Производство отвальных работ на угольных разрезах

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Производство отвальных работ на угольных разрезах

08.12.2019

На угольных разрезах основные объемы вскрышных пород перемещаются во внешние и внутренние отвалы колесными видами транспорта. Так, в 1990 году по основным бассейнам Российской Федерации из общего объема вскрыши около 1 млрд м3 перевезено железнодорожным транспортом более 222 млн.м3, автотранспортом — около 416 млн м3. При этом в отвалы вывозится большой объем рыхлых и полускальных горных пород. Внешние отвалы часто отсыпаются на слабое основание. Все это приводит к низкой устойчивости отвалов, препятствует созданию высоких ярусов и отвлаьных массивов при использовании на укладке пород в отвал механических лопат. Имеет место отсыпка больших объемов пород на косогорах с неустойчивыми основаниями. Указанные выше условия создают предпосылки к широкому внедрению на отвалах угольных разрезов драглайнов, имеющих более высокие показатели отвальных работ.

В последние годы в практике открытых горных работ не нашли применения принципиально новые технологии отвалообразования. По всей видимости традиционные технологии отвальных работ будут доминировать и в ближайшем будущем. Так, при использовании железнодорожного транспорта основным отвальным оборудованием на отечественных разрезах являются одноковшовые экскаваторы — механические лопаты и драглайны. При перевозке вскрыши автомобилями она складируется на бульдозерных отвалах. Применение другого отвального оборудования при железнодорожном транспорте (бульдозеров, одноковшовых погрузчиков, скреперов, абзетцеров, отвальных плугов) имеет подчиненное значение. Практически не изменились и схемы отвалообразования.

Использование традиционных схем отвальных работ приводит к росту затрат на вскрышные работы, особенно на крупных карьерах. Такой рост затрат связан с быстрым увеличением размеров отвала, удалением рабочих тупиков от въездов на отвал и, как следствие, ростом расстояний транспортирования. При относительно небольшой высоте отвалов увеличивается изъятие земель под отвалы, а при оплате за пользование землей экономические потери предприятия (и общегосударственные потери) могут быть значительными. Для снижения негативного влияния этих факторов в теории и практике открытых горных работ наметилась тенденция на увеличение высоты отвалов. Увеличение высоты отвалов идет за счет отсыпки высоких многоярусных отвалов и за счет увеличения высоты яруса.

Рациональная высота отвала определяется на основе техникоэкономического расчета с учетом расстояний перевозки вскрыши и высоты ее подъема на отвал, а также затрат на отвалообразование и рекультивацию. Ограничивающим фактором при этом выступает устойчивость откосов отвала (яруса).

Рациональная высота отвала зависит от его вместимости. Причем отвалы большей вместимости имеют и большую высоту. Таким образом по мере отсыпки отвала его оптимальная высота будет меняться. Для ориентировочных расчетов при определении высоты отвала при железнодорожном транспорте возможно пользоваться данными, приведенными в табл. 3.5. В конкретных условиях эти показатели должны уточняться расчетом.

В соответствии с высотой отвала изменяются и рациональные технологические схемы отвальных работ.

Рациональная высота автомобильных отвалов в условиях угольных разрезов составляет:

• при объеме отвала не более 100 млн м3 — до 80 м;

• при объеме от 100 до 500 млн м3 Н0 = 80-120 м.
Производство отвальных работ на угольных разрезах

Расчеты, выполненные в МГГУ доц. Коваленко B.C. показывают, что независимо от объема автоотвала для условий Кузбасса существует практически оптимальное соотношение Kо между длиной Lo и его высотой Ho, т.е. Kо = Lo/Ho = 18—22. В этих случаях, зная, например, возможную длину отвала, можно определить его высоту, но из соотношения Ho = Lo/18-20. При известном объеме вскрышных пород, подлежащих укладке в отвал, возможно определить рациональные параметры отвального участка — высоту и соотношения сторон: длины Lo и ширины Bo. При одностороннем подвигании отвала Lo/Bo = 1; Lo = (18-22) H0; B0= (18-22) H0.

При двухстороннем подвигании отвала Lo/Bo = 2; Lo = (18-22)Ho; Bo = 0,5 Lo = (9-11)Ho.

Для других регионов, учитывая различия экономических и горнотехнических условий, требуется определение оптимальных соотношений Lo/Нo.

Рациональное размещение внешних отвалов требует детального и всестороннего анализа вариантов с учетом ценности земельных угодий, занимаемых под отвалы, и влияния отвалов на окружающую среду. В первую очередь стремятся к минимальному нарушению сельскохозяйственных угодий в районе разработки, занимая отвалами непригодные или малопригодные для сельского хозяйства земли: овраги, заболоченные площади и др. Внешние отвалы в то же время должны располагаться в удобном для эксплуатации месте, по возможности ближе к карьеру, иметь транспортные коммуникации без крутых подъемов и спусков, обладать необходимой приемной способностью, не препятствовать в перпективе развитию горных работ и т.д. С учетом сказанного в МГГУ доц. Коваленко B.C. предложена методика выбора места расположения отвалов, учитывающая взаимосвязь схем развития отвалов, их числа и главных параметров на основе минимизации затрат на транспортные работы, отвалообразование и рекультивацию нарушенных земель с учетом времени их вложения, что в общем виде представлено выражением:

где EEЗ — общие затраты на транспортные и отвально-рекультивационные работы по каждому j-му отвалу в t-ом году, руб;

3o — затраты на отчуждение земель под временные отвалы, руб;

Зпп — компенсация ущерба от нарушения и потерь почвы, руб;

Зр — затраты на рекультивацию отвалов и других видов нарушения земель, связанных с отвалообразованием, руб;

Зтр — затраты на транспортирование пород вскрыши от карьера до отвалов, руб;

Зот — затраты на отвальные работы.

Анализ выполненных в МГГУ работ по выбору места расположения отвалов для условий разрезов Кузбасса показывает, что при больших объемах внешних отвалов, как правило, следует ориентироваться на максимальное приближение их к границам карьерного поля независимо от ценности нарушаемых земель, особенно при использовании автотранспорта. При железнодорожном транспорте рациональные зоны мест расположения отвалов могут быть расширены.

На начало 1991 года на отвалах угольных разрезов России работало 145 одноковшовых экскаваторов со средней вместимостью ковша 9,1 м3. Применялись как механические лопаты, так и драглайны.

Драглайны находят все более широкое применение на отвалах угольных разрезов. Это обусловлено рядом их преимуществ по сравнению с механическими лопатами: большие рабочие параметры и ширина отсыпаемой заходки, возможность отсыпки отвала выше уровня стояния экскаватора и др. В то же время расчеты показывают, что использование драглайнов при нижней отсыпке отвалов с высотой яруса 20-30 м экономически нецелесообразно. В этих условиях более высокие показатели имеют механические лопаты.

Использование драглайнов на отвальных работах рационально в следующих случаях:

• при укладке в отвал малоустойчивых пород и при слабой несущей способности поверхности отвала;

• при отсыпке отвала на слабое основание (например, засыпка отвалом водоема), когда отвалообразование ведется при неустойчивом откосе отвала;

• при наращивании высоты отвала, строительстве нового яруса и работе драглайна с верхней отсыпкой;

• при отсыпке отвалов высокими (50-100 м) ярусами.

Использование драглайнов для верхней отсыпки отвала показано на рис. 3.32. По такой схеме возможна отсыпка яруса отвала высотой hя = 30-40 м. Драглайн размещают на предотвале высотой h1 = 10-15 м и шириной bэ = 20-30 м, который он отсыпает с опережением. Думпкары разгружают в приемный бункер длиной Lп = 36-40 м и глубиной hп = 10-15 м. Расстояние от оси железнодорожного пути до бровки приемного бункера C1 = 1,6 м. Максимальная ширина отвальной заходки при полном се заполнении определяется по формуле.

где Rр и Rч — радиусы разгрузки и черпания драглайна, м;

Сз = 6,5-8 м — расстояние от оси железнодорожного пути до нижней бровки отвала, м;

во — угол откоса яруса отвала, градус.

Ширина заходки может быть увеличена сверх этой величины, но при этом на границах смежных заходок останутся незаполненные призмы, величина которых пропорциональна увеличению ширины заходки.

Эффективность данной схемы определяется меньшей высотой подъема вскрыши на отвал (железнодорожные пути располагаются у основания отсыпаемого яруса) и снижением объема путепереукладочных работ на отвале за счет большой ширины отвальной заходки по сравнению с механическими лопатами.

При устойчивых породах вскрыши и основания отвала использование драглайнов на отвалообразовании при нижней отсыпке экономически целесообразно только при высоких (более 50-60 м) ярусах отвала. Однако даже в этих условиях лучшие результаты дает схема отсыпки высокого отвала двумя ярусами с использованием одного драглайна, показанная на рис. 3.33.

Первоначально драглайн отсыпает нижний ярус отвала. Высота яруса ограничивается шириной призмы возможного оползания bn, определяемой при коэффициенте запаса устойчивости n = 1,2. Драглайн и железнодорожные пути должны размещаться за пределами этой призмы. Расчеты показывают, что высота отсыпаемого яруса может достичь 90-120 м. Работа драйглайна по формированию нижнего яруса показана на рис. 3.33,а.

Максимальная ширина заходки драглайна при отсыпке нижнего яруса может быть определена из выражения;

После отсыпки заходки по нижнему ярусу отвала драглайн перегоняется через железнодорожный путь, подготавливает себе приемный бункер и, двигаясь вдоль тупика обратным ходом, ведет отсыпку верхнего яруса отвала. Работа драглайна при формировании верхнего яруса отвала показана на рис. 3.33,б. При таком порядке отсыпки отвала один железнодорожный путь используется для отсыпки нижнего и верхнего ярусов. Отсутствует холостой перегон драглайна.


При отвалообразовании драглайном на высоком отвале с отсыпкой двух ярусов значительно (в 6-7 раз) увеличивается объем экскаваторной заходки по сравнению со схемой отвалообразования мехлопатой. Соответственно снижаются объемы работ по переукладке пути, которая на тупике производится через 3-4 года. Стационарность железнодорожных путей в течение этого срока позволяет увеличить скорость движения локомотивосоставов и снизить затраты на содержание пути.

Основой безопасности отвальных работ является размещение отвального оборудованияи транспортных коммуникаций за пределами призмы возможного оползания. При использовании на отвальных работах механических лопат с относительно небольшими рабочими параметрами высота отсыпаемого яруса может быть относительно небольшой и только в благоприятных условиях может быть доведена до 30-40 м. Драглайны, имея большие рабочие параметры, могут, располагаясь за призмой возможного оползания, вести отсыпку высоких ярусов отвалов даже при малой устойчивости складируемых пород и в случае оползания отсыпаемого откоса отвала. При этом коэффициент запаса устойчивости отсыпаемого яруса может быть меньше 1,0, то есть отсыпка отвала может вестись в режиме деформаций откоса отвала. Как показали исследования А.И. Иванченко, при высоте отсыпаемого яруса, не превышающего высоту, определенную по устойчивости, в 1,8 раза на отвале деформации характеризуется спокойным развитием и не сопровождается, образованием зон обрушения. Результирующая скорость деформаций не превышает 4-5 м/сут. На действующем отвале такие деформации не представляют опасности для драглайна, находящегося за пределами зоны возможного сдвижения пород.

При перевозке вскрыши автосамосвалами доминирующим способом является бульдозерное отвалообразование. Применение бульдозеров обеспечивает простоту работ, небольшие строительные и эксплуатационные расходы. Однако при переходе на высокие отвалы, размещение отвалов на участках со сложным рельефом поверхности, косогорах, отсыпке отвалов на непрочные основания особенно при размещении в таких отвалах слабых и увлажненных пород возникают определенные трудности в отсыпке отвалов по традиционной технологии. В первую очередь они связаны с обеспечением безопасности работ. В этих условиях создание предохранительного вала по бровке отвала не обеспечивает надежной гарантии безопасности работы мощных автосамосвалов. Создаваемые специальные предохранительные устройства громоздки, неудобны в эксплуатации и тоже не обеспечивают полную безопасность работ. Возникающие деформации отвалов вынуждают производить разгрузку автосамосвалов на расстоянии 4-10 м от бровки с последующим перемещением всего объема складируемых пород бульдозером. Все это усложняет технологию ведения отвальных работ, ведет к увеличению затрат на отва-лообразование.

Применение драглайнов на автоотвалах позволит существенно увеличить их высоту, обеспечить безопасность работы автосамосвалов, улучшить качество отвальных дорог. Конкретные схемы отсыпки отвала отличаются горизонтом установки экскаватора относительно транспортного горизонта и способа отсыпки отвала (с верхней и нижней отсыпкой).

Схема отвалообразования при размещении драглайна ниже уровня транспортного горизонта приведена на рис. 3.34. Автосамосвалы разгружаются в приемный бункер. Длина lпб и вместимость приемного бункера должны быть достаточны для обеспечения разгрузки автосамосвалов без задержки и непрерывности работы драглайна. Драглайн заполняет нижний ярус отвала (ниже горизонта установки), полностью используя свои рабочие параметры: радиус черпания (Rч) и радиус разгрузки (Rр). Верхний ярус отвала может заполняться драглайном при верхней разгрузке или используется как резервная емкость для бульдозерного отвалообразования. В последнем случае его заполнение производится с отставанием не менее 1,5 Rр.

Строительство разгрузочной площадки и автодороги шириной адп может производиться драглайном при отвалообразовании или вестись с опережением (как показано на рис. 3.34) за счет непосредственной разгрузки автосамосвалов. Объемы вскрышных пород, размещаемые в верхний ярус отвала и укладываемые при строительстве разгрузочной площадки, отсыпаются в период остановки отвального драглайна или при пиковых нагрузках по вскрыше, что позволяет стабилизировать работу отвала и не допускать простоев автосамосвалов.

Опытная проверка экскаваторного автоотвала проведена на разрезе «Междуреченский» в Кузбассе.

Применение экскаваторных автоотвалов целесообразно:

1. При отсыпке отвалов при сложном рельефе местности.

2. При отсыпке отвалов на слабые основания: гидроотвалы, заболоченные озера и др.

3. При отсыпке высоких ярусов отвалов из малоустойчивых пород вскрыши.

Внешние отвалы представляют значительную опасность для окружающей среды. Площади, занимаемые внешними отвалами, превосходят площади горных выемок. Вынос пыли с отвалов засоряет площади, превосходящие в несколько раз площади, занимаемые отвалами. На угольных разрезах серьезный ущерб окружающей среде наносит горение отвалов, связанное с попаданием на них вместе с породами вскрыши высокозольных и разубоженных углей. В этих случаях схемы отвальных работ должны предусматривать захоронение в отвалах угольно-породных смесей, склонных к самовозгоранию.

Принципиальная схема отсыпки отвала механической лопатой при укладке внутри заходки горючих угольно-породных смесей, приведена на рис. 3.35. Поступающая на отвал угольно-породная смесь укладывается отвальным экскаватором во внутреннюю часть нижнего подуступа (область П) и изолируется вскрышными породами с внешней стороны при отсыпке отвальной заходки на полную ширину, а сверху при отсыпке верхнего подуступа. Захоронение горючих отходов по данной схеме не влечет за собой изменения параметров отвалообразования и порядка работы экскаватора, в то же время обеспечивает надежность изоляции угольно-породной смеси от поступления воздуха и самовозгорания.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: