пїњ

¬Ћ»яЌ»≈ —»—“≈ћџ –ј«–јЅќ“ »  ј–№≈–ј Ќј ¬ћ≈—“»ћќ—“№ ¬Ќ”“–≈ЌЌ≈√ќ ќ“¬јЋј

------------------------------------------------------- © ј.ј. «айцева, 2009
”ƒ  622.271.:519.6 ј.ј. «айцева
¬Ћ»яЌ»≈ —»—“≈ћџ –ј«–јЅќ“ »  ј–№≈–ј Ќј ¬ћ≈—“»ћќ—“№ ¬Ќ”“–≈ЌЌ≈√ќ ќ“¬јЋј
ѕриведена количественна€ оценка объемов породы, размещаемой в выработанном пространстве, в зависимости от типа месторождени€ и системы его отработки. ќцениваетс€ вместимость внутреннего отвала дл€ месторождений пологого и наклонного залегани€ пластов при использовании двух систем разработки карьера: продольной -углубочной и комбинированной (продольно-поперечной)
 лючевые слова: система разработки карьера, отвал, выработанное пространство,
пологое залегание пластов.
A.A. Zaytseva
THE INFLUENCE OF THE MINING SYSTEM ON THE INSIDE DUMP CAPACITY
The quantitative estimation of the rock mass volumes placed in the worked-out space depending on the deposit type and mining system is given. The capacity of the inside dump for the flat and inclined deposit layers is estimated with the regard to the two systems of the mining systems: deeping and combined (two-ways) ones.
Key words: mining system, dump, worked-out space, flat deposit layers.
∆Ёыбор пор€дка отработки карьер-^¬ных полей св€зан с комплексным решением вопросов размещени€ максимальных объемов вскрышных пород в выработанном пространстве. ¬озможности внутреннего отвалообра-зовани€ определ€ютс€ геологическими и горнотехническими услови€ми месторождени€ и завис€т от начала возведени€ отвала, его приемной способности, направлени€ и скорости перемещени€ фронта горных и отвальных работ.
ќтвал, как горный объект, получает своЄ завершение только к концу разработки месторождени€. ¬ процессе же
—еминар є 16
эксплуатации разреза, с момента начала формировани€ внутреннего отвала и до его завершени€, посто€нно измен€ютс€ его геометрические формы, линейные размеры, конструктивные параметры измен€ют своЄ пространственное положение, непрерывно или периодически перемеща€сь. “ака€ изменчивость зависит от многих факторов. ƒл€ оценки эффективности способа отвалообразовани€ и системы разработки разреза важно с достаточной степенью точности рассчитывать горно-геометрические параметры отвала в любой заданный момент времени.
¬ насто€щей работе даетс€ количественна€ оценка объемов породы, размещаемой в выработанном пространстве, в зависимости от типа месторождени€ и системы его отработки. ќцениваетс€ вместимость внутреннего отвала дл€ месторождений пологого (2 -15о) и наклонного (15 -25о) залегани€ пластов при использовании двух систем разработки карьера: продольной -углубочной, рис. 1,
–ис. 1. —хема отработки карьера продольной - углубочной системой с внутренним отвалом:
№р, №ро - подвигание рабочего борта карьера и отвала соответственно, «1, 72 - отвальные €русы
и комбинированной (продольнопоперечной), рис. 2.
Ќа месторождени€х с пологим падением, отрабатываемых продольной системой рис. 1, направление развити€ отвальных работ совпадает с направлением развити€ рабочей зоны карьера, при этом отвал развиваетс€ вслед за добычной зоной, с некоторым отставанием от неЄ. ¬ этих услови€х теоретически (поскольку полезное ископаемое удал€етс€ и занимаемое им пространство добавл€етс€ к пространству, освобождаемому от породы, что должно компенсировать разрыхление породы при укладке в отвал) существует возможность размещени€ в выработанном пространстве всей удал€емой породы. ќднако часть освобождаемого пространства занимают коммуникации (въездные и выездные траншеи), их расположение может быть как на флангах карьера, так и в центре. ѕо технике безопасности необходимо оставл€ть пространство между добычной и отвальной зонами.  роме этого
при размещении вскрышных пород в отвале необходимо соблюдать безопасность работ, что обеспечиваетс€ устойчивым генеральным углом откоса рабочего борта отвала. Ётот угол зависит от высоты отвала, котора€ на наклонном основании мен€етс€ по мере ухода работ на глубину, а, следовательно, измен€етс€ и угол откоса рабочего борта в меньшую сторону. ¬ св€зи с этим дл€ обеспечени€ устойчивости на верхних €русах временно прекращаетс€ отсыпка породы. ¬ результате, в некоторые моменты времени, снижаетс€ приемна€ способность отвала.
»на€ ситуаци€ в случае наклонного залегани€ пластов. Ќевозможность возведени€ внутреннего отвала на наклонном основании при разработке продольными системами устран€етс€ делением карьера на блоки. ¬озникающа€ при этом проблема стабилизации режима горных работ решаетс€ путем отработки карьерного пол€ двум€ блоками ¬1, ¬2 разной длины с
б)
–ис. 2. —хема отработки карьера блоками (комбинированна€ система) с внутренними отвалами: ¬1, ¬2 - пионерный и смежный с ним блоки карьера, V! - у5 - скорости подвигани€ горных и отвальных работ; - 73 - номера €русов отвала снизу вверх
использованием на первом этапе (71) продольной, а на втором (72)- поперечной систем, рис. 2. ¬ течение 71 добыча ведетс€ в ¬1 и частично в ¬2 (¬21) с размещением вскрышных пород на внешнем отвале, а в период 72 - в оставшейс€ части ¬2 (¬22) с транспортом пород во внутренний отвал. “аким образом, объем размещаемой во внутреннем отвале вскрыши ограничиваетс€ не столько вместимостью отвала, сколько объемами породы в блоке ¬22, т.е. его размерами, которые в свою очередь завис€т от прин€того режима отработки карьера первой очереди.
“аким образом, на месторождени€х с пологим залеганием пластов, объем
размещаемой породы ограничиваетс€ только вместимостью отвала. Ќа наклонных месторождени€х на объемы внутреннего отвалообразовани€ существенное вли€ние оказывает режим горных работ.
ќценка объемов внутреннего отвала произведена с помощью математических моделей месторождени€, систем отработки карьера, алгоритмов оптимизации режима горных работ при использовании комбинированной системы отработки, моделей развити€ внутреннего отвала в динамике отработки карьера на пологом и наклонном основании [1, 2]. ѕрограммное обеспечение разработано в »√ƒ —ќ –јЌ.
–ис. 3. —хема отработки месторождени€ продольной системой в плоскости вертикального разреза. Ќерабочий борт –Ѕ - рабочий борт в этапах 1,10,15, углы наклона пластов 1, 2, 3 соответственно 24, 22, 20о, рельеф равнинный с отметкой 600 м
ћодель месторождени€ представлена уравнени€ми рельефа поверхности (п=0), почвы и кровли угольных пластов
(п=1,..^
√ г = х Х ўрп + сп \ , п = 0,..,џ,
[г = у Х ^ап + сп
где N - количество пластов месторождени€, ап, рп - углы наклона рельефа поверхности (п=0) и разделительных поверхностей п-го пласта, соответственно, в направлени€х по падению и простиранию нижнего пласта.
ћатематическа€ модель развити€ карьера представл€ет собой совокупность моделей месторождени€, промежуточных и конечных контуров карьера, рис. 3.
ƒл€ имитации динамики развити€ горных работ весь период отработки карьера делитс€ на р€д этапов, характеризуемых фиксированным подвиганием фронта горных работ по почве нижнего пласта (№р). »звлекаема€ за этап горна€ масса заключена между смежными положени€ми рабочего борта, отстроенного в начале и конце этапа. –абочий борт карьера моделируетс€ в плоскости профил€. ќбъединение этих плоских моделей в пространственную модель производитс€ в процессе расчета поэтапных объемов вскрышных пород и полезного ископаемого.
ћодель отработки карьера продольной (поперечной) системой, имитирующа€ развитие горных работ в плоскост€х
системы профилей –у (–х) содержит уравнени€ пластов, рельефа, бортов карьера (рабочего, погашени€ горных работ), и торцов карьера.
”равнени€ рельефа (п=0) и разделительных поверхностей пласта (п=1,..,∆) в плоскости профил€ ру,г (рх,г) имеют вид:
* = ” * %ап + —п +
тываетс€ как
у ,≥
+—≈ ^ ^ –у
}=≥ ,
г = ” Х ^–п + сп +
+ƒ Х ^ап ™ –х,
уравнени€ рабочего борта
г = Ч у Х ^аг + гк , +
+ук ,≥ Х ^аг ™ –у ,≥
г = х Х ^аг + гк - Т
(1)
Чх.
где аг - угол откоса рабочего борта; (ук,, ^к,г), (хк,≥, њк,≥) - координаты его положени€ в этапе к (к=1,..,кк) на почве нижнего пласта профил€ ≥, соответственно, в –у и –х-
”равнени€ борта в конечном положении (борт погашени€)
г = х Х ^а– + г
^па^-≥
Чх
где ар - угол откоса борта погашени€;
(”йпаЋ? ^йпа,^? (х^а,1э ^йпа,1) к∞∞рдина“џ
его нижних бровок на профиле г, соответственно, в –у и –х
ќбъем полезного ископаемого и по-
1к”
роды в этапе т ”к т = "”кт рассчи-
I=2 Т
сумма объемов Vфи-
гур, ограниченных разделительными поверхност€ми пластов к, плоскост€ми рабочего борта в этапах т и (т-1) и плоскост€ми профилей (г-1) и г.
¬ результате моделировани€ отработки 51, ¬21, и ¬22 получаем функциональные зависимости извлекаемых вскрышных пород V¬(Lp) и полезного ископаемого ”(№р) дл€ каждого из блоков.
ћодель развити€ внутреннего отвала при отработке карьера продольной или комбинированной системой, имитирует развитие отвальных €русов в плоскост€х системы профилей
–х = {рх,п|у = уп, п = пкх}
(–у {ру,п|х хп, п пку }) и
содержит уравнени€ почвы нижнего пласта, рельефа, бортов карьера (рабочего, погашени€ горных работ, торцевого).  роме этих данных в модели используетс€ специфические дл€ отвала информаци€: границы отвода дл€ отвала на флангах, предельно допустима€ высота отвала, технологические параметры отвальных €русов, физико-механические свойства подстилаемых и складируемых пород и динамика развити€ карьера в виде годового или поэтапного подвига-ни€ рабочей зоны. ¬ли€ние физикомеханических свойств пород, а также гидрогеологические услови€ в конечном итоге отображаютс€ в виде функциональных зависимостей –(Ќ, ап, в)=0. где » - высота отвала, ап - угол наклона по-дотвальной поверхности, в - устойчивый угол откоса борта отвала
¬ результате моделировани€ строитс€ ”ќ (№р) Ч зависимость геометрической приемной способности отвала от подвигани€ его фронта работ.
<
<
Х<
–ис. 4.   моделированию развити€ внутреннего отвала на наклонном основании: №ри №р2 -
подвигание отвала за этап или год; ф - естественный угол откоса отвального €руса; ещ, Ќ/ - ширина рабочей площадки и высота €руса; Ќ - высота отвала; х212, 22}1}2 - координаты бровки €руса в этапе на профиле
ћодели реализованы в программные модули и результаты расчетов представлены на рис.5, 6. –асчеты проводились дл€ месторождени€ из трЄх пластов, суммарной мощностью 49 м., рельеф равнинный. √лубина карьера 250 м, длина 5 км. ”глы наклона торцов карьера прин€ты 40о, угол борта погашени€ 32о. ѕри моделировании отработки месторождени€ блоками длина пионерного блока прин€та 1.5 км, длина смежного с ним 3.5 км. ¬еличина №у2д рассчитывалась в процессе поиска рационального режима горных работ, обеспечивающего возможный максимум внутреннего отвала, поэтому дл€ всех величин ап она имела разные значени€. ѕоскольку изначально задавалась не длина карьера по падению пластов №у, а его глубина, длина, как производна€ от глубины, дл€ разных углов падени€ нижнего пласта различна. Ёто сказываетс€ на количестве лет отработки карьеров рис. 4, поскольку годова€ производительность
карьера по полезному ископаемому была задана одинаковой.
Ќа пологом месторождении углы наклона торцов отвала прин€ты равными 40о, при этом один из торцов совпадает с торцом карьера. ќтставание от добычной зоны прин€то нулевым. ƒинамика моделировалась этапами с одинаковым подвиганием горных работ.
ћоделирование отвала на наклонном основании осуществл€лось в предположении, что угол наклона почвы нижнего пласта по простиранию в=0. ќдин из торцов отвала примыкает к борту погашени€ карьера и имеет угол наклона равный 32о, второй - 40о. Ќерабочий борт отвала совпадает с торцом карьера. ƒинамика моделировалась годовым подвиганием, величина которого равна подвиганию рабочей зоны карьера, обеспечивающему заданную его производительность по полезному ископаемому. ѕоскольку к моменту начала отработки блока ¬22, порода из которого
ев
ю
ќ
10
5
0
10
5
0
x 10
x 10
10
а=25о, VO=56%
15 20
25
годы
–ис. 5. ќбъем вскрыши (1) и вместимость (2) внутреннего отвала при отработке наклонных залежей карьером с разделением на блоки: а -
угол наклона нижнего пласта (подотвальна€ поверхность); VO - вместимость отвала в процентном отношении к объему вскрышных пород (с учетом коэффициента разрыхлени€ породы)
2
1
5
л
н
о
ьј
ё
ќ
1 2 этапы
–ис. 6. ќбъем вскрыши (1) и вместимость внутреннего отвала (2) при отработке месторождени€ с пологим залеганием пластов продольной системой разработки: а - угол наклона нижнего пласта (подотвальна€ поверхность); VO - вместимость отвала в процентном отношении к объему вскрышных пород (с учетом коэффициента разрыхлени€ породы)
0
2
6
1
1
размещаетс€ во внутреннем отвале, имеетс€ значительное выработанное пространство блока ¬1, вместимость отвала значительно превышает объемы вскрышных пород, рис. 5.
ѕредставленные на рис. 5 и 6 результаты расчета объемов вскрышных пород и вместимости отвала свидетельствуют о том, что как на пологих, так и на наклонных месторождени€х на внутреннем отвале может быть раз-
1. ¬асильев ≈.»., «айцева ј.ј.  омпьютерна€ технологи€ выбора параметров внутреннего отвала и карьера, отрабатывающего наклонное месторождение. // ‘“ѕ–ѕ».-2001.- N∞ 5.
мещена только часть вскрыши (от 63 до 17%). ѕри этом наиболее благопри€тны услови€ при малых углах падени€ пластов. —равнение двух систем отработки на месторождени€х с углом падени€ нижнего пласта 10о и 15о свидетельствует о предпочтительности, с точки зрени€ объемов внутреннего отвала, применени€ комбинированной системы, так как дл€ неЄ объемы отвала в 2 -2.5 раза выше.
------------ —ѕ»—ќ  Ћ»“≈–ј“”–џ
2. «айцева ј.ј. ќптимизаци€ вместимости внутреннего отвала на наклонном месторождении // √орный информационноаналитический бюллетень. - ћ√√” 2003 г.- N∞ 5. ≈Ў
 оротко об авторе _________________________________________________
«айцева ј.ј. - »нститут горного дела —ибирского отделени€ –јЌ, evg@misd.nsc.ru
----------------------------------- ƒ»——≈–“ј÷»»
“≈ ”ўјя »Ќ‘ќ–ћј÷»я ќ «јў»“ј’ ƒ»——≈–“ј÷»… ѕќ √ќ–Ќќћ” ƒ≈Ћ” » —ћ≈∆Ќџћ ¬ќѕ–ќ—јћ
јвтор Ќазвание работы —пециальность ”чена€ степень
»Ќ—“»“”“ √ќ–Ќќ√ќ ƒ≈Ћј ”рќ –јЌ
јЌ“»ѕ»Ќ ќбоснование технологии камерной вы-
ёрий √еоргиевич емки с увеличенными геометрическими параметрами при разработке медноколчеданных месторождений ”рала 25.00.22 к.т.н.

пїњ