Лекція 12. Відвалоутворення розкривних порід Сущность процесса отвалообразования и его связи с другими производственными процессами.

Искусственная насыпь, образующаяся в результате складирования вскрышных пород, называется отвалом, а совокупность производственных операций по приему и размещению вскрышных пород на отвале – отвальными работами.

Отвал вскрышных пород представляет собой геометрическое тело в виде неправильной усеченной пирамиды. Основными параметрами отвала являются:

• высота;

• число уступов (ярусов);

• угол откоса уступов;

• приемная способность;

• длина и способ перемещения отвального фронта работ.

Высота отвального уступа зависит от физико-механических свойств складируемых пород и пород лежащих в основании отвала, а также от средств механизации отвальных работ. Ограничивающим фактором возможного числа уступов на отвале является несущая способность пород лежащих в основании отвала.

Угол откоса отвальных уступов обычно равен углу естественного откоса пород, размещаемых в отвале.

Приемная способность отвала равна объему породы, который можно разместить на данной площади S_о отвала при его максимальном заполнении. Приемная способность отвала ( в целике ) на равнинной местности определяется по формуле:

где К_н= 0,8 – 0,9 коэффициент, учитывающий неравномерность отсыпки породы в отвал; К_р = 1,1 – 1,2 – коэффициент, учитывающий разрыхление породы в отвале; h_о – высота уступа отвала, м; Р₀ – периметр площади основания отвала, м; α₀ – угол откоса уступа отвала, градусы.

Длина фронта отвальных работ равна сумме отдельных участков (тупиков) на которые разбивается периметр отвала с целью рассредоточить по фронту работы при отвалообразовании.

Потребное количество отвальных тупиков определяется грузооборотом карьера по вскрыше и приемной способности отвального тупика за тот же период.

Способ перемещения фронта отвальных работ определяет схему развития отвалов в плане. Различают три способа перемещения фронта отвальных работ: параллельный (а), веерный (б) и криволинейный (в).

Процесс отвалообразования включает возведение первоначальных отвальных насыпей, разгрузку и складирование вскрышных пород, планировку поверхности отвала и перемещение транспортных коммуникаций на отвале.

Возведение первоначальных насыпей имеет целью образование минимального фронта отвальных работ при необходимой высоте отвального уступа. Ширина первоначальной насыпи поверху должна составлять 7 – 10м с целью обеспечения нормального размещения транспортных коммуникаций.

При возведении отвала первоначальную насыпь сооружают из пород выемки, проводимой вблизи насыпи параллельно её оси, или из вскрышных пород. Первоначальная насыпь может сооружаться драглайнами, мехлопатами, бульдозерами и колесными скреперами. Вскрышные породы на отвале разгружаются либо непосредственно на откос отвального уступа, либо на поверхность отвала.

Выбор места расположения отвала.

В зависимости от места расположения отвала по отношению к конечному контуру карьера различают внутренние отвалы, расположенные в выработанном пространстве, и внешние отвалы, расположенные за конечным контуром карьера.

Создание внутренних отвалов возможно, когда разрабатываемое месторождение представлено горизонтальной или пологой залежью, вынимаемой на всю мощность. В некоторых случаях создание внутренних отвалов возможно и экономически целесообразно при разработке наклонных и крутых залежей.

Внешние отвалы, как правило, создаются при разработке наклонных и крутых месторождений, так как конечное положение дна (подошвы) карьера формируется только в конце его отработки.

При выборе места расположения внешних отвалов руководствуются следующими положениями:

1. Отвалы должны располагаться по возможности ближе к карьеру, подступы к отвалу должны быть удобными и не иметь, по возможности, крутых подъемов и спусков.

2. Под отвалами не должно быть запасов полезного ископаемого, пригодных к разработке открытым способом в ближайшее время.

3. Для складирования пород в первую очередь следует занимать площади не пригодные или мало пригодные для использования в сельском хозяйстве ( болота, овраги, балки и т.д.).

4. Положение отвалов не должно мешать развитию горных работ на карьере. Приемная способность отвалов должна обеспечивать размещение вскрыши, удаленной из карьера за весь период его работы.

При расположении отвалов на равнине площадь двухярусного отвала определяется по формуле:

где V_в – общий объем вскрыши, размещаемой в отвале, м³; К_р = 1,1-1,2 – коэффициент разрыхления пород в отвале; h₁ и h₂ соответственно высота первого и второго ярусов отвала, м; η₁ и η₂ – коэффициент учитывающий заполнение площади отвала соответственно первым и вторым ярусами (η₁ = 0,8 – 0,9; η₂ =0,4 – 0,8).

В каждом конкретном случае выбор места расположения отвалов обосновывают технико-экономическими расчетами. В качестве критерия при этом принимают минимальные капитальные и эксплуатационные затраты за весь период работы карьера.