Способ формирования внешнего отвала вскрышных пород при проходке траншеи
METHOD FOR FORMATION OF EXTERNAL DUMP OVERBURDEN DURING TRENCHING

Заявляемое изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых  по бестранспортной системе в сложных горно-геологических условиях.
Заявляемое изобретение относится  к приоритетным направлениям развития науки и технологии  «Технологии экологически безопасной  разработки месторождений  и добычи полезных ископаемых», поскольку решает одну из проблем, связанную с механизацией и экологической безопасностью  открытых горных работ [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий /  Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. – М. : ПАТЕНТ, 2008. – с.110].
Проблема повышения эффективности способа отсыпки вскрышных пород во внешний отвал при проходке траншеи заключается в следующем.
Известен способ проходки траншеи с переэкскавацией пород вскрыши драглайнами [Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть 2. Технология и комплексная механизация. М, Недра. 1985, стр. 217, рис. 6.13]. Траншея проходится продольными вскрышными заходками с переэкскавацией и складированием пород вскрыши во внешний отвал, размещаемый  на верхней площадке нерабочего борта карьера. Породы вскрыши отсыпают во внешний отвал драглайнами по фронту, который формируют вдоль верхней бровки нерабочего борта карьера. При  этом, заходки отрабатывают в направлении от рабочего борта карьера к нерабочему.
Общими признаками известного способа проходки траншеи с переэкскавацией пород вскрыши драглайнами с заявляемым изобретением являются:
-  проходка траншеи продольными вскрышными заходками;
- складирование пород вскрыши во внешний отвал, размещаемый  на верхней площадке нерабочего борта карьера;
- формирование внешнего отвала по фронту работ.
Недостатками известного способа проходки траншеи с переэкскавацией пород вскрыши драглайнами являются:
-  низкая производительность  вследствие значительного расстояния перемещения пород и большой площади нарушенных земель под внешним отвалом;
- значительные по величине объёмы переэскавации при перемещении пород вскрыши;
- значительные затраты на перемещение пород вскрыши и восстановление нарушенных земель.
Известен способ бестранспортной  проходки разрезной траншеи по  патенту РФ  на изобретение №  2520234, МПК Е21С41/26,  опубликовано 20.06.2014. Этот способ   включает ведение вскрышных работ продольными  вскрышными  заходками,  перемещение пород вскрыши из забоя продольной вскрышной заходки в поперечном направлении к продольной вскрышной заходке,  укладку пород вскрыши во внешний отвал по фронту отсыпки с внешним и  внутренним  бортами,   размещаемый на верхней площадке нерабочего борта карьера.
Общими признаками известного способа с заявляемым изобретением являются:  ведение      вскрышных    работ    продольными      вскрышными  заходками,  перемещение пород вскрыши из забоя продольной вскрышной заходки в поперечном направлении к продольной вскрышной заходке,  укладка пород вскрыши   во   внешний   отвал,     размещаемый на верхней площадке нерабочего борта карьера, отсыпка пород вскрыши   наклонными слоями  с внешним и  внутренним  бортами.
Недостатками известного способа являются:
- низкая производительность  вследствие значительного расстояния перемещения пород и большой площади нарушенных земель под внешним отвалом;
-значительные затраты на перемещение пород вскрыши и восстановление нарушенных земель.
За прототип принят  способ отсыпки вскрышных пород во  внешний отвал при бестранспортной проходке разрезной траншеи по  патенту РФ на изобретение №  2672294, МПКЕ21С41/26, опубликовано 13.11.2018. Этот способ включает ведение вскрышных работ продольными  вскрышными  заходками,  перемещение пород вскрыши в поперечном направлении к продольной вскрышной заходке, отсыпку вскрышных пород во внешний отвал наклонными слоями с внешним и  внутренним  бортами, размещаемый на верхней площадке нерабочего борта карьера, складирование пород вскрыши в нижнюю среднюю продольную  отвальную насыпь с верхней рабочей площадкой по середине ширины основания внешнего отвала нерабочего борта карьера.
Общими признаками прототипа с заявляемым изобретением являются:
- ведение вскрышных работ продольными вскрышными заходками,  перемещение пород вскрыши из забоя продольной вскрышной заходки в поперечном направлении к продольной вскрышной заходке, отсыпка вскрышных пород во внешний отвал, размещаемый на верхней площадке нерабочего борта карьера, складирование пород вскрыши наклонными слоями с внешним и внутренним бортами с формированием откосов вскрышных пород внешнего и внутреннего бортов внешнего отвала;
- складирование пород вскрыши в нижнюю среднюю продольную  отвальную насыпь с верхней рабочей площадкой, размещаемую по середине ширины основания внешнего отвала нерабочего борта карьера;
- складирование пород вскрыши на внешние и внутренние откосы верхней средней продольной отвальной насыпи  нерабочего борта карьера;
- на участках между верхними внешней и внутренней границами внешнего отвала нерабочего борта карьера и верхними бровками внешнего и внутреннего откосов верхней средней продольной отвальной насыпи с верхней рабочей площадкой нерабочего борта карьера, соответственно, породы вскрыши,  отсыпают в верхние внешнюю и внутреннюю продольные отвальные заходки с верхними рабочими площадками, соответственно.
Недостатками известного способа являются:      - низкая производительность  вследствие значительных расстояния  и затрат времени на перемещение пород вскрыши при увеличенном количестве проходов экскавационно-транспортирующего комплекса, связанной  с незначительным по величине количеством пород вскрыши, приходящимся на один проход экскавационно-транспортирующего комплекса.
Задачей заявляемого изобретения является повышение производительности при формировании внешнего отвала вскрышных пород при проходке  траншеи в результате увеличения объёма перемещаемых отвальных пород за один проход вскрышного оборудования.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении производительности.
Технический результат достигается тем, что способ формирования  внешнего отвала  вскрышных пород при проходке траншеи, включает ведение вскрышных работ продольными вскрышными заходками, перемещение пород вскрыши в поперечном направлении к продольной вскрышной заходке и складирование  пород вскрыши наклонными слоями  во внешний отвал с откосами отвальных пород вскрыши внешнего и внутреннего бортов нерабочего борта карьера, размещаемый на верхней площадке нерабочего борта карьера, при этом внешний отвал формируют посредством складирования пород вскрыши в нижнюю среднюю продольную отвальную насыпь с верхней рабочей площадкой,   отсыпаемую по середине ширины  основания внешнего отвала нерабочего борта карьера, причём  породы вскрыши складируют на внешние и внутренние откосы верхней средней отвальной насыпи  нерабочего борта карьера, на участках между верхними внешней и внутренней границами внешнего отвала нерабочего борта карьера и верхними бровками внешнего и внутреннего откосов верхней средней отвальной насыпи с верхней рабочей площадкой нерабочего борта карьера, породы вскрыши, соответственно, отсыпают в верхние внешнюю и внутреннюю продольные отвальные заходки с верхними рабочими площадками, соответственно, согласно изобретению, породы вскрыши складируют в нижние продольные внутренние и внешние   отвальные насыпи с верхними рабочими площадками, размещаемые вдоль нижних внешней и внутренней границ внешнего отвала нерабочего борта карьера, соответственно, формируя траншею из пород вскрыши, причём внешний откос нижней внутренней продольной отвальной насыпи  внутреннего нерабочего борта карьера совмещают с внутренним бортом траншеи из пород вскрыши, внутренний откос нижней внешней продольной отвальной насыпи внешнего нерабочего борта карьера совмещают с внешним бортом траншеи из пород вскрыши, дно траншеи из пород вскрыши совмещают с  верхней  рабочей площадкой нижней средней отвальной насыпи, при этом породы вскрыши складируют в траншею из пород вскрыши, отсыпая  выше уровня верхних рабочих площадок нижних продольных внешних и внутренних  отвальных  насыпей, размещаемых вдоль нижних внешней и внутренней границ внешнего отвала нерабочего борта карьера, верхнюю среднюю продольную отвальную насыпь с верхней средней рабочей площадкой, а породы вскрыши складируют во внешний отвал нерабочего борта карьера по ширине его верхней площадки, определяемой по следующей математической формуле:
а =  3 в , м ,
где  а – ширина верхней площадки внешнего отвала нерабочего борта карьера, м;
в -  ширина рабочей площадки вскрышного оборудования при складировании пород вскрыши во внешний отвал нерабочего борта карьера, м.
Породы вскрыши складируют в нижние продольные внутренние и внешние отвальные насыпи с верхними рабочими площадками, размещаемые вдоль нижних внешней и внутренней границ внешнего отвала нерабочего борта карьера, соответственно. Складирование пород вскрыши в такие насыпи увеличивает их высоту и, пропорционально этой величине, увеличивает объём отвальных пород в такой насыпи, и, в соответствии с этим, объём отвальных пород для одного прохода вскрышного оборудования, повышая его производительность. Это направлено на достижение технического результата.
Внешний откос нижней внутренней продольной отвальной насыпи  внутреннего нерабочего борта карьера совмещают с внутренним бортом траншеи из пород вскрыши, внутренний откос нижней внешней продольной отвальной насыпи внешнего нерабочего борта карьера совмещают с внешним бортом траншеи из пород вскрыши, дно траншеи из пород вскрыши совмещают с  верхней  рабочей площадкой нижней средней продольной отвальной насыпью. В результате этих  технологических приёмов формируется траншея из пород вскрыши для размещения отвальных пород, увеличивающих их  объём  для одного прохода вскрышного оборудования, повышая его производительность. Это направлено на достижение технического результата.
Засыпка породами вскрыши траншеи из пород вскрыши до уровня верхних рабочих площадок нижних продольных внешних и внутренних  отвальных  насыпей, размещаемых вдоль нижних внешней и внутренней границ внешнего отвала нерабочего борта карьера, и выше уровня верхних рабочих площадок нижних продольных внешних и внутренних  отвальных  насыпей, размещаемых вдоль нижних внешней и внутренней границ внешнего отвала нерабочего борта карьера, представляет возможность сформировать верхнюю среднюю продольную отвальную насыпь с верхней средней рабочей площадкой за один приём, то есть за один проход экскавационно-транспортирующего комплекса. Такой приём засыпки траншеи увеличивает объём засыпаемой отвальной породы в траншею примерно в два раза, а также объём перемещаемой породы вскрышным оборудованием за один его проход, повышая его производительность.  Это направлено на достижение технического результата.
Породы вскрыши складируют во внешний отвал по ширине его  верхней площадки нерабочего борта карьера,  определяемой по математической формуле указанной выше. Математическая формула представляет возможность определить ширину верхней площадки  внешнего отвала нерабочего борта карьера, величина которой позволяет сформировать верхнюю площадку внешнего отвала наименьшего размера,  включающую по крайней мере две - три верхних рабочих площадки продольных отвальных заходок, то есть уменьшить ширину отвальной насыпи при заданных углах откоса бортов внешнего отвала. Это увеличивает производительное время работы экскавационно-транспортирующего комплекса, повышая его производительность, что  направлено на достижение технического результата.
Изложенная технология формирования внешнего отвала и последовательность процессов складирования пород вскрыши позволяет сближать две отвальные насыпи с верхними рабочими площадками на уровне верхней площадки нерабочего борта карьера, увеличить объём пород вскрыши в каждой из них примерно в два раза, увеличивая объём пород вскрыши, приходящийся на один проход экскавационно- транспортирующего комплекса, увеличивая производительное время экскавационно-транспортирующего комплекса и  его производительность. Образование траншеи из пород вскрыши увеличивает складируемый объём пород вскрыши, экскавируемый за наиболее производительное время дополнительно, повышая производительность. Это направлено на достижение технического результата.
Способ осуществляется с применением экскавационно- транспортирующего комплекса по патенту РФ на изобретение № 2456454, МПК Е21С42/00, Е02F  3/54, опубликовано 20.07.2012.
Отличие от прототипа доказывает соответствие заявляемого способа условию патентоспособности «новизна.
Содержание изложенных признаков неизвестно из содержания технологии формирования внешних отвалов вскрышных пород при проходке траншеи, что доказывает соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, которые показаны на Фиг. 1, 3, 3, 4.
Фиг. 1 – складирование пород вскрыши в нижнюю продольную отвальную насыпь с верхней рабочей площадкой, размещаемую по середине ширины основания внешнего отвала нерабочего борта карьера (поперечный разрез).
Фиг. 2 – складирование пород вскрыши в  нижние продольные внутренние и внешние продольные   отвальные насыпи с верхними рабочими площадками, размещаемые вдоль нижних внешней и внутренней границ внешнего отвала нерабочего борта карьера, соответственно, и формирование траншеи из пород вскрыши (поперечный разрез).
Фиг. 3 – засыпка траншеи породами вскрыши выше уровня верхних рабочих площадок нижних продольных внешних и внутренних продольных  отвальных  насыпей, размещаемых вдоль нижних внешней и внутренней границ внешнего отвала нерабочего борта карьера,  с формированием верхней средней продольной отвальной насыпи с верхней средней рабочей площадкой (поперечный разрез).
Фиг. 4 – складирование пород вскрыши на внешние и внутренние откосы верхней средней отвальной насыпи с верхней рабочей площадкой  и в верхние внешнюю и внутреннюю продольные отвальные заходки с верхними рабочими площадками нерабочего борта карьера , соответственно (поперечный разрез).
Позиции способа отсыпки вскрышных пород во внешний отвал при бестранспортной проходке разрезной траншеи обозначены следующими цифрами и буквами:
1 – вскрышная ходовая неповоротная  платформа с мачтой;
2 – промежуточная ходовая неповоротная платформа с мачтой;
3 – отвальная ходовая неповоротная платформа с мачтой;
4 – система подвески канатов;
5 – двухсторонний ковш с днищем  V - образной формы;
6 – траншея карьера;
7 – нижняя средняя продольная отвальная насыпь с верхней рабочей площадкой внешнего отвала нерабочего борта карьера;
к – л – верхняя рабочая площадка нижней средней продольной отвальной насыпи внешнего отвала нерабочего борта карьера;
и – к – внешний откос нижней продольной отвальной насыпи с верхней рабочей площадкой внешнего отвала нерабочего борта карьера;
л – м – внутренний откос нижней продольной отвальной насыпи с верхней рабочей площадкой внешнего отвала нерабочего борта карьера;
к – верхняя бровка внешнего откоса нижней средней продольной отвальной насыпи с верхней рабочей площадкой внешнего отвала нерабочего борта карьера;
л – верхняя бровка внутреннего откоса нижней средней продольной отвальной насыпи с верхней рабочей площадкой внешнего отвала нерабочего борта карьера;
д – и – участок верхней площадки нерабочего борта карьера, размещаемый вдоль внешней границы внешнего борта внешнего отвала нерабочего борта карьера;
м – з – участок верхней площадки нерабочего борта карьера, размещаемый вдоль внутренней границы внутреннего борта внешнего отвала нерабочего борта карьера;
8 – нерабочий борт карьера;
9 – рабочий борт карьера;
а – б – в – г – поперечный профиль  траншеи карьера;
г – верхняя  бровка рабочего борта траншеи карьера;
д – ю – ж – з - поперечный профиль внешнего отвала нерабочего борта карьера;
д – внешняя граница внешнего борта внешнего отвала нерабочего борта карьера;
з – внутренняя граница внутреннего борта внешнего отвала нерабочего борта карьера;
10, 11, 12, 13 – первая, вторая, третья и четвёртая продольные вскрышные заходки,  последовательно отрабатываемые в направлении от нерабочего борта карьера к рабочему борту карьера, соответственно;
14 – нижняя продольная отвальная насыпь с верхней рабочей площадкой н – п, расположенная вдоль внешней границы внешнего борта нерабочего борта карьера;
15 – нижняя продольная отвальная насыпь с верхней рабочей площадкой ф – о, расположенная вдоль внутренней границы внутреннего борта внешнего отвала нерабочего борта карьера;
16 – траншея, сформированная из пород вскрыши (траншея из пород вскрыши);
р – с – дно траншеи, сформированной из пород вскрыши (дно траншеи из пород вскрыши);
п – р – внешний откос траншеи, сформированной из пород вскрыши (внешний откос траншеи из пород вскрыши);
с –  ф –  внутренний откос траншеи, сформированной из пород вскрыши (внутренний откос траншеи из пород вскрыши);
17 – средняя верхняя продольная отвальная насыпь с верхней рабочей площадкой;
18 – верхняя  внешняя продольная отвальная заходка, размещаемая вдоль верхней внешней границы внешнего отвала нерабочего борта карьера;
19  – верхняя  внутренняя продольная отвальная заходка, размещаемая вдоль верхней внешней границы внутреннего борта внешнего отвала нерабочего борта карьера;
Способ формирования внешнего отвала вскрышных пород при проходке траншеи осуществляют следующим образом.
В соответствии с параметрами траншеи  6 и заявляемым способом при проходке траншеи отстраивают поперечный профиль внешнего отвала  д, ю, ж, 3 (фиг.1), определяют ширину верхней площадки внешнего отвала   по математической формуле приведенной выше и ширину основания внешнего отвала по формуле, приведённой в прототипе по патенту РФ на изобретение № 2672294, МПК Е21С41/26, опубликовано 13.11.2018. Вычисляют высоту внешнего отвала.
Первый проход экскавационно-транспортирующий комплекс выполняет при отсыпке нижней продольной отвальной насыпи 7 с верхней рабочей площадкой  к – л  внешнего отвала д, ю, ж, з нерабочего борта карьера 8, которую  размещают на верхней площадке д – з нерабочего борта карьера 8 по середине расстояния между  нижними границами внешнего д  и внутреннего з бортов внешнего отвала д, ю, ж, з нерабочего борта карьера 8 (фиг.1). Для этого экскавационно-транспортирующий комплекс, включающий вскрышную ходовую неповоротную  платформу  1 с мачтой, промежуточную ходовую неповоротную платформу 2 с мачтой и отвальную ходовую неповоротную платформу 3 с мачтой перемещают по рабочему борту карьера 9, нерабочему борту карьера 8 со стороны внутреннего откоса м – л нижней продольной отвальной насыпи 7 с верхней рабочей площадкой к – л и нерабочему борту карьера 8 со стороны внешнего откоса и – к нижней продольной отвальной насыпи 7 с верхней рабочей площадкой к – л, соответственно, фиг.1.
Второй проход экскавационно-транспортирующий комплекс,  включающий вскрышную ходовую неповоротную  платформу  1 с мачтой, промежуточную ходовую неповоротную платформу 2 с мачтой и отвальную ходовую неповоротную платформу 3 с мачтой выполняет после отсыпки нижней средней продольной отвальной насыпи 7 с верхней рабочей площадкой к – л. Для этого комплекс  перемещают по рабочему борту карьера 9, нерабочему борту карьера 8 со стороны внутреннего откоса м – л нижней продольной отвальной насыпи 7 с верхней рабочей площадкой к – л  и нерабочему борту карьера 8 со стороны внешнего откоса и – к нижней продольной отвальной насыпи 7 с верхней рабочей площадкой к – л, соответственно, и возвращают в исходное положение, фиг. 2. При этом, промежуточную платформу 2 с мачтой устанавливают на верхней рабочей площадке к – л нижней продольной средней отвальной насыпи 7, вскрышную ходовую неповоротную платформу 1 с мачтой размещают на рабочем борту карьера 9, а отвальную ходовую неповоротную платформу 3 с мачтой на нерабочем борту карьера 8 со стороны внешнего откоса и – к нижней продольной отвальной насыпи 7 с верхней рабочей площадкой к – л, соответственно, фиг. 2. После второго прохода экскавационно- транспортирующего комплекса формируется траншея 16 по контуру п – р –с –ф  борта которой представлены двумя насыпями 14 и 15, высота каждой из которых примерно в два  раза превышает высоту, а соответственно, и объём нижней средней продольной насыпи 7.
Третий проход экскавационно-транспортирующий комплекс выполняет, засыпая траншею 16 породами вскрыши до уровня верхних рабочих площадок н – п и ф – о нижних продольных насыпей 14 и 15, соответственно, и отсыпая одновременно верхнюю среднюю отвальную насыпь 17. При этом объём отсыпаемых пород вскрыши за один проход экскавационно-транспортирующего комплекса равен сумме объёмов пород, складируемых в траншею 16 и верхней средней отвальной насыпи 17, превышая объём пород вскрыши, в нижней средней продольной насыпи 7, фиг. 3. При этом,  экскавационно-транспортирующий комплекс,  включающий вскрышную ходовую неповоротную  платформу  1 с мачтой, промежуточную ходовую неповоротную платформу 2 с мачтой и отвальную ходовую неповоротную платформу 3 перемещают по рабочему 9, верхней рабочей площадке н –п отвальной насыпи 14 и  верхней рабочей площадке  ф – о  отвальной насыпи 15.
Четвёртый проход экскавационно-транспортирующий комплекс выполняет, складируя породы вскрыши в  верхнюю  внешнюю продольную отвальную заходку, размещаемую вдоль верхней внешней границы внешнего отвала нерабочего борта карьера 18 и в верхнюю внутреннюю продольную отвальную заходку, размещаемую вдоль верхней внешней границы внутреннего борта внешнего отвала нерабочего борта карьера 19. При этом,  экскавационно-транспортирующий комплекс, включающий вскрышную ходовую неповоротную  платформу  1 с мачтой, промежуточную ходовую неповоротную платформу 2 с мачтой и отвальную ходовую неповоротную платформу 3 с мачтой перемещают по рабочему борту  9, верхней рабочей площадке у – х средней верхней отвальной насыпи 17 и  верхней рабочей площадке нерабочего борта карьера 8 со стороны откоса  д – н  отвальной насыпи 14, соответственно, фиг.4.
Таким образом, в результате реализации существенных признаков заявляемого изобретения повышается производительность за счёт уменьшения количества проходов экскавационно-транспортирующего комплекса при неизменном объёме перемещения пород вскрыши. Так, при высоте внешнего отвала по прототипу 45м число проходов экскавационно- транспортирующего комплекса по заявке  уменьшается с 6 - х до 4 - х или на 50, 0 %. В результате достигается технический результат, что доказывает соответствие заявляемого способа условию патентоспособности «промышленная применимость». Кроме того, способ представляет возможность сократить ширину верхней площадки, увеличив приёмную ёмкость внешнего отвала.