Определение параметров складов горных пород с учетом выбранного направления горнотехнического этапа рекультивации

© O.E. Русак, M.A. Маринин, Ю.А. Комаров, 2013

УДК 622.271.46

О.Е. Русак, М.А. Маринин, Ю.А. Комаров

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СКЛАДОВ ГОРНЫХ ПОРОД С УЧЕТОМ ВЫБРАННОГО НАПРАВЛЕНИЯ ГОРНОТЕХНИЧЕСКОГО ЭТАПА РЕКУЛЬТИВАЦИИ

Показана важность складирования горных пород. Показана важность рекультивации складов горных пород. Получены формулы для определения параметров складов.

Ключевые слова: складирование, рекультивация, отвалообразование.

При проектировании отвалов и складов горных пород, как правило, не учитывается морфология объектов, получаемых в результате проведения горнотехнического этапа рекультивации, что приводит к дополнительным затратам на её проведение.

Оптимальной схемой формирования склада является такая схема которая обеспечит минимум затрат на горнотехническом этапе рекультивации.

Использование в процессе складирования плодородного слоя почвы (ПСП) и потенциально плодородных пород (ППП) позволит создать склад, на котором сырье будет храниться долгие годы и позволит снизить площадь занимаемыми отвалами ППП и ПСП. В настоящее время склады долговременного хранения потенциального полезного ископаемого в некоторых случаях представляют навалы некондиционной руды, засыпанные еще менее богатыми рудами, что не способствует сохранению этих руд и проведению горнотехнической рекультивации. Предлагаемая схема позволит совместить во времени работы по формированию склада и его рекультивации.

При разработке месторождений минерального сырья с применением углубочных систем с размещением вскрышных пород вне контура карьера необходимым условием своевременной рекультивации склада является выбор технологической схемы отсыпки пород. Схема отсыпки разнотипных пород при этом должна соответствовать выходу их из карьера в период его эксплуатации. Так, на карьерах малой мощности при селективном формировании одноярусных складов с последующим выполажива-нием откосов до требуемого угла (согласно выбранному направлению рекультивации) можно производить формирование склада по схеме, предусматривающей размещение ППП в периферийной части насыпи. Отсыпка ППП, начиная с предельного контура склада, способствует интенсификации рекультивационных работ. При этом ширина отсыпки зависит от высоты склада, углов естественного откоса и выполаживания.

В целях определения параметров одноярусного склада устанавливается общий объем размещаемых временно неиспользуемых горных пород

V = Упп + ^НП,

> >

Рис. 1. Схема выполаживания откосов трехъярусного склада с использованием ППП и ПСП в периферийной части склада

Таблица 1

Расчет объемов пород при селективном формировании склада при округлой его форме

Объем складируемых временно неиспользуемых пород, млн м Площадь склада, га Объем ППП, 3 млн м Объем ПСП, 3 тыс. м Объем ГПР, 3 тыс. м

10 67,4 1,3 106,1 185,9

20 130,3 2,3 220,2 258,6

30 192,6 3,2 335,6 314,4

40 254,5 4,1 451,8 361,4

50 316,2 4,9 568,4 402,8

60 377,7 5,8 685,4 440,3

70 439,1 6,6 802,6 474,7

80 500,4 7,5 920,0 506,7

90 561,7 8,3 1037,5 536,9

Рис. 2 Схема размещения навала плодородного слоя почвы: L - расстояние между навалами, м; Носн1 - ширина основания насыпи ПСП, м; ЬПСП - мощность наносимого почвенного слоя, м; - площадь насыпи ПСП за выиетом площади наносимого слоя на данный участок, м2; Бг - площадь под нанесение ПСП до следующего навала, м2; ННАВ - высота навала ПСП, м; а - угол естественного состояния насыпи ПСП

где V - общий объем складируемых горных пород, м3; - объем потенциально плодородных горных пород, размещаемых в периферийной части склада, м3; ^п - объем непригодных для рекультивации горных пород, м3.

Объем ППП, необходимых для селективного формирования откосов склада.

VПlПo =*Н2(с^З- Сда) х

Щ>

пИ

\

- 0,25 Шдр + 0,75 Шда

,

х

где Кр - коэффициент разрыхления; Н - высота склада, м; Р - угол выполажи-вания откоса склада, градус;а - угол естественного откоса склада, градус.

Для нанесения на поверхность склада необходимо иметь объем ППП

( Г7777- Л2

Т J Кр _ L

Vnni пппп

VKp лИ

- 0,5Hctgp

,

где Ипп - мощность нанесения потенциально плодородных пород на горизонтальную поверхность склада, м.

Общий объем ППП для селективного формирования складов округлой формы

^П = ^ПКПРо + ^ППг,

Объем горно-планировочных работ (ГПР) при выполаживании откоса склада до угла Р V*' = 0,25 %И2(- Сда) х

f

IVKl

лИ

\

0,5 Hctgp

По мере подвигания фронта работ по формированию склада, поверхности, сформированные ППП, покрываются ПСП.

Объем ПСП, укладываемого на откосы склада

VX = ^Пр-^щЛм,

sin Р v

где hnc - мощность нанесения плодородного слоя почвы, м.

На поверхность склада укладывается следующий объем ПСП

(

VKPi = л^

WKP лИ

Y

0,5 Hctgp

\ / Для рекультивации склада округлой формы необходимо иметь ПСП в объеме

v:кPр=vпкр0+vпрг,

В соответствии с разработанной методикой произведен расчет схемы селективного формирования складов для следующих условий: объем складируемых вскрышных пород V = 16, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90 млн

о

м ; высота склада Н = 20 м; угол откоса склада равен 37 ; угол выпола-живания откоса склада Р = 210; коэффициент разрыхления пород Кр = 1,2; мощность укладки ППП Ипп= 1,2 м; мощность нанесения плодородного слоя почвы Ипс = 0,2 м. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Землевание — заключительный этап горнотехнической рекультивации, который включает комплекс работ по доставке и нанесению ПСП [1]. Доставка ПСП на рекультивируемую поверхность осуществляется скреперами или автосамосвалами различной грузоподъемности непосредственно от места снятия или временного складирования почвы. При этом технология и организация рекультивационных работ определяются принятыми параметрами рекультивируемого склада или отвала и вместимостью кузова транспортной единицы.

Одним из наиболее экономичных и эффективных способов является формирование ПСП на поверхности и откосах складов с использованием бульдозерной техники.

Для минимизации объема работ и затрат на формирование ПСП ставится задача определения рациональных параметров размещения и формирования ПСП на рекультивируемые земли при выбранном комплексе технологического оборудования Бульдозер - автосамосвал. Данная задача рассматривается с учетом параметров горнотранспортного оборудования, занятого на транспортировании и формироваии ПСП и мощности наносимого ПСП.

Рассмотрим схему размещения ПСП после разгрузки рис. 1.

После разгрузки из кузова автосамосвала ПСП располагается в виде призмы определенной формы. Площадь основания навала в плане в основном зависит от разгруженного объема, ширины кузова автосамосвала и угла естественного откоса.

Площадь навала ПСП за разгрузку за вычетом площади ПСП под нанесение на этом участке S1 должна покрыть площадь поверхности S2 под нанесение ПСП до следующего навала. Тогда S1= S2.

Площадь S1 рассмотрим через площадь треугольника

S1 =

Площадь нанесения ПСП до следующего навала S2 рассмотрим через площадь параллелограмма

S 2 = L • ЬпСп,

С учетом формулы (9) и (10) расстояние между навалами L

L =

V

Vh

H • ctg а

авт

- К

• ctg а

К

или скрепера, м

транспортного оборудования занятого на горнотехнической рекультивации

L =

V

V, • k

H • ctg а

авт ^

- К

• ctg а

где Наю — ширина кузова автосамосвала, м; Vнпcп — объем навала ПСП (объем насыпи ПСП условно рассмотрим через объем призмы).

Объем насыпи ПСП за одну разгрузку Vнпcп равен объему кузова автосамосвала, с учетом степени его заполнения

^ = V, -К ,

где Vк — объем кузова автосамосвала *3- кз - коэффициент автосамосвала

заполнения кузова плодородной почвой.

Таким образом, расстояние между навалами с учетом параметров горно-

где кр — коэффициент разрыхления почвы.

Исходя из выражения (13) рассмотрим зависимость расстояния между навалами ПСП от параметров горнотранспортного оборудования занятого на горнотехническом этапе рекультивации отвалов. На рис. 2 представлена зависимость изменения расстояния между навалами (Ь) от вместимости ковша или кузова (V,) при сплошном землевании и изменении мощности наносимого слоя Ьпсп .

На рис. 3 рассмотрена зависимость изменения количества отсыпок почвы на 1 га от вместимости ковша или кузова (V,) при сплошном земле-вании и изменении мощности наносимого слоя Ьпсп .

Таким образом, рациональная технология нанесения ПСП на рекультивируемую поверхность склада обеспечивается при условии выполнения работ в соответствии с размерами рекультивируемой площади, параметрами применяемого оборудования и мощностью слоя почвы. Предложенная технология нанесения ПСП на рекультивируемую поверхность склада позволяет уменьшить объемы горнопланировочных робот и улучшить организацию рекультивации нарушенных земель. Хотя складирование пород потребует увеличения капиталовложений в сравнении с традиционным отвало-образованием, экономический эффект от реализации продукции на основе

Рис. 3 Зависимость расстояния между навалами (Ь) от вместимости ковша или кузова автосамосвала (Vк) при мощности наносимого слоя Ьпсп соответственно 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1 м

¿3-156

] I  г1. . ! 1 : | 1: . :1 ко1 11.1 \ .ни мЗ

В

I

Рис. 4 Зависимость количества отсыпок на 1 га от вместимости ковша или кузова автосамосвала (Vк) при мощности наносимого слоя Ьпсп соответственно 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1 м

сырья, размещенного в складе, может мые затраты на изменение технологии значительно превысить предполагае- отвалообразования [2].

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фомин с.И., Убугунов Э.Ё., Убугунов В.Ё. Рациональное использование и восстановление нарушенных земель / Издательство Бурятского научного центра СЩ РАН, Улан-Удэ, 2012, с. 87.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

2. Холодняков Г.А., Гридина Е.Б. Экономические основы выбора рациональной схемы склада техногенного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2004, вып. 11, с. 164—170. ЕШ

Русак Олег Евгеньевич — аспирант, rusakol@yandex.ru, Маринин Михаил Анатольевич — аспирант, mihmarinin@ya.ru, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»,

Комаров Юрий Альбертович — аспирант, ведущий инженер горного отдела, kom.yura@mail.ru, «ВНИИ Галургии».