Способ рекультивации откосов при открытой разработке месторождений

 

Использование: Способ может быть использован при рекультивации нарушенных земель. Сущность изобретения: на верхней площадке откоса вдоль его бровки формируют ряд блоков посредством дамб с последующим заполнением их гидросмесью потенциально-плодородных пород, начиная от блока наиболее удаленного от магистрального трубопровода. Высота слоя гидросмеси в каждом блоке зависит от параметров блока, физико-механических свойств породы и гидросмеси, а также от параметров призмы возможного обрушения рекультивируемого откоса. 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при рекультивации нарушенных земель.

Известен способ рекультивации при открытой разработке месторождений, включающий складирование почвенного слоя в ленточный отвал на дно в центре карьерного поля, и вскрышных пород у его границ, затем вскрышные породы перемещают на выположенную поверхность бортов и дна карьера, а почвенный слой укладывают на вскрышные породы [1] Недостатком этого способа является значительный объем бульдозерных работ по выполаживанию откосов, необходимость снятия, погрузки и перевозки потенциально-плодородного слоя, длительность восстановления капиллярной системы, обеспечивающей доступ воздуха и воды к корням растений при "сухой" укладке пород.

Известен способ рекультивации откосов при открытой разработке месторождений, включающий водонасыщение породного массива с последующим его обрушением и нанесение на рекультивируемую поверхность потенциально-плодородных пород [2] прототип.

Недостатком данного способа является его ограниченное применение только для рекультивации массива из рыхлых пород. Кроме того, этот способ является трудоемким из-за необходимости понижения отвала, формирования траншей в каждом перемещаемом слое пород и покрытие поверхности привозным грунтом.

Задачей способа является обеспечение поочередного и надежного обрушения всех участков рекультивируемого откоса из рыхлых и полускальных пород с одновременным нанесением потенциально-плодородных пород при снижении трудозатрат на рекультивацию.

Это достигается тем, что в способе рекультивации откосов при открытой разработке месторождений, включающем водонасыщение породного массива с последующим его обрушением и образованием на рекультивируемой поверхности слоя из потенциально-плодородной смеси, на верхней площадке откоса вдоль его бровки формируют ряд блоков посредством дамб, затем их заполняют гидросмесью потенциально-плодородных пород, начиная от блока, наиболее удаленного от магистрального трубопровода, на высоту равную где h_г высота слоя намываемой гидросмеси, м; ϕ_п угол внутреннего трения пород обрушаемого массива, град; P_п удельная сила веса пород обрушаемого массива, т/м; α угол откоса обрушаемого массива, град; w угол выхода кривой скольжения, c сцепление пород в массиве, т/м²; l длина наклонного участка блока обрушаемого массива, м;
γ_г плотность гидросмеси, т/м³;
L ширина пригрузки, м;
Величина высоты намываемой гидросмеси для каждого блока является достаточной для обеспечения обрушения рекультивируемого откоса, соответствующего блока, его выполаживания и перемешивания полускальных пород, слагающих откос, с потенциально-плодородными породами гидросмеси. Поочередное заполнение всех блоков гидросмесью и их обрушение обеспечивает равномерную рекультивацию всего откоса.

Таким образом, все отличительные признаки изобретения взаимосвязаны между собой и только их совокупность обеспечивает решение поставленной задачи.

При проведении патентного поиска не выявлено технических решений, имеющих указанные по сравнению с прототипом отличия.

На фиг.1 показан продольный разрез рекультивируемого откоса; на фиг.2 - размещение блоков при наличии вышележащего уступа; на фиг.3 схема формирования блоков при кольцевой обваловке.

Способ заключается в следующем.

На верхней площадке рекультивируемого откоса 1 вдоль его бровки 2 создают дамбу обвалования 3 и зону ослабления массива 4 с помощью бульдозера-рыхлителя. Затем на площадке, огражденной дамбой 3 и откосом 5 вышележащего уступа, формируют несколько замкнутых блоков 6 посредством разделительных дамб 7.

При отсутствии вышележащего уступа или значительном удалении его от верхней бровки рекультивируемого откоса каждый замкнутый блок 6 образуют путем соединения соседних разделительных дамб 7 со стороны противоположной дамбе обвалования 3 дополнительной ограждающей дамбой 8 (фиг.3). Образованные таким образом емкости блоков заполняют гидросмесью нетоксичных потенциально-плодородных вскрышных пород последовательно, начиная от блока наиболее удаленного от магистрального трубопровода 9. Для исключения затопления гидросмесью нижележащих площадей проводят вдоль нижней бровки рекультивируемого откоса дренажную канаву 10.

Высота слоя гидросмеси в каждом блоке зависит от параметров блока, физико-механических свойств пород и гидросмеси, а также от параметров призмы возможного обрушения рекультивируемого откоса и равна:

где h_г высота слоя намываемой гидросмеси, м;
ϕ_п угол внутреннего трения пород обрушаемого массива, град;
P_п удельная сила веса пород обрушаемого массива, т/м;
α угол откоса обрушаемого массива, град;
w угол выхода кривой скольжения,
c сцепление пород в массиве, т/м²;
l длина наклонного участка блока обрушаемого массива, м;
γ_г плотность гидросмеси, т/м³;
L ширина пригрузки, м;
При заполнении блоков гидросмесью происходит обводнение породного массива рекультивируемого откоса и появление сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления, величина которых зависит от высоты слоя намываемой гидросмеси. Воздействие гидростатических и гидродинамических сил на рекультивируемый откос вызывает нарушение его устойчивости, в результате чего происходит поочередное обрушение всех участков откоса с одновременным перемешиванием полускальных пород, слагающих откос, с потенциально-плодородными вскрышными породами гидросмеси.

Таким образом, данный способ обеспечивает выполаживание рекультивируемых откосов, значительно снижает трудозатраты на рекультивацию за счет надежного и равномерного обрушения и нанесения потенциально-плодородных пород в результате намыва слоя гидросмеси высотой, определяемой по вышеуказанной зависимости.

Пример реализации данного способа.

Для рекультивации откосов Восточного автоотвала полускальных пород А.О. "Разрез Бачатский" концерна "Кузбассразрезуголь" из уложенных вскрышных пород при помощи дамбы обвалования и трех разделительных дамб, формируются два блока, примыкающих к нижней бровке верхнего откоса. При этом ширина каждого блока выбрана исходя из прочностных свойств пород, слагающих массив, и равна соответственно 100 и 150 м.

По результатам определения показателей физико-механических свойств пород отвала: плотности пород γ 1,85 т/м³, сцепления C 3,8 т/м², угла внутреннего трения v_п 31^o и маркшейдерской съемки определена ширина пригрузки L 42м, приняв плотность гидросмеси γ_г 1,08 т/м³, производим расчет величины h_г известными методами алгебраического сложения сил по криволинейной поверхности скольжения и многоугольника сил.

При этом расчет включает последовательный перебор семейства кривых скольжения с вычислением соответствующих значений Σcl и ΣP_п(tgϕ_пcosα-ηsinα) и выбор слабейшей поверхности скольжения когда η ≅ 1 для которой величина h_г минимальна. Для конкретных условий h_г=2,5 м.

Дамбы, высота которых во избежание перелива гидросмеси принята равной 1,2 h_г 3 м, строятся бульдозером типа Т-180.

Откос обрушается в течение недели после замыва блоков в форме оползневого цирка и соответствует прогнозным параметрам, что отвечает требованиям санитарно-гигиенической рекультивации откосов отвалов полускальных пород.

Источники информации:
1. Авт.свид. N 1062392 кл. E 21 C 41/32 Способ рекультивации при открытой разработке месторождений (аналог).

2. Авт. свид. N 1579960 кл. E 21 C 41/32 Способ рекультивации отвалов (прототип).

Формула изобретения

Способ рекультивации откосов при открытой разработке месторождений, включающий водонасыщение породного массива с последующим его обрушением и образованием на рекультивируемой поверхности слоя из потенциально-плодородной смеси, отличающийся тем, что на верхней площадке откоса вдоль его бровки формируют ряд блоков посредством дамб, а водонасыщение породного массива производят путем заполнения блоков гидросмесью потенциально-плодородных пород, начиная от блока, наиболее удаленного от магистрального трубопровода, на высоту

где h_r высота слоя намываемой гидросмеси, м;
ϕ_п- угол внутреннего трения пород обрушаемого массива, град;
Р_п удельная сила веса пород обрушаемого массива, т/м²;
α - угол откоса обрушаемого массива, град;
ω - угол выхода кривой скольжения,
с сцепление пород в массиве, т/м²;
l длина наклонного участка блока обрушаемого массива, м;
γ_г- плотность гидросмеси, т/м³;
L ширина пригрузки, м;
η - коэффициент запаса устойчивости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3