СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРООТВАЛА В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРООТВАЛА В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ
УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА

Научная статья

Пыталев И.А.¹, Резник А.В.², Якшина В.В.^3, *

^{1, 3} Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия;

² Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия

* Корреспондирующий автор (v.v.yakshina[at]inbox.ru)

Аннотация

В статье представлен анализ условий отработки запасов пологозалегающих месторождений. На основе сравнения вариантов формирования гидроотвалов определена область их применения. Предложена классификация вариантов формирования гидроотвала в выработанном пространстве карьера. Разработана схема намыва гидроотвала в выработанном пространстве. Представлена технология формирования гидроотвала с помощью различных технологических конструкций: оградительных дамб, подпорных стенок. Представлены результаты исследования осаждения частиц в технологическом пруду-отстойнике.

Ключевые слова: выработанное пространство, гидроотвал, карьер, вскрышные породы, ограждающая дамба, угольный разрез.

WAYS TO CREATE A HYDRAULIC WASTE DISPOSAL IN THE MINED-OUT COAL PIT

Research article

Pytalev I.A.¹, Reznik A.V.², Yakshina V.V.^3, *

^{1, 3} Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia;

² N.A. Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences Novosibirsk, Russia

* Correspondent author (v.v.yakshina[at]inbox.ru)

Abstract

The article presents an analysis of the conditions of mining light-pitching deposits. Through the comparison of the ways to create hydraulic waste disposal, the authors determined their application domain. A classification of the ways to create hydraulic waste disposal in the mined-out quarry space is proposed. The scheme of alluviating hydraulic waste disposal in the mined-out space is developed. The article presents the technology for creating hydraulic waste disposal using various technological structures: bund walls and relieving walls. The results of the study on the settling of particles in a technological sediment pond are presented.

Keywords: mined-out space, hydraulic waste disposal, quarry, stripping soils, bund wall, coal pit.

Введение

В настоящее время в России более 74% угледобычи производится открытым способом. Значительные запасы этого полезного ископаемого сосредоточены в Канско-Ачинском угольном бассейне. В целом, горно-геологические условия вскрытия на них благоприятные и характеризуются небольшой глубиной залегания и высокой мощностью пластов, коэффициент вскрыши составляет 0,1-2 м³/т. Осложняет добычу повышенная обводненность продуктивной толщи, требующая применения соответствующих технологических решений для их освоения [1], [2], [3].

На сегодняшний день перед горнодобывающими предприятиями, разрабатывающими аналогичные по горно-геологическим и горнотехническим условиям месторождения, стоит задача не только поиска и внедрения технологий разработки обводненных пластов, но и изыскания свободных земель для складирования пород вскрыши, что является основным условием рационального природопользования и интенсификации горных работ, а также комплексного использования сырьевых ресурсов, в том числе, внедрения в производство безотходной технологии и мероприятий по охране окружающей среды.

Перспективным решением задач, связанных с размещением вскрышных пород при обеспечении постоянно ужесточающихся экологических требованиях, является формирование гидроотвала в выработанном пространстве угольного разреза [4], [5].

Размещение гидроотвала вскрышных пород в выработанном пространстве разреза обеспечивает следующие основные преимущества (рис.1):

– отсутствие необходимости изъятия дополнительных площадей земли вне поля разреза;

– минимальное расстояние транспортирования пород вскрыши от забоя до гидроотвала;

– исключение вероятности прорыва гидротехнического сооружения;

– повышение экономической эффективности горного производства за счет сокращения эксплуатационных затрат.

Рис.1 – Схема намыва гидроотвала в выработанном пространстве:
α⁰ – угол борта карьера; Н_к – глубина карьера; 1 – плавучая насосная станция; 2 – водовод; 3 – пруд-отстойник;
4 –породы вскрыши, 5 – пульпровод

 

Формирование гидроотвала в выработанном пространстве разреза

Конструкция гидроотвала включает следующие элементы:

– ограждающие дамбы, создающие приёмную ёмкость, или выработанное пространство карьера;

– пруд-отстойник;

– устройства для отвода осветлённой воды;

– сооружения для пропуска паводковых и ливневых вод.

Необходимо учитывать, что при расположении гидроотвалов на сухих рыхлых породах, они, выступая в качестве основания, могут быть вымыты при фильтрации [6]. С целью недопущения этого следует предусматривать выполнение определенного вида предварительных работ по подготовке основания, в том числе кольматаж основания, что в конечном итоге предопределяет эффективную и безопасную работу всего комплекса гидромеханизации вскрышных работ.

Формирование гидроотвала в выработанном пространстве разреза возможно для двух условий:

– в отработанном карьере;

– в действующем карьере.

С целью определения способов подготовки основания гидроотвалов, формируемых в выработанном пространстве карьера, на основе положительного опыта ведения работ по гидромеханизации и условий их безопасного функционирования разработана классификация вариантов формирования гидроотвала в выработанном пространстве карьера (таблица).

 

Таблица 1 – Классификация вариантов формирования гидроотвала в выработанном пространстве карьера (разреза)

Согласно данной классификации формирование гидроотвала в выработанном пространстве карьера должно быть предусмотрено на стадии разработки проектных решений и отвечать следующим требованиям, предъявляемым к данным гидротехническим сооружениям [7], [8], [9]:

– соблюдение условий охраны окружающей среды и промышленной безопасности при их эксплуатации;

– наличие технологических и конструкционных материалов для возведения дамб обвалования;

– наличие защиты от подтопления рабочей зоны карьера;

– обеспечение устойчивости бортов карьера (разреза) или откосов дамб.

Важными требованиями к гидроотвалам, созданным в выработанных пространствах действующих карьеров, являются: обеспечение их устойчивости на всех этапах формирования и обеспечение необходимого объема.

Формирование гидроотвала в выработанном пространстве карьера возможно по двум вариантам:

• Вариант 1 – с сооружением оградительных дамб вдоль верхней кромки технологического водоема (рис. 2а);
• Вариант 2 – без сооружения дамб (рис.2б) [2].

 

Рис. 2 – Варианты формирования гидроотвала в выработанном пространстве разреза:
1 – технологический водоем; 2 – оградительная дамба; 3 – гидроотвал; 4 – отвал бестранспортной вскрыши

 

Вариант 1. Сооружение гидроотвала с помощью оградительных дамб по периметру верхней бровки технологического водоема применяется с учётом характеристик укладываемых грунтов, рельефа основания, класса ответственности гидроотвалов, объёмов работ и характера дальнейшего использования гидроотвалов. Следует отметить, что данный способ создания гидроотвала имеет ряд недостатков, связанных с потребностью в необходимом материале для формирования оградительных дамб, применения более сложных нетрадиционных схем складирования пород вскрыши, а также сокращения полезного объема формируемой приемной емкости в контуре выработанного пространства карьера. В качестве материала для создания оградительных дамб пригодны грунты, обеспечивающие требуемые прочностные и фильтрационные характеристикам [10], а также железобетонные конструкции, такие как уголковые подпорные стенки: консольные и контрфорсные.

Применение данных технологических и конструкционных материалов является перспективным в горном деле не только в качестве гидротехнического сооружения, обеспечивающего сокращение объема используемых грунтов для возведения оградительных дамб при одновременном увеличении прочностных характеристик горнотехнических объектов, но и для увеличения приемной способности техногенных емкостей.

Вариант 2. Формирование гидроотвала в выработанном пространстве карьера без сооружения дамб. Применение данного способа целесообразно для обводненных месторождений пологого залегания, а наличие откосов бортов разреза на флангах, выполняющих роль оградительных дамб, позволяет значительно сократить капитальные и эксплуатационные затраты на их формирование.

При отсутствии оградительных дамб важное значение приобретает вопрос дальности распространения элементов гидросмеси в технологический водоем, так как в случае попадания их в призабойную зону цепных экскаваторов возможно увеличение зольности добываемого угля. Согласно исследованиям [3] видно, что при постоянной глубине отстойника длина осаждения частиц зависит, главным образом, от их крупности и скорости течения пульпы. Чем меньше крупность частиц и выше скорость их течения, тем больше длина их осаждения, которая достигает величин 70-160 м. Снижение расстояния осаждения частиц достигается путем регулирования гранулометрического состава и скорости подачи гидросмеси, с установкой (при необходимости) боковых заграждений. В случае достаточно большого удаления гидроотвала от откоса нижнего добычного уступа (более 500 м), распространение в призабойную зону крупных элементов гидросмеси маловероятно. Возможно увеличение мутности воды, что не является критичным.

Заключение

Применение предложенных способов формирования гидроотвала при разработке обводненных месторождений обеспечивает возможность размещения гидроотвала вскрышных пород в выработанном пространстве разреза, что исключает необходимость изъятия дополнительных площадей земли, при одновременном снижении негативного воздействия открытых горных работ на атмосферу, гидросферу и литосферу путем сохранения природного состояния окружающей среды, исключения загрязнения вредными веществами водоемов за счет аккумуляции технической воды в прудке-накопителе и дальнейшей ее подачи в цикл оборотного водоснабжения.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.