6.3. Отвалообразование при автотранспорте

Наибольшее распространение при перевозке вскрыши автотранспортом получило бульдозерное отвалообразование.

Процесс отвалообразования при автотранспорте состоит из разгрузки автомашин на верхней площадке отвального уступа, перемещения породы под откос или планировки ее на площадке, поддержания автодорог на отвале. Последние два вида работ выполняются в основном бульдозерами.

Строительство бульдозерных отвалов на равнинной местности заключается в подведении автодорог к отвальному отводу и создании первоначального отвала шириной 70—100 м и высотой 2—5 м. Отвал наращивается до проектной высоты путем послойного складирования пород. Практикуется также увеличение высоты отвала до проектной путем разгрузки автосамосвалов под откос при ширине насыпи 40—50м и подъеме 5—7%. На косогорах создается площадка для разворота автосамосвалов в полутраншее, полувыемке или на насыпи. При крутых склонах может быть сооружен эстакадный отвал с железобетонным или бутобетонным барьером.

В эксплуатационный период отвалообразование производится двумя способами: периферийным или площадным.

Разгрузку породы ведут непосредственно под откос уступа или на расстоянии 3–5 м от него (периферийное отвалообразование), а при неустойчивых породах – по всей площади отвала (площадное отвалообразование).

В первом случае бульдозеры перемещают породу к верхней бровке отвала, и развитие отвального фронта происходит в плане, во втором – бульдозеры ведут планировку отвала, наращивая его по вертикали. Площадное отвалообразование применяют редко, главным образом для создания первоначальных насыпей.

Высота отвальных уступов на равнине обычно составляет 30–40 м. При отсыпке взорванной скальной вскрыши на склонах высота уступов ограничена лишь устойчивостью пород. Например, на карьере «Центральный» ОАО «Апатит» высота отвала составляет 400 м. В стесненных условиях применяют многоярусные отвалы. Для обеспечения их устойчивости высота первого уступа не превышает 12–15 м. Между первым и вторым уступом в процессе их формирования поддерживают берму шириной не менее 100–150 м, а между последующими уступами – 50–100 м.

Безопасную разгрузку автомашины вблизи бровки обеспечивает предохранительный вал высотой не менее 0,5 диаметра колеса автосамосвала. При отсутствии породного вала запрещают подъезд таких автосамосвалов к бровке ближе, чем на 5 м или ближе расстояния, указанного в паспорте. Кроме того, поверхности бульдозерного отвала по всему фронту разгрузки на участке, ширина которого равна длине автосамосвала, придают поперечный уклон по направлению к центру, величиной не менее 3°.

Разгрузку и планировку ведут на разных участках. Зона разгрузки должна быть обозначена с обеих сторон знаками (рис. 6.7). Производительность отвального бульдозера зависит от расстояния перемещения породы (табл. 6.2).

Таблица 6.2. Сменная производительность отвальных бульдозеров, м³ (по Гипроруде)

Расстояние перемещения, м	ДЗ-100, ДЗ-110ХЛ (Д-275А)	ДЗ-35 (Д-521А)	ДЗ-118 (Д-572)	ДЗ-60, ДЗ-60 ХЛ (Д-701)
Скальные породы
10	1000	1300	1500	1700
15	800	1100	1200	1400
20	550	750	800	1000
25	350	500	550	750
30	250	360	400	500
Рыхлые породы
10	1500	1900	2200	2400
15	1200	1600	1800	2000
20	800	1100	1250	1350
25	550	750	850	950
30	400	580	600	700

Общая площадь отвала (м²):

, (6.8)

где W – общий объем вскрыши, размещаемой в отвале за срок его существования, м³; K_ро – коэффициент остаточного разрыхления пород в отвале (обычно K_ро =1,05–1,20); H_o – высота отвала, м.; К_о – коэффициент, учитывающий откосы и неравномерность заполнения площади (обычно K_о = 0,8–0,9 для одноярусных отвалов и 0,6–0,7 – для двухъярусных).

Общее число участков (ед):

N_у = N_ур + N_уп+ N_урез, (6.16)

Общая длина отвального фронта, (м):

L_o = (60÷80)·N_у. (6.17)

На равнинных отвалах длина одного разгрузочного участка составляет 50—80 м. При разделении операций разгрузки и планировки длина фронта отсыпки увеличивается до 200—250 м.

Объем бульдозерных работ при периферийном отвалообразовании зависит от расстояния между разгружающейся автомашиной и верхней бровкой отвала

Объем бульдозерных работ, (м³):

Q_бр = А_вс·К_зав, (6.18)

где А_вс – сменный объем вскрыши, поступаемой на отвал, м³; К_зав – коэффициент заваленности, д.ед. (обычно К_зав = 0,5–0,7).

Сменная производительность бульдозера при перемещении породы (м³):

, (6.20)

где G – объем призмы волочения в плотном теле, м³; t_рц – продолжительность рабочего цикла бульдозера, с.; Т_см – продолжительность смены, ч.; К_в – коэффициент использования бульдозера в течение смены (0,8–0,9).

Производительность бульдозера при планировочных работах (м²):

, (6.22)

где F – площадь разравнивания, за один проход м²; m – число проходов бульдозера по одному месту (m = 1–2), ед.; V_п – скорость движения бульдозера при планировке, м/с.; t_п – время на поворот бульдозера, с. (при холостом ходе t_п = 0, и нужно в формулу (6.2) подставлять время холостого перегона t_пер= L/V_х); L – длина планируемого участка за один цикл (L = L_р), м.

F = (в·sinφ – 0,5)·L, (6.23)

где в – длина лемеха, м.; φ – угол установки лемеха к продольной оси бульдозера, град.

Бульдозер с неповоротным лемехом перемещает породу на отвале при поперечных проходах под углом 90° к верхней бровке откоса; планировка разгрузочной площадки осуществляется при параллельных бровке отвала (продольных) проходах с подъемом 1—2° к бровке. При использовании бульдозеров с поворотным лемехом сокращается число их холостых перегонов, а производительность возрастает на 10—13%- Среднее расстояние перемещения породы составляет 3,5—7 м.

Форма бульдозерных отвалов в плане определяется расположением подъездных автодорог, числом участков разгрузки, схемой движения автомашин на отвале и рельефом поверхности.

При центральном расположении въезда на отвал пробег автомашин меньше, чем при фланговом. При большом объеме отвальных работ увеличение числа въездов на отвал сокращает расстояние транспортирования по насыпной породе, увеличивает скорость движения, позволяет избежать столкновений автомашин.

При складировании взорванных и смешанных пород обычно принимают схему с веерным расположением отвальных дорог (см. рис. 5.10, д), что позволяет сократить пробег автомобилей. При отсыпке мягких пород рациональна кольцевая схема движения на отвале по улучшенным автодорогам (см. рис. 5.10, г).

Использование на карьерах автосамосвалов грузоподъемностью 110–120 т и более при недостаточной несущей способности вскрышных пород потребовало решения проблемы обеспечения безопасных условий разгрузки. Из-за большой нагрузки на отвальную бровку, которая могла привести к обрушению пород, безопасная разгрузка должна производиться вне призмы обрушения (сползания) породы. Поэтому резко вырастает объем бульдозерных работ. В ряде случаев приходится уменьшать и высоту отвального уступа.

Производительность бульдозерных отвалов достигает 10— 15 млн. м³/год. Производительность труда отвальных работ составляет 350—500 м³/смену.

Достоинства бульдозерного отвалообразования: простая организация, малый срок строительства отвалов, высокая мобильность оборудования, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты на собственно отвальные работы, высокий коэффициент использования фронта отвалообразования.

Возникшее противоречие между технико-экономическими показателями отвальных работ и параметрами отвалов в этих условиях удалось решить за счет использования на отвалах драглайнов (рис.6.8.). Основные параметры отвала даны в таблице 6.3.

Первый промышленный эксперимент по отвалообразованию драглайном ЭШ-6/60 при перемещении вскрыши автотранспортом был осуществлен в 1974 г. на разрезе «Междуреченский» [37]. Породу разгружали в приемную яму драглайна со специальной разгрузочной площадки. Вследствие больших рабочих параметров драглайна она находилась за пределами влияния оползневых явлений. Так как просыпей практически не было, отпала необходимость в бульдозере для зачистки площадки. Высота отвального уступа составляла 50 м. Сменная производительность драглайна достигала 3310 м³. Этот способ перспективен при отсыпке отвалов в сильно пересеченной местности, при наличии глубоких логов и пород в основании отвалов с недостаточной несущей способностью [38]. Он создает более производительные и безопасные условия для работы автомобильного транспорта, позволяет значительно увеличить высоту отсыпаемого отвального яруса, уменьшить протяженность и повысить срок службы временных автодорог на отвале при более качественном их содержании.

На первом этапе развития отвала заполняют нижний ярус, состоящий из двух подуступов. Драглайн располагают на крове нижнего подуступа, на несколько метров ниже транспортного горизонта. Черпая породу из приемного бункера, он заполняет нижний подуступ. Верхний подуступ отсыпают с отставанием на одну заходку (не менее 1,5·R_р) или используют как резервную емкость для бульдозерного отвалообразования. Второй ярус отсыпают при обратном ходе экскаватора. При отсыпке отвала на косогоре угол откоса последнего составляет от 5º до 20º. Приемная способность отвала и параметры забоя зависят от линейных параметров драглайна, устойчивости пород и рельефа основания отвала. По данным В.С. Хохрякова, используя экскаваторы ЭШ-10/70, ЭШ-13/50 и автосамосвалы грузоподъемностью 55 т, максимальная ширина заходки составляет 200–250 м. Из-за большой ширины заходки отвальные автодороги могут быть построены близко к капитальным, а приемные устройства станут полустационарными (рис. 6.8.). Это позволяет почти вдвое увеличить скорость движения автосамосвалов, снизить маневры при разгрузке и на 20–25 % повысить производительность транспортных средств.

Таблица 6.3. Расчетные параметры отвала (по НИИОГР)

Показатели	Обозначение	Экскаватор
		ЭШ-10/70	ЭШ-13/50
Высота подуступа, м: верхнего нижнего	Н1 Н2	25 75	18 67
Высота яруса отвала, м	Ня	100	85
Размеры разгрузочной площадки, м: длина ширина	Lр Врп	53 25	36 25
Длина зоны разгрузки автосамосвала, м	Lа	26,5	18
Длина зоны работы экскаватора, м	Lэ	26,5	18
Высота предохранительного вала, м	hв	1	1
Глубина приемной ямы, м	hп	4	4
Угол откоса экскаваторного забоя, градус	α3	55	55
Расстояние между осями автодорог, м	Е	5	5
Ширина отвальной заходки, м	Ао	110	75

Известны также случаи применения гидравлического отвалообразования методом водонасыщения пород, доставляемых автотранспортом, но широкого распространения они не получили.