной растительности) определяются формой рельефа с присущими ему геометрическими па-

раметрами, устойчивыми с геомеханических и экологических позиций, что способствует распространению отдельных видов растительности, а также биоты и дальнейшему восстановлению природно-ресурсного потенциала территории. Даже в местностях севера и востока природные системы в этом случае самовосстанавливаются (до определенной стадии природно-техногенного объекта) за относительно короткий промежуток времени, например, появляется растительность на отвалах вскрыши.

Исследования затопленных карьерных выемок показали, что после отработки месторождений песчано-гравийной смеси, расположенных в условиях Восточной Сибири, на техногенных площадях сначала образуется травяная, затем кустарниковая и древесная растительность. Распределение зон наличия растений разных видов зависит от экспозиции склона и его откоса, а также наличия плодородных (ПП) или потенциально-плодородных пород (ППП). Было установлено, что на площадях, где имеются ПП или ППП, хорошо развита травяная растительность и ивовые деревья. Эти участки подвержены эрозии в наименьшей степени. Один из доминирующих видов древесной растительности - облепиховые деревья, которые хорошо растут на отвалах разрезов, сложенных из рыхлых грунтов легкого механического состава. По результа-

1 Дудинский Федор Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952) 405104.

Dudinsky Fyodor, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Exploitation of Mineral Deposits, tel.: (3952) 405104.

2Гущенко Виталий Викторович, аспирант, тел.: 89500669626, e-mail: go-03-2@mail.ru Gushchenko Vitaly, Postgraduate, tel.: 89500669626, e-mail: go-03-2@mail.ru

там проведенных натурных наблюдений установлено, что на поверхности отвалов и уступов в первый же год отработки начинает образовываться травяная растительность, а кустарниковая и древесная - в конце второго года без наличия плодородного слоя, при его присутствии уже к концу первого - началу второго года. Через 2-4 года на отработанных участках песчано-гравийной смеси в зависимости от их экспозиции без наличия плодородного слоя возникает растительный покров со средней густотой стояния. При наличии ПП время становления растительного покрова сокращается в 1,5-2 раза.

В ходе исследований установлено, что создание благоприятных условий стабилизации и частичное восстановление нарушаемых горными работами поверхностей в прибортовой части карьера достигается формированием его нерабочего борта и примыкающих отвалов в виде ломаного профиля. Поверхность со стороны выработанного пространства в нижней части выработки, подверженной водному воздействию, имеет меньший наклон, а в наводной - с углом до 25 градусов, в зависимости от экспозиции склона.

Таким образом, темпы восстановления природно-техногенного объекта определяются характером воздействия и созданным после окончания горных работ рельефом. Также одним из важных условий, влияющих на становление растительного покрова на техногенной поверхности, является время.

Увеличение сроков, отведенных на восстановление, обеспечивается совмещением вскрышных и ре-культивационных работ. Необходимость совмещения процесса отработки и рекультивации связана с сокращением времени и экономических затрат на возврат земель в пригодное для дальнейшего использования состояние, а также для исключения необходимости выполаживания откосов, на которых за время отработки месторождения появилась растительность.

Технически совмещение процессов достигается, во-первых, направлением отработки карьера от контуров запасов к его центральной части, то есть системой разработки, во-вторых, технологией ведения горных работ, предусматривающей совмещение в технологическом цикле вскрышных, добычных и рекультиваци-онных работ в прибортовой части карьера.

Рассматриваемые месторождения ПГС характеризуются небольшой мощностью вскрышных пород до 2 м и пластом полезного ископаемого до 10 м. Коэффициент вскрыши на исследуемых участках не достигает единицы. Это благоприятно сказывается на использовании технологии бестранспортного отвалооб-разования посредством применения на вскрышных работах экскаватора драглайна. Выемка сырья осуществляется этим же экскаватором в штабель временного хранения, в дальнейшем из которого будет производиться отгрузка в автотранспорт.

Для подобных условий разработано несколько вариантов отработки месторождений, отличающихся последовательностью и порядком ведения горных работ, и технологии, позволяющие создавать устойчивые формы рельефа в прибортовой части карьера в процессе ведения вскрышных и добычных работ.

Технологические схемы разделяются на три группы по признаку формирования рельефа в приборто-вой части карьера:

- отсыпкой пород;

- выемкой пород из целика;

- комбинированием (формирование части поверхности из целика и другой части путем отсыпки).

Производство работ с применением технологических схем первой группы предусматривает вскрытие месторождения вдоль намеченного верхнего контура карьера без проведения специальных выработок (выработка от первой заходки экскаватора является вскрывающей), выемку и размещение во временные отвалы пород вскрыши и полезного ископаемого на поверхности месторождения за контуром или внутри карьера.

В качестве примера представлены две принципиальные технологические схемы, отличающиеся местом расположения временного отвала вскрышных пород (рис. 1, 2).

При размещении временных отвалов вскрыши внутри контура карьера (см. рис. 1) экскаватор располагается в пределах отрабатываемой полосы. Заход-ка отрабатывается торцевым забоем. Если параметры заходки не позволяют сформировать по ширине выработанное пространство для последующего размещения пород вскрыши, то используется зигзагообразный ход экскаватора для его расширения или выполняется вторая заходка.

При отработке заходки вскрыша и полезное ископаемое вынимаются последовательно с одной точки стояния драглайна. Отсыпка вскрышного отвала производится на поверхность отрабатываемой полосы по ходу движения драглайна, а складирование ПГС осуществляется в штабель, который располагается на поверхности последующей полосы.

После создания отвала ПГС драглайном выполняется перемещение пород вскрыши из отвала в выработанное пространство. Для создания рельефа с наклонными поверхностями отсыпка вскрыши производится отдельными примыкающими друг к другу конусами различной высоты при изменении угла поворота экскаватора, также можно использовать веерную разгрузку ковша драглайна. Отгрузка и вывозка песча-но-гравийной смеси из штабеля начинается за пределами зоны действия драглайна.

Необходимая ширина выработанного пространства по низу вычисляется как:

в = к0  с^ао + \  с%ап + +КС^ан - НвС^ав - НпС^ад >

где \ - высота части вскрышного отвала, м; кп -высота подводной части отвала, м; йя - высота надводной части отвала, м; ап - угол откоса подводной части отвала, град.; ан - угол откоса надводной части отвала, град.; ао - угол откоса вскрышного отвала, град.; Н - мощность вскрыши, м; а - угол

откоса вскрышного уступа, град.; Нп - мощность полезного ископаемого, м; ад - угол откоса добычного уступа, град.

Ширина заходки драглайна по поверхности при условии раздельной отсыпки пород вскрыши и ПГС расчитывается по формуле

А =

( + ^^ - Нп^ап - К)Но но + Нп Кр

+ 2Hectgаe,

где Н - высота отвала ПГС, м; К - берма между верхней бровкой борта карьера и нижней бровкой отвала, м; к - коэффициент разрыхления пород

вскрыши.

Рис. 1. Технологическая схема отработки прибортовой части карьера с расположением временного вскрышного

отвала внутри контура месторождения

Рис. 2. Технологическая схема отработки прибортовой части карьера с расположением временного вскрышного

отвала за контуром месторождения

По окончанию работ по формированию поверхности в прибортовой части карьера продолжается отработка месторождения продольными заходками, для чего создается выработанное пространство, куда размещают породы вскрыши от отработки последующих заходок.

При технологической схеме с размещением временного вскрышного отвала за контуром карьера (см. рис. 2) отработка полосы производится несколькими заходками.

Первая широкая заходка проходится по вскрышным породам драглайном, и отвал располагают за контуром карьера. Следующая заходка выполняется по полезному ископаемому, которое вынимается и размещается в штабель внутри контура карьера на поверхности для последующей отгрузки в автотранспорт. Третий ход драглайна осуществляется для расширения выработанного пространства. С оси этого хода производится выемка сырья и его складирование на место, где ранее располагался штабель, образованный из породы, вынутой при отработке второй за-ходки. Четвертый ход экскаватора располагается за пределом контура запасов. Он необходим для перемещения вскрышного отвала в выработанное пространство и одновременного восстановления прибор-товой поверхности карьера. Завершающая заходка позволяет создать карьерную выемку, которая в дальнейшем будет использоваться для внутреннего отва-лообразования.

Разработанные технические решения позволят:

• создать устойчивый техногенный рельеф в при-бортовой части карьера в начальный период разработки месторождения, что обеспечит условия для дальнейшего естественного или искусственного восстановления ландшафта;

• увеличить время на восстановление растительного покрова на нарушенных территориях;

• совместить вскрышные, добычные и рекульти-вационные работы во времени и выполнять все технологические операции практически одним оборудованием;

• снизить продолжительность вредного воздействия горных работ на окружающую природную среду.

Преимуществом технологической схемы отработки месторождения, представленной на рис. 2, является ее простота в осуществлении. Это достигается благодаря небольшому числу заходок драглайна. Применение бестранспортной системы разработки позволяет значительно снизить затраты на отработку месторождения.

Принцип отработки месторождения песчано-гравийной смеси заключается в проведении вскрывающих выработок, разрезной траншеи и выемке пласта полезного ископаемого на всю мощность одним усту-

пом. Для создания условий беспрепятственного доступа выемочного оборудования к ПГС в целях его выемки необходимо пройти четыре заходки.

Ось пионерной заходки располагается за контуром запасов (см. рис. 2). Отвалообразование - внешнее. Выемка блока полезного ископаемого производится с этой же точки стояния. Отгрузка ПГС производится в штабель временного хранения, расположенный за отвалом вскрыши с внешней стороны относительно контура запасов.

Со второй заходки ЭДГ-3,2/30 производится вскрыша. Отвал при этой заходке располагается внутри контура запасов. Штабель полезного ископаемого отгружается за вскрышной отвал. Это необходимо для свободного размещения штабеля и беспрепятственной отгрузки его в автотранспорт.

Третья заходка служит для перемещения вскрышного отвала, образованного от первой заходки, в выработанное пространство. При этом производится частичное формирование проектного контура борта карьера, который в дальнейшем не претерпевает техногенного воздействия.

Четвертая заходка - ход совмещенного перемещения, проходится со стороны рабочего борта карьера. Его ось располагается так, чтобы радиуса разгрузки было достаточно для отсыпки вскрыши в выработанное пространство с формированием конечного контура безбермового борта. За счет чередования очистных, вскрышных и работ по перемещению существующего отвала в выработанное пространство удается произвести все эти процессы с одной точки стояния. На этом ходе экскаватора отображена схема совмещения трех технологических процессов, выполняемых одним выемочным оборудованием.

Пятый ход экскаватора служит для создания выработанного пространства, которое в дальнейшем планируется использовать для складирования вскрышной породы. При этом производится выемка полезного ископаемого на проектную глубину, ведение вскрышных работ и перемещение отвала в выработанное пространство. Все эти процессы выполняются одним экскаватором без какого-либо перемещения в пространстве. Для размещения отвала и штабеля используется веерная схема расположения вскрыши относительно вертикальной оси стояния экскаватора. За счет такой системы отвалообразования удается сохранить производительность драглайна благодаря уменьшению угла поворота при разгрузке.

Преимуществом предложенной схемы является отсутствие переэкскавации, что благотворно сказывается на производительности выемочного оборудования. При выполнении технологических схем отработки достигается высокая производительность экскаватора благодаря уменьшению угла поворота при разгрузке.

Библиографический список

1 Сметанин В.И. Рекультивация и обустройство нарушенных земель. М.: КолосС, 2003. 94 с.