Способ разупрочнения поверхностного слоя уступов карьеров при сезонном промерзании породы
METHOD FOR SOFTENING SURFACE LAYER OF PIT OPENINGS DURING SEASONAL FREEZING OF ROCK

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при выполнении вскрышных работ на карьерах в зимний период года на мягких горных породах сезонного промерзания.
Известна конструкция рабочего оборудования гидравлического экскаватора [1], включающая консольную стрелу, гидроцилиндры подъема-опускания стрелы, дисковую фрезу и дополнительную дисковую фрезу с отдельными механизмами их вращения. Стрела выполнена телескопической и включает корневую, промежуточную и головную секции с гидромеханизмами их телескопического выдвижения.
Недостатками рабочего оборудования являются сложность и громоздкость конструкции, высокая энергоемкость процесса разупрочнения поверхности уступов.
Известен способ разупрочнения поверхностного слоя уступов карьеров при сезонном промерзании породы [2], включающий бурение скважин со стороны уступа и на рабочей площадке уступа на всю глубину откоса, параллельно поверхности откоса рядами с минимальным из условия бурения расстоянием между скважинами в рядах и расстоянием между рядами не менее ширины ковша карьерного экскаватора. В промерзшем слое породы рабочей площадки уступа отрывают параллельно друг другу траншеи роторным траншейным экскаватором на глубину промерзания породы.
Недостатками данного способа являются невозможность разупрочнения криволинейных откосов уступов, высокая энергоемкость процесса разупрочнения и низкая технологическая эффективность за счет использования дополнительного оборудования для бурения скважин.
Известен способ подготовки к выемке скальных пород с использованием лазерного воздействия и автоматизированный комплекс для его осуществления [3], включающий лазерный прибор с возможностью продольного перемещения, осуществляющий высокотемпературное термодинамическое щелевое лазерное воздействие на горную породу. Процесс нарезания щелей и ослабления массива совмещен с послойно-полосовым фрезерованием скальных пород карьерным комбайном.
Недостатком способа является невозможность разупрочнения уступов с криволинейными поверхностями откосов.
Известен способ разрезания мерзлого грунта посредством наклонно установленной на базовой машине пальцевой фрезы с передачей на фрезу маятниковых относительно продольной ее оси колебаний [4]. Режущая часть фрезы выполнена в виде отдельно установленных зубьев, между которыми размещены термогорелки.
Недостатком способа является невозможность разупрочнения уступов с криволинейными поверхностями откосов.
Наиболее близким по технологической сущности является способ разупрочнения поверхностного слоя уступов карьеров при сезонном промерзании породы [5], включающий разупрочнение откоса на всю глубину промерзания наклонными щелями и разупрочнение промерзшего слоя породы рабочей площадки вдоль уступа путем формирования параллельно друг другу горизонтальных щелей на глубину промерзания породы с образованием перемычек между наклонными щелями и между горизонтальными щелями менее ширины ковша карьерного экскаватора. Нарезание наклонных щелей и горизонтальных щелей ведется фрезерным рабочим органом с наложением колебаний на фрезерный рабочий орган посредством механизма вибрации.
Недостатками способа является невозможность разупрочнения уступов с криволинейными поверхностями откосов, сложность рабочего оборудования, невозможность проработки дисковой фрезой на всю глубину промерзания массива в суровых климатических условиях.
Технический результат заключается в повышении производительности, надежности и технологической эффективности разупрочнения мерзлых пород посредством обеспечения возможности разупрочнения уступов с криволинейными поверхностями откосов на всю глубину промерзания в суровых климатических условиях.
Технический результат достигается тем, что в способе разупрочнения поверхностного слоя уступов карьеров при сезонном промерзании породы, включающем разупрочнение откоса на всю глубину промерзания наклонными щелями и разупрочнение промерзшего слоя породы рабочей площадки вдоль уступа путем формирования параллельно друг другу горизонтальных щелей на глубину промерзания породы с образованием перемычек между наклонными щелями и между горизонтальными щелями менее ширины ковша карьерного экскаватора, нарезание наклонных щелей и горизонтальных щелей ведется фрезерным рабочим органом с наложением колебаний на фрезерный рабочий орган посредством механизма вибрации, нарезание наклонных щелей ведется фрезерным экскаватором по криволинейной траектории откоса уступа, при этом производится дополнительное углубление наклонных щелей и горизонтальных щелей посредством лазерного прибора с защитным кожухом и рыхлителя, установленных за фрезерным рабочим органом, при этом лазерный прибор создает направленное высокотемпературное воздействие на оставшийся по глубине промерзший слой породы, подвергающийся после высокотемпературного воздействия механическому разрушению посредством рыхлителя, управляемого гидроцилиндром, с прорезанием углубочных щелей.
Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.
Способ разупрочнения поверхностного слоя уступов карьеров при сезонном промерзании породы изображен на чертежах.
На фиг. 1 - нарезание наклонных щелей в откосе промерзшего уступа фрезерным экскаватором; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.
Способ разупрочнения поверхностного слоя уступов карьеров при сезонном промерзании породы включает разупрочнение откоса 1 по криволинейной траектории 2 на всю глубину промерзания 3 наклонными щелями 4. Разупрочнение промерзшего слоя 5 породы рабочей площадки 6 осуществляется вдоль 7 уступа 8 путем формирования параллельно 9 друг другу горизонтальных щелей 10 на глубину промерзания 3 породы с образованием перемычек 11 между наклонными щелями 4 и между горизонтальными щелями 10 менее ширины 12 ковша карьерного экскаватора 13. Фрезерный экскаватор 14 оборудован фрезерным рабочим органом 15 с механизмом вибрации 16, обеспечивающим наложение колебаний на фрезерный рабочий орган 15. Дополнительное углубление 17 оставшегося по глубине 18 промерзшего слоя 5 породы осуществляется посредством лазерного прибора 19 с защитным кожухом 20 и рыхлителя 21, управляемого гидроцилиндром 22, с прорезанием углубочных щелей 23.
Способ разупрочнения поверхностного слоя уступов карьеров при сезонном промерзании породы осуществляется следующим образом.
Разупрочнение откоса 1 на всю глубину промерзания 3 ведется наклонными щелями 4. Разупрочнение промерзшего слоя 5 породы рабочей площадки 6 осуществляется вдоль 7 уступа 8 путем формирования параллельно 9 друг другу горизонтальных щелей 10 на глубину промерзания 3 породы с образованием перемычек 11 между наклонными щелями 4 и между горизонтальными щелями 10 менее ширины 12 ковша карьерного экскаватора 13. Нарезание наклонных щелей 4 и горизонтальных щелей 10 ведется фрезерным рабочим органом 15 с наложением колебаний на фрезерный рабочий орган 15 посредством механизма вибрации 16. Нарезание наклонных щелей 4 ведется фрезерным экскаватором 14 по криволинейной траектории 2 откоса 1 уступа 8. Производится дополнительное углубление 17 наклонных щелей 4 и горизонтальных щелей 10 посредством лазерного прибора 19 с защитным кожухом 20 и рыхлителя 21, установленных за фрезерным рабочим органом 15. Лазерный прибор 19 создает направленное высокотемпературное воздействие на оставшийся по глубине 18 промерзший слой 5 породы, подвергающийся после высокотемпературного воздействия механическому разрушению посредством рыхлителя 21, управляемого гидроцилиндром 22, с прорезанием углубочных щелей 23.
Способ повышает надежность, технологическую эффективность и экологическую безопасность разупрочнения мерзлых пород.
Источники информации:
1. Патент РФ №2380487 от 27.01.2010. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора.
2. Патент РФ №2187647 от 20.08.2002. Способ разупрочнения поверхностного слоя уступов карьеров при сезонном промерзании породы.
3. Патент РФ №2527445 от 27.08.2014. Способ подготовки к выемке скальных пород с использованием лазерного воздействия и автоматизированный комплекс для его осуществления.
4. Патент РФ №2316631 от 10.02.2008. Способ разрезания мерзлого грунта.
5. Патент РФ №2634149 от 24.10.2017. Способ разупрочнения поверхностного слоя уступов карьеров при сезонном промерзании породы.