книги из ГПНТБ / Ходинов, А. С. Открытая разработка месторождений горно-химического сырья

природную устойчивость. Аналогично определяется ми­ нимальная ширина бермы между уступами (табл. 54).

На массив горных пород действуют также динамиче­ ские нагрузки от работающего оборудования, которые

Рис. 44. Схема к расчету удаления внешних нагрузок от бровки устойчивого уступа:

обычно не учитываются в расчетах. Исследованиями ГИГХС установлено, что почти треть оползней вызвана нагрузками такого типа.

Т а б л и ц а 54

Минимальные расстояния удаления внешних нагрузок от верхней бровки на месторождениях Предкарпатья

170

Динамические нагрузки иа грунт передаются от виб­ рации и перераспределения удельного давления.

Влияние перераспределения удельного давления на грунт оказалось весьма существенным.

Замеры динамических нагрузок во время работы экс­ каваторов с помощью тензометрических датчиков, поме­ щенных под базу и ходовые механизмы ЭШ-14/75 и гусеницы ЭКГ-4,6, показали, что они в несколько раз превосходят статическое давление на грунт. Максималь­ ная величина динамической нагрузки экскаватора ЭШ-14/75 57,6 тс/м2 наблюдается под кромкой базы со стороны работающего органа при черпании и повороте, а минимальная — на противоположной кромке. Ее сред­ няя величина 24 тс/м2 почти втрое превышает статиче­ ское давление.

Максимальное давление экскаватора ЭКГ-4,6 53 тс/м2 достигается в момент заполнения и отрыва ковша с грунтом. Средняя величина динамического давления 26,5 т/м2 в 1,3 раза превышает статическое.

Правильное установление несущей способности грун­ тов является одной из важнейших задач при определе­ нии возможности применения тяжелой землеройной техники на уступах и отвалах (табл. 55). Пренебрежение этим приводит к авариям с механизмами.

Для определения несущей способности грунтов и отвалов ГИГХС создана универсальная установка, обо­ рудованная съемными плоскими и сферическими штам­ пами, аппаратурой измерения осадки штампов и авто­

471

матическим записывающим устройством с часовым ме­ ханизмом, фиксирующим осадку штампа на протяжении всего опыта.

Кроме критической нагрузки, по результатам испыта­ ний штампами определяется модуль сжимаемости грун­ та Е, необходимый для расчета осадки оборудования:

Осадка оборудования определяется по формуле Цптовича

(78)

где р — интенсивность равномерно распределенного дав­ ления, кгс/см2; hs — толщина слоя сжимаемой породы, м.

При разработке месторождения важное значение имеют углы откосов внутренних и внешних отвалов, ко­ торые оказывают влияние на параметры отвалообразователя.

Существующие методы их расчета предполагают од­ нородность отвалов. Однако зарисовки стенок шурфа, пройденного в отвале третичных глии на Роздольском месторождении, показывают, что материал отвалов не­ однороден по гранулометрическому составу. Он содер­ жит крупные глыбы и обломки, мелкие плитки и раз­ дробленные частицы.

Наблюдения за опытным отвалом в западной тран­ шее показали, что угол откоса отвала несколько превы­ шает угол откоса тех же пород в уступе. Это можно объяснить устранением увлажнения контактных зон, прослойков и плоскостей скольжения, имевшихся в ус­ тупе. Однако большая часть отвалов при достижении высоты 14—20 м раскалывается и оползает.

Предельная высота смешанных отвалов из третичных глин и четвертичных пород значительно ниже, чем при раздельном их складировании, что объясняется влия­ нием четвертичных пород.

Предельная высота одноярусного отвала на твердом

.175

основании: для третичных глин 18—20 м, четвертичных пород 14 м и смешанных— 12 м.

Устойчивая высота отвалов зависит от физико-меха­ нических и прочностных свойств складируемых грунтов и несущей способности основания.

Огромные объемы ежегодно удаляемых вскрышных пород и ограниченные свободные площади предопреде­ ляют многоярусную конструкцию отвалов.

Расчеты для Подорожненского карьера показали, что складирование пород возможно в три яруса, из ко­

33—35 м и угол откоса 33°. На Язовском карьере отвал № 2, имеющий слабое основание, отсыпается в два яруса соответственно высотой 10 и 14 м.

Для Предкарпатских серных карьеров ГИГХС про­ ведены работы по искусственному укреплению слабых четвертичных пород ненарушенной структуры постоян­ ным электрическим полем, отвалов и откосов с помощью набивных свай из цементно-глинистых составов.

В постоянном электрическом поле порода упрочняет­ ся за счет сложных явлений. Положительно заряженные частицы воды двигаются к отрицательному катоду, а заряженные частицы породы — в обратном направлении, одновременно с этим идут ионообменные реакции и процессы структурообразоваиия. Наиболее эффективно применение этого способа упрочнения в мелкодисперс­ ных глинистых грунтах с низким коэффициентом филь­ трации.

При обработке грунта постоянным током происходят физико-химические преобразования грунта, увеличение молекулярных сил притяжения глинистых частиц, уве­ личение прочности и резкое снижение влажности грунта. Упрочнение возрастает через две недели в 2 раза, через месяц в 4 раза.

Этим способом укреплены дамбы гидрботвалов на Роздольском месторождении и юго-западного борта Центрального карьера на Язовском.

В первом случае приостановлены оползневые явле­ ния и упрочнены намывные борта дамбы гидроотвала. Плотность породы увеличена с 1,3 до 1,9 кгс/см2, что позволило произвести наращивание высоты и избежать нарушения работы гидроотвала.

-173

Во втором случае закреплен 200-метровый участок борта разрезной траншеи, сложенного переувлажненны­ ми иловыми грунтами.

Проверка материала участка, закрепленного электро­ током с добавлением хлористого кальция, показала, что влажность породы снижается в 3—4 раза, сцепление увеличивается в 3 раза, плотность породы в 1,5 раза и сопротивление одноосному сжатию в 6 раз.

Второй способ упрочнения глинистых грунтов при­ менялся для увеличения несущей способности первого

цементных зерен, химическое взаимодействие продуктов гидролиза с составными элементами в глинах), так и физико-химические (обменное поглощение продуктов гидролиза тонкодисперсной частью грунта, и необрати­ мая коагуляция их и цементация) процессы, в результа­ те которых смесь в набивной свае упрочняется и окру­ жающая порода становится более устойчивой.

Прочностные свойства пород изменяются в зависи­ мости от диаметра сваи и времени твердения. Увели­ чение диаметра с 150 до 230 мм повышает прочность грунта на 40% (табл. 56).

Совершенствование открытой разработки серных месторождений

Серные месторождения СССР могут разрабатывать­ ся с помощью открытых и подземных горных работ и способом подземной выплавки. Подземная разработка имеет ограниченное применение.

174

Наиболее экономичной является открытая разработ­ ка Предкарпатских месторождений с применением на вскрышных работах роторных комплексов. Себестои­ мость серы при этом получается в 1,8—2,5 раза ниже, чем на Водинском и Гаурдакском комбинатах и почти равной себестоимости подземной выплавки.

Совершенствование открытой разработки месторож­ дений серы связано с применением циклично-поточной технологии вскрышных и добычных работ па Гаурдак­ ском и Водинском месторождениях и добычных на Предкарпатских месторождениях.

Для осуществления полной поточности горных работ необходимо создание специальной машины непрерывно­ го действия с высоким усилием резания. Работы по созданию такой машины ведутся в СССР, Польской Народной Республике и ФРГ.

Основными способами разработки серных месторож­ дений являются два — открытый до глубины 100—140 м и подземная выплавка — 140—300 м и более. В настоя­ щее время основную долю мировой добычи серы полу­ чают способом подземной выплавки. США является главным мировым производителем и поставщиком при­ родной серы, 80—90% которой получают методом под­ земной выплавки («метод Фраша»), Его применению способствуют специфические условия залегания серных месторождений в купольных структурах на глубине от 30 до 750 м. Мощность сероносиых пластов 80—90 м и содержание серы в руде 20—60%, часто с прослоями чистой серы. Покрывающая толща состоит из песчано­ глинистых пород с прослойками плывунов и плотного водонепроницаемого «кепрока». Подстилаются место­ рождения ангидридами и каменной солыо. Пласты серо­ носных известняков залегают в условиях природного автоклава.

Метод Фраша заключается в следующем (рис. 45). В сероносном пласте, залегающем на соляном куполе и покрытом плотными нетрещиноватыми породами, про­ буривается система скважин большого диаметра. Каж­ дая скважина оборудуется тремя концентрическими ко­ лоннами труб. Схема скважины для подземной выплав­ ки серы изображена на рис. 46. По первой колонне труб в сероносный пласт нагнетается перегретая вода при температуре 165° под давлением 15 кгс/см2 для расплав­

J75

ления серы, по второй по­ дается горячий сжатый воз­ дух и по третьей подни­ мается смесь расплавленной серы и горячей воды на по­ верхность, где сливается в специальные хранилища и затвердевает.

Расплавленная сера вы­ дается по трубам на поверх­ ность, минуя все стадии добычи и переработки руды, что обеспечивает низкую се­ бестоимость и исключитель­ ную конкурентноспособность на мировом рынке.

В последние годы метод усовершенствуется. Вода за­ меняется рассолами и рас­ творами, а вертикальные скважины — наклонными.

Методу подземной вы­ плавки присущ крупный не­ достаток — низкое исполь­ зование недр, когда 40— 60% серы остается потерян­ ной в недрах. Он дает вы­ сокие темпы развития и сверхприбыли, но в то же время подрывает основу и будущее серной промыш­ ленности США, которая снижает масштабы добычи и свою долю в мировом производстве серы. На аре­ ну мирового рынка серы вышла Мексика, ранее не фигурировавшая среди ос­ новных производителей. Это произошло благодаря от­ крытию на побережье Мек­ сиканского залива богатых залежей серы купольного

176

Рис. 46. Схема скважины для добычи серы:

Типа и применению подземной выплавки по способу Фраша.

Впоследние годы в Польской Народной Республике на месторождениях серы в Тарпобжеге быстро разви­ вается подземная выплавка серы.

ВСССР первый опытно-промышленный участок ПВС (подземная выплавка серы) заложен на Язовском ме­ сторождении. За время опытных работ выплавлено около 100 тыс. т серы. В 1971 г. подземная выплавка серы начата на Гаурдакском месторождении и проекти­

руется промышленный участок ПВС на Немировском в Предкарпатье.

За период работы опытного участка ПВС в резуль­ тате исследований ГНГХС получены основные парамет­ ры и показатели ПВС, разработаны пути развития п совершенствования данного способа.

Технико-экономические показатели серной промышленности за рубежом

Основным производителем серы по-прежнему явля­ ются США. Второе место по добыче природной серы способом Фраша занимала Мексика, которую в настоя­ щее время опережает Польская Народная Республика.

В последние годы широкое развитие получает выде­ ление серы из газов и отходов нефтяной и металлурги­ ческой промышленности.

178