Модуль карьерного ограждения

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть применена для обустройства карьерных автомобильных дорог при открытой разработке месторождений твердых полезных ископаемых.
В целях соблюдения промышленной безопасности проезжая часть дороги внутри контура карьера должна быть ограждена от призмы возможного обрушения породным валом или защитной стенкой.
В настоящее время безопасность движения на карьерах в горнодобывающей промышленности достигается несколькими способами, в том числе установкой предохранительного вала на транспортных бермах, который примыкает к проезжей части и обеспечивает устойчивость дорожного полотна со стороны нижележащего уступа (см. напр., Кулешов А.А. Проектирование и эксплуатация карьерного автотранспорта. Справочник. Часть 1., Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный институт, 1995, с. 198-199). Применяемый сегодня породный вал на большинстве карьеров проектируется высотой 2 м и шириной 5 м и занимает значительную площадь транспортной бермы, что в свою очередь влияет на увеличение контура карьерного пространства. Кроме того, по причине относительно пологого угла естественного откоса породного вала создается риск переворачивания автосамосвала при наезде на него.
С другой стороны с увеличением глубины карьера значительно возрастает коэффициент вскрыши, что приводит к увеличению затрат на закупку горнотранспортного оборудования и на выемку вскрышных пород.
Для снижения физических объемов вскрыши, уменьшения контура карьерного пространства, а также повышения безопасности транспортирования горной массы самосвалами большой грузоподъемности применяется система защитного ограждения, представляющая собой совокупность скрепляемых вдоль бровки модулей, позволяющая сократить ширину транспортной бермы и имеющая вертикальный откос увеличенной в сравнении с классическим породным валом высоты.
Из существующего уровня техники известен модуль карьерного ограждения, выполненный с возможностью его крепления к аналогичному модулю и представляющий собой цельное неразборное изделие из термопластичного материала в виде полой замкнутой оболочки, состоящей из примыкающего условно перпендикулярно к основанию элемента ограждения и, по крайней мере, одного соединяющего их поддерживающего ребра (см., напр., RU2684788, опубл. 15.04.2019). Недостатком известного решения является недостаточная прочность модуля, обусловленная выполнением из термопластичного материала полой оболочки тонкостенной при достаточно крупных габаритах модуля. Кроме того, конструкция модуля не обеспечивает возможность быстрой замены в случае выхода его из строя, поскольку предусматривает соединение всех модулей ограждения посредством единого троса или кабеля вдоль задней поверхности элемента ограждения. При его замене необходим демонтаж группы модулей (в случае соединения единым тросом группы модулей) или всех модулей системы с одной стороны от заменяемого модуля вытаскиванием троса или кабеля, который находится в зоне размещения породной насыпи и поэтому является труднодоступным и сложно извлекаемым. При этом для выемки отсоединенного модуля необходимо произвести работы по его освобождению от наваленной на модуль породы, что требует привлечения крупногабаритной техники, закрытия дороги на время ремонта ограждения и, как следствие, остановки работ на нижележащем уступе. Так же указанное соединение модулей не обеспечивает плотное примыкание модулей друг к другу, что повышает вероятность просыпания породы через зазоры между торцами модулей, которые могут образовываться при таком соединении в процессе эксплуатации ограждения. При этом отсутствует возможность регулировки зазоров в случае их образования.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание легкозаменяемого модуля карьерного ограждения с повышенным сроком службы.
Поставленная задача в предложенном техническом решении решается за счет того, что в модуле карьерного ограждения, выполненном с возможностью его крепления к аналогичному модулю и представляющем собой цельное неразборное изделие из термопластичного материала в виде полой замкнутой оболочки, состоящей из примыкающего условно перпендикулярно к основанию элемента ограждения и, по крайней мере, одного соединяющего их поддерживающего ребра, согласно техническому решению, на противоположных стенках основания и элемента ограждения выполнены рельефные выступы и впадины, а в угловых областях элемента ограждения и в поддерживающем ребре выполнены сквозные отверстия, при этом на нижней стороне основания рельефные впадины и выступы выполнены направленными перпендикулярно линии примыкания элемента ограждения к основанию.
Модуль карьерного ограждения может быть изготовлен по технологии ротоформования, предпочтительно, из линейного полиэтилена низкой плотности.
Поддерживающее ребро может иметь в продольном сечении форму прямоугольного треугольника, соединенного своими катетами с верхней стенкой основания и задней стенкой элемента ограждения.
Модуль карьерного ограждения может быть снабжен ребром жесткости, расположенным в примыкании элемента ограждения к основанию.
Поддерживающее ребро может быть расположено в центральной части модуля.
Вертикальные торцы элемента ограждения могут быть выполнены с обеспечением возможности их перекрытия торцами соседних модулей при их креплении.
Модуль карьерного ограждения может быть выполнен с обеспечением возможности его наполнения.
Основание может быть выполнено в виде трапеции, примыкающей к элементу ограждения большей из ее параллельных сторон.
Техническим результатом, достигаемым приведенной совокупностью признаков, является повышение прочности готового изделия.
Причинно-следственная связь указанных признаков с заявленным техническим результатом раскрывается далее по тексту описания.
Сущность заявленного устройства поясняется изображениями, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующим материалом частных случаев его выполнения:
на фиг.1 изображен модуль карьерного ограждения, общий вид;
на фиг.2 - то же, вид спереди;
на фиг.3 - то же, вид сверху;
Модуль карьерного ограждения представляет собой цельное неразборное изделие из термопластичного материала в виде полой замкнутой оболочки. Оболочка состоит из основания 1, к которому примыкает элемент 2 ограждения, и поддерживающего ребра 3, которое их соединяет. На противоположных стенках основания 1 и элемента 2 ограждения выполнены рельефные выступы 4 и впадины 5. На нижней стороне основания 1 рельефные впадины 5 и выступы 4 выполнены направленными перпендикулярно линии примыкания элемента 2 ограждения к основанию 1. В угловых областях элемента 2 ограждения выполнены сквозные отверстия 6. В поддерживающем ребре 3 выполнено сквозное отверстие 7. Элемент 2 ограждения примыкает к основанию 1 условно перпендикулярно, то есть допустимы несущественные отклонения в градусной мере пространственного угла между плоскостями, в которых находятся элемент 2 ограждения и основание 1. При изготовлении модулей необходимо соблюсти требования «Правил безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых», согласно которым высота породного вала принимается не менее радиуса колеса самого большого по грузоподъемности из эксплуатируемых в карьере автомобилей. Максимальная высота модуля составляет 2 метра, минимальная - 1 метр.
Работа модуля заключается в следующем.
По линии бровки дорожного полотна со стороны нижележащего уступа устанавливают систему защитного ограждения, используя заявляемый модуль. Для этого модули устанавливают в ряд с их примыканием друг к другу торцами 8 элементов 2 ограждения. При этом их ориентируют передней стороной элемента 2 ограждения к дорожному полотну, а задней стороной - основанием 1 и поддерживающим ребром 3 в сторону нижележащего уступа. Соседние модули скрепляют между собой с образованием единой цепи через сквозные отверстия 6, выполненные в угловых областях элемента 2 ограждения, посредством стяжных ремней с храповым механизмом и усилием разрыва не менее 1 тонны, по два ремня с каждой стороны. После сборки модулей в ряд заднюю часть модулей - основание 1 и поддерживающее ребро 3, засыпают породой на высоту модулей с образованием угла естественного откоса в сторону нижележащего уступа.
Благодаря условно перпендикулярному примыканию элемента 2 ограждения к основанию, сформированная таким образом «стена» имеет вертикальный откос увеличенной высоты и уменьшенной ширины в сравнении с классическим породным валом, за счет чего сокращается ширина транспортной бермы, что в свою очередь уменьшает физический объем вскрыши и контур карьерного пространства.
При наезде транспортного средства на ограждение, благодаря вертикальному положению элемента 2 ограждения, удар колеса будет приходиться перпендикулярно плоскости элемента 2 ограждения. При этом ударный импульс распространяется в породе горизонтально, охватывая наибольший объем породы, что позволяет большей части кинетической энергии перейти в тепловую, максимально снизив при этом количество механической энергии, возникшей в момент столкновения, что в свою очередь способствует остановке движения транспортного средства перед модулем ограждения или изменению направления его движения, исключая его выезд на породный вал. Соединение модулей в единую цепь посредством сквозных отверстий 6 увеличивает площадь сопротивления воздействию ударной силы за счет смежных модулей, принимающих на себя часть кинетической энергии удара.
Наибольший ударный импульс в момент столкновения ограждения с транспортным средством принимает на себя модуль. Для обеспечения наибольшей прочности и предотвращения нарушения целостности оболочки на противоположных стенках основания 1 и элемента 2 ограждения выполнены рельефные выступы 4 и впадины 5, конструктивно являющиеся ребрами жесткости. Стенки сквозных отверстий 6 также являются ребрами жесткости, усиливающими угловые области элемента 2 ограждения и предохраняющими их от разрушения в момент удара, что исключает вероятность разъединения модулей при возникновении ударного импульса. Для исключения сминания модуля при ударе в поддерживающем ребре 3 в его центральной части выполнено сквозное отверстие 7, стенки которого также играют роль ребер жесткости. Вместе с тем, указанное выполнение выступов 4, впадин 5 и сквозных отверстий 6, 7 положительно влияет на способность устройства выдерживать статические нагрузки, возникающие под воздействием на модуль давления весом породной насыпи, повышая прочностные характеристики устройства.
При возникновении необходимости замены одного из модулей ограждения этот модуль отсоединяют от соседних модулей. Для этого вытаскивают стяжные ремни из сквозных отверстий 6 заменяемого и смежных с ним модулей. Благодаря выполнению сквозных отверстий 6 в угловых областях элемента 2 ограждения, стяжные ремни находятся в открытом доступе, снимаются со стороны дороги с исключением приложения больших усилий и затратой минимального количества времени на рассоединение смежных модулей. Далее с помощью погрузчика модуль извлекается из ограждения. Для этого вилы погрузчика заводятся во впадины 5, выполненные на нижней стороне основания 1 перпендикулярно линии примыкания элемента 2 ограждения к основанию 1, и перемещается в направлении дороги. На освободившееся место таким же образом погрузчиком ставится новый модуль, который стяжными ремнями соединяется с соседними модулями. Замена модуля занимает 15-20 минут без необходимости перекрытия дороги и остановки работ на нижележащем уступе.
Для дополнительного повышения прочности устройства в предпочтительном варианте его выполнения модуль изготавливают по технологии ротоформования из линейного полиэтилена низкой плотности. В отличие от других полиэтиленов этот материал имеет высокую однородность, стойкость к механическим воздействиям, высокие показатели ударопрочности, сопротивления к растрескиванию и УФ излучению. Примером такого материала может служить ротационный линейный полиэтилен LLDPE/ЛПЭНП Lotte Chemical фирмы XEMIX, обладающий следующими техническими характеристиками:
При высоких показателях предела прочности при растяжении и модуля упругости при изгибе устройство, выполненное из этого материала, имеет повышенный срок службы вследствие дополнительного увеличения его способности выдерживать статические нагрузки, оказываемые породной насыпью в результате ее давления на модуль собственным весом.
Для обеспечения жесткости конструкции поддерживающее ребро 3 имеет в продольном сечении форму прямоугольного треугольника, соединенного своими катетами с верхней стенкой основания и задней стенкой элемента ограждения. Таким образом, основание 1 и элемент 2 ограждения поддерживается ребром 3 по всему периметру его примыкания, исключая при этом места возможного возникновения избыточных напряжений в результате статической или динамической нагрузки на модуль. При выполнении модуля с одним ребром 3 жесткости, оно расположено в центральной его части, при выполнении модуля с двумя ребрами 3 жесткости они расположены на расстоянии от центральной оси модуля ближе к торцам основания 1 и элемента 2 ограждения.
Для обеспечения дополнительной жесткости в некоторых вариантах выполнения модуль снабжен ребром 9 жесткости, расположенным в примыкании элемента 2 ограждения к основанию 1 и влияющим на прочность узла примыкания этих двух частей устройства за счет перераспределения местного напряжения в указанной зоне посредством увеличения площади примыкания основания 1 к элементу 2 ограждения, что также влияет на целостность оболочки, как при статических, так и при динамических нагрузках.
Для исключения просыпания породы вертикальные торцы 8 элемента 2 ограждения выполнены с обеспечением возможности их перекрытия соседними модулями при их креплении. Для этого они могут быть выполнены ступенчатыми с одной стороны с передним перекрытием торцом соседнего модуля, с другой стороны задним перекрытием торцом соседнего модуля. Кроме того, ступенчатое выполнение торцов 8 элемента 2 ограждения дает дополнительное ребро жесткости с каждой стороны элемента 2 ограждения и совместно с установкой соседних элементов торцами «внахлест» обеспечивает модулю дополнительную способность сопротивляться изгибу при статических и динамических нагрузках, повышает прочность модуля на изгиб. Попарное соединение соседних модулей стяжными ремнями через отверстия 6 элементов 2 ограждения обеспечивает возможность плотного примыкания торцов 8 соседних модулей, а также возможность регулировки образовавшегося зазора между модулями в процессе эксплуатации.
Также для обеспечения дополнительной прочности и устойчивости в модуле могут быть выполнены технологические отверстия для заполнения полой оболочки наполнителем, предпочтительно мелкодисперсным экструдированным пенополистиролом, синтетическим материалом, изготавляемым с применением технологии вспенивания и с использованием полимерных композиций. Он имеет минимальный вес и хорошо выдерживает деформацию. При заполнении полой оболочки модуля этим материалом повышается прочность его стенок при сравнительно небольшом утяжелении устройства. Кроме того, этот материал выдерживает значительные перепады температур без потери своих свойств и практически водонепроницаем, что дает возможность его использования на открытом воздухе.
Основание 1 целесообразно выполнять в виде трапеции, примыкающей к элементу ограждения большей из ее параллельных сторон. Такая форма основания позволяет устанавливать соседние модули под углом друг другу, что в свою очередь позволит наиболее точно соблюсти контуры дороги и избежать сужения ее проезжей части на участках изгиба.
Таким образом, использование защитных сооружений в карьерах способствует снижению удельных затрат на производство вскрышных работ, а также повышению безопасности транспортирования горной массы. Применение заявляемого модуля карьерного ограждения позволит создать легко и быстро восстанавливаемую прочную систему защитного ограждения, выдерживающую повышенные статические и динамические нагрузки. Испытания системы защитного ограждения из заявленных модулей карьерного ограждения, произведенные на горно-обогатительном комбинате «Олимпиадинский» (Красноярский край, пос. Еруда), показали их высокую экономическую эффективность и высокий потенциал использования в карьерах в качестве элемента пассивной безопасности.