RU2810374C1 - Method of strengthening ledge berm - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention can be used in open-pit mining to form benches and sides of a quarry in the final contour in conditions of rocky and semi-rocky rocks. A method for strengthening a berm of a ledge includes excavating rocks from a weakened zone in the upper part of the ledge, strengthening the ledge by filling the mined-out space with hardening material, whereas excavating a layer of rocks weakened by an explosion and leveling the berm is carried out by milling, then the crushed rocks are divided by size into small and large fractions, small fraction mixed with a binder and sealed to obtain a hardening solution, the large fraction together with the hardening solution is placed on the prepared ledge area to form a layer of protective covering for the berm.

EFFECT: reducing the volume of stripping work due to the formation of a steeper and more stable angle of the quarry side, ensuring the safety of mining operations.

1 cl

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на открытых горных работах для формирования уступов и борта карьера в конечном контуре в условиях скальных и полускальных пород.The invention relates to mining and can be used in open-pit mining to form benches and sides of a quarry in the final contour in conditions of rocky and semi-rocky rocks.

Известен способ формирования уступов на карьере (см. SU 1459319 А1, 10.04.2000, E21С 41/26), включающий бурение рядов вертикальных скважин с вышележащего на нижележащий уступ вдоль его верхней бровки с созданием относительно бровки нижележащего уступа перебура в первом ряду скважин со стороны откоса указанного уступа, размещение демпфирующего материала на забое скважин с последующим взрыванием зарядов. С целью повышения устойчивости формируемых уступов за счет предохранения от разрушения взрывом бермы и откоса нижележащего уступа формирование нижележащего уступа над верхней бровкой нижележащего уступа бурят без перебура ряд скважин, демпфирующий материал размещают в скважинах указанного ряда, а величину перебура в первом ряду скважин определяют из формулы, учитывающей расстояние между скважинами в ряду, расстояние между рядами скважин и угол внутреннего трения породы.There is a known method of forming ledges in a quarry (see SU 1459319 A1, 04/10/2000, E21C 41/26), which includes drilling rows of vertical wells from the overlying to the underlying ledge along its upper edge with the creation of a re-drill relative to the edge of the underlying ledge in the first row of wells from the side slope of the specified ledge, placement of damping material at the bottom of the wells, followed by explosion of the charges. In order to increase the stability of the formed ledges by protecting the berm and slope of the underlying ledge from destruction by explosion, the formation of the underlying ledge above the upper edge of the underlying ledge is drilled without over-drilling a number of wells, damping material is placed in the wells of the specified row, and the amount of over-drilling in the first row of wells is determined from the formula, taking into account the distance between wells in a row, the distance between rows of wells and the angle of internal friction of the rock.

Недостатком известного способа является то, что решение снижает, но не устраняет образование трещин и микротрещин в приконтурном массиве от ударного воздействия взрыва, которое в условиях сезонных осадков, выветривания и процессов промерзания-протаивания воды в трещинах приводит к постепенному разрушению пород поверхности и сработке верхней бровки уступа. Указанный порядок выполнения взрывных работ без перебура в скальных породах приведет к тому, что отстроенная поверхность бермы не будет соответствовать проектным параметрам.The disadvantage of the known method is that the solution reduces, but does not eliminate, the formation of cracks and microcracks in the boundary massif from the impact of an explosion, which, under conditions of seasonal precipitation, weathering and processes of freezing-thawing of water in cracks, leads to the gradual destruction of surface rocks and the collapse of the upper edge ledge. The specified procedure for performing blasting operations without over-drilling in rocks will lead to the fact that the rebuilt berm surface will not correspond to the design parameters.

Известен способ защиты бермы уступа от взрыва путем бурения и взрывания скважин с недобуром (см. SU 800368 А1, 02.02.1981, E21С41/00), включающий бурение экранирующих и эксплуатационных скважин, в котором последние скважины бурят с недобуром до поверхности бермы, равным радиусу зоны пластических деформаций пород. После взрывания невзорванную над бермой породу рыхлят, например, бульдозером-рыхлителем, и зачищают берму до проектной отметки.There is a known method of protecting the bench berm from explosion by drilling and blasting wells with under-drill (see SU 800368 A1, 02.02.1981, E21С41/00), including drilling screening and production wells, in which the last wells are drilled with under-drill to the berm surface equal to the radius zones of plastic deformation of rocks. After blasting, the unblasted rock above the berm is loosened, for example, with a bulldozer-ripper, and the berm is cleared to the design level.

Недостатком известного технического решения является непригодность рыхлителя для разрушения массива из твердых скальных пород и, как следствие, техническая невыполнимость операции зачистки бермы от недовзорванных пород известными навесными рыхлителями бульдозера. Способ не предотвращает выветривание и денудацию поверхности бермы при длительной эксплуатации карьера, что приводит к уменьшению ширины бермы уступа со временем.The disadvantage of the known technical solution is the unsuitability of the ripper for destroying solid rock masses and, as a consequence, the technical impossibility of clearing the berm from unexploded rocks with known bulldozer mounted rippers. The method does not prevent weathering and denudation of the berm surface during long-term operation of the quarry, which leads to a decrease in the width of the bench berm over time.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ укрепления уступа (см. SU 1343940, 10.09.1999, E21С41/26), включающий выемку пород и поэтапное укрепление уступа сваями по всей его высоте. При этом вначале производят выемку пород ослабленной зоны с образованием выработанного пространства в верхней части формируемого уступа и после укрепления сваями выработанного пространства заполняют последнее армированным твердеющим материалом с формированием монолитной плиты, которую опирают на ненарушенные породы с перекрытием ослабленной зоны.The closest to the invention in technical essence is a method of strengthening a ledge (see SU 1343940, 09.10.1999, E21С41/26), including excavation of rocks and gradual strengthening of the ledge with piles along its entire height. In this case, the rocks of the weakened zone are first excavated to form a mined-out space in the upper part of the ledge being formed, and after strengthening the mined-out space with piles, the latter is filled with reinforced hardening material to form a monolithic slab, which is supported on undisturbed rocks with overlapping of the weakened zone.

Недостатком известного способа является технологическая сложность, трудоемкость возведения свайного укрепления на всю высоту уступа и не пригодность его для постановки высокого уступа в конечное положение. Ограниченная область применения данного способа обусловлена необходимостью укрепления геологических неоднородностей локальных участков борта карьера для дополнительной добычи руды.The disadvantage of this known method is the technological complexity, labor intensity of erecting pile reinforcement to the entire height of the ledge and its unsuitability for placing a high ledge in its final position. The limited scope of application of this method is due to the need to strengthen the geological heterogeneities of local areas of the pit wall for additional ore extraction.

Задачей настоящего изобретения является повышения устойчивости уступа на карьерах при постановке его в конечное положение.The objective of the present invention is to increase the stability of the ledge in quarries when placing it in its final position.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в снижении объемов вскрышных работ за счет формирования более крутого и устойчивого угла борта карьера.The technical result achieved by implementing the claimed invention is to reduce the volume of stripping work due to the formation of a steeper and more stable angle of the quarry side.

Для решения поставленной задачи способ укрепления бермы уступа, включающий выемку пород ослабленной зоны в верхней части уступа, укрепление уступа путем заполнения выработанного пространства твердеющим материалом, отличается тем, что с целью повышения устойчивости уступа на карьерах при постановке его в конечное положение выемку слоя ослабленных взрывом пород и планировку бермы производят фрезерованием, затем раздробленные породы разделяют по крупности на мелкую и крупную фракции, мелкую фракцию смешивают с вяжущим и затворяют для получения твердеющего раствора, крупную фракцию вместе с твердеющим раствором укладывают на подготовленную площадку уступа с формированием слоя защитного покрытия бермы.To solve the problem, the method of strengthening the berm of the ledge, including the excavation of rocks of the weakened zone in the upper part of the ledge, strengthening the ledge by filling the goaf with hardening material, differs in that in order to increase the stability of the ledge in quarries when placing it in its final position, the excavation of a layer of rocks weakened by the explosion and the berm is leveled by milling, then the crushed rocks are divided by size into small and large fractions, the small fraction is mixed with a binder and sealed to obtain a hardening solution, the large fraction together with the hardening solution is laid on the prepared ledge area to form a layer of protective coating for the berm.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of analogues indicates that the claimed solution meets the “novelty” criterion.

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:The features of the distinctive part of the claims provide the solution to the following functional problems:

- увеличение производительности и снижение трудоемкости работ по укреплению бермы уступа за счет использования пород, подлежащих к вывозу из карьера и складированию в отвал, в качестве мелкого и крупного заполнителя бетона на месте их добычи, исключая процессы добычи, подготовки и доставки строительного материала извне карьера;- increasing productivity and reducing the labor intensity of work to strengthen the bench berm due to the use of rocks to be removed from the quarry and stored in a dump as fine and coarse concrete aggregate at the site of their extraction, excluding the processes of extraction, preparation and delivery of building material from outside the quarry;

- увеличение срока длительности безопасной эксплуатации уступа путем выведения остаточных трещин взрыва на берме и возведения прочного трещиностойкого гидроизоляционного покрытия на ее поверхности по площади, которое устраняет фактор разрушающего воздействия выветривания, осадков и мерзлотной денудации породного массива;- increasing the duration of safe operation of the ledge by removing residual explosion cracks on the berm and erecting a durable crack-resistant waterproofing coating on its surface area, which eliminates the factor of the destructive effects of weathering, precipitation and permafrost denudation of the rock mass;

- повышение запаса прочности уступа путем выведения дефекты уступа (трещины и местные каверны от взрывной отбойки), создания механически прочной несущей конструкционной плиты, равномерно распределяющей нагрузку по всей площади бермы и опирающейся на монолитную скалу.- increasing the safety margin of the ledge by removing defects of the ledge (cracks and local cavities from explosive breaking), creating a mechanically strong load-bearing structural slab that evenly distributes the load over the entire area of the berm and rests on a monolithic rock.

Заявленный способ укрепления бермы уступа осуществляется следующим образом.The claimed method of strengthening the ledge berm is carried out as follows.

После отбойки и отгрузки пород вышележащего уступа на берме, подлежащего к погашению уступа, производят выемку слоя ослабленных взрывом пород в верхней части уступа. Выемку и планировку бермы производят фрезерованием, предпочтительно, карьерными добычными комбайнами с барабанной фрезой. Отбитые от массива и раздробленные фрезой породы разделяют по крупности на мелкую и крупную фракции, предпочтительно, грохочением. При этом мелкую фракцию перемешивают с вяжущим, например, цементом, в пропорции, необходимой для получения качества бетона. Полученную сухую смесь при использовании затворяют для получения твердеющего раствора, например, водой. Укрепление бермы уступа производят путем заполнения выработанного пространства твердеющим материалом. Для этого крупную фракцию вместе с твердеющим раствором укладывают на подготовленную площадку уступа. После набора прочности бетона на площадке уступа формируется защитный слой, выполняющий функции прочного, твердого и гидроизолирующего покрытия бермы.After breaking and unloading the rocks of the overlying ledge on the berm to be extinguished, a layer of rocks weakened by the explosion in the upper part of the ledge is excavated. The excavation and leveling of the berm is carried out by milling, preferably with open-pit miners with a drum cutter. The rocks broken from the massif and crushed by a milling cutter are separated by size into small and large fractions, preferably by screening. In this case, the fine fraction is mixed with a binder, for example, cement, in the proportion necessary to obtain the quality of concrete. When used, the resulting dry mixture is mixed to obtain a hardening solution, for example, with water. The bench berm is strengthened by filling the mined-out space with hardening material. To do this, the large fraction, together with the hardening solution, is placed on the prepared ledge area. After the concrete has gained strength, a protective layer is formed on the ledge area, which serves as a durable, hard and waterproofing covering of the berm.

Пример реализации способа. Рассмотрим задачу укрепления бермы высокого уступа на глубоком карьере по разработке коренного месторождения алмазов в условиях Крайнего Севера. Высота нерабочего уступа в конечном положении по проекту составляет 45-60 метров при угле откоса 75-80°, а ширина предохранительной бермы - 17-20 метров. Породный массив представлен плотным доломитом, известняком и другими крепкими скальными породами с показателем крепости 6-8 по шкале Протодьяконова М.М. Обнаженная поверхность бермы постоянно подвергается интенсивному воздействию суровых климатических условий и техногенных факторов, которые сопровождаются осадками, температурными перепадами и термомеханическими процессами от циклического промерзания-протаивания приконтурного породного массива. Увлажнение, миграция и фильтрация воды вдоль трещиноватого слоя в сторону откоса вызывает эрозию поверхности массива в летнее время, образованию наледей зимой, которые в свою очередь способствует заколообразованию и деградации поверхности откоса, ухудшают параметры и разрушают целостность нанесенных защитных покрытий уступа изнутри. В целом, эта зона остаточной трещиноватости от взрывных работ у контура поверхности бермы несравнимо в большей степени подвержена перечисленным факторам, постепенно разрушается и со временем приводит к полной сработке верхней бровки и аварийному состоянию уступа. An example of the method implementation. Let us consider the task of strengthening a berm of a high ledge in a deep quarry for the development of a primary diamond deposit in the Far North. The height of the non-working ledge in the final position according to the project is 45-60 meters with a slope angle of 75-80°, and the width of the safety berm is 17-20 meters. The rock mass is represented by dense dolomite, limestone and other strong rocks with a strength index of 6-8 on the Protodyakonov M.M. scale. The exposed surface of the berm is constantly exposed to intense exposure to harsh climatic conditions and technogenic factors, which are accompanied by precipitation, temperature changes and thermomechanical processes from the cyclic freezing and thawing of the boundary rock mass. Moistening, migration and filtration of water along the cracked layer towards the slope causes erosion of the surface of the massif in the summer, the formation of ice in the winter, which in turn contributes to the formation of chips and degradation of the surface of the slope, worsens the parameters and destroys the integrity of the applied protective coatings of the ledge from the inside. In general, this zone of residual fracturing from blasting near the contour of the berm surface is incomparably more susceptible to the listed factors, gradually collapses and over time leads to complete destruction of the upper edge and the emergency condition of the ledge.

Возведение защитного покрытия на берме производят до уборки развала пород предыдущей заходки для обеспечения безопасной работы техники на верхней бровке укрепляемого уступа. Предварительно исследуют степень нарушенности массива от последствий взрывных работ, произведенных на верхнем уступе, и определяют оптимальную глубину выемки слоя ослабленных пород на укрепляемой площадке. Рыхление и уборку ослабленных пород производят продольными ходами добычного комбайна послойным фрезерованием пород до необходимой глубины. В качестве добычного комбайна могут использоваться, например, карьерные комбайны серии Wirtgen Surface Miner, Vermeer Terrain Leveller, Тесмек Rock Hawg и Trencor Surface Miner, а также другие фрезерные комбайны подобного типа, известные специалистам в данной области техники.The construction of a protective covering on the berm is carried out before removing the debris from the previous excavation to ensure the safe operation of equipment on the upper edge of the ledge being strengthened. The degree of disturbance of the massif from the consequences of blasting operations carried out on the upper ledge is preliminarily examined, and the optimal depth of excavation of a layer of weakened rocks on the strengthened site is determined. Loosening and removal of weakened rocks is carried out using longitudinal strokes of a mining machine, layer-by-layer milling of rocks to the required depth. The mining miner can be used, for example, from the Wirtgen Surface Miner, Vermeer Terrain Leveller, Tesmek Rock Hawg and Trencor Surface Miner series, as well as other milling miners of a similar type known to those skilled in the art.

Обнаженную и очищенную берму обследуют на предмет наличия естественных геологических нарушений массива, таких как разломы, трещины, неоднородности и наносят на карту опасных зон для учета в системе геомеханического контроля. Отбитые от массива и раздробленные фрезой породы разделяют по крупности на мелкую и крупную фракции на установках грохочения или сортировки, предпочтительно мобильного или передвижного варианта. Для выбора оптимального соотношения и крупности фракций исходный продукт добытого камня анализируют на гранулометрический состав и определяют необходимые пропорции компонентов заполнителя. Максимальную крупность выхода куска регулируют подбором расположения резцов на барабане, глубиной резания, а также для получения нужного фракционного состава используют дробильно-сортировочную установку для последующего додрабливания и грохочения.The exposed and cleaned berm is examined for the presence of natural geological disturbances of the massif, such as faults, cracks, heterogeneities, and dangerous zones are mapped for inclusion in the geomechanical control system. The rocks broken off from the massif and crushed by a milling cutter are separated by size into small and large fractions in screening or sorting installations, preferably a mobile or mobile version. To select the optimal ratio and size of the fractions, the initial product of the extracted stone is analyzed for its granulometric composition and the required proportions of the aggregate components are determined. The maximum size of the piece output is regulated by selecting the location of the cutters on the drum, the cutting depth, and also to obtain the desired fractional composition, a crushing and screening plant is used for subsequent additional crushing and screening.

Выделенную мелкую фракцию камня смешивают с цементом в нужной пропорции и добавляют воду для получения раствора. В качестве вяжущего возможно также использование известковых растворов из местных материалов, удовлетворяющих требуемым показателям к материалу защитного покрытия. Перед укладкой в раствор добавляют крупную фракцию в соответствии составу требуемой пропорции. Также допускается вариант, при котором может быть использован вариант армированного бетонного покрытия.The isolated fine fraction of the stone is mixed with cement in the required proportion and water is added to obtain a solution. As a binder, it is also possible to use lime mortars from local materials that meet the required parameters for the protective coating material. Before laying, a large fraction is added to the solution in accordance with the composition of the required proportion. It is also possible to use a reinforced concrete coating.

Укрепление бермы уступа производят путем заполнения выработанного пространства твердеющим материалом до проектной отметки предпочтительно на всей площади уступа с требуемыми продольными, поперечными уклонами и с обустройством водоотводящих канав. По истечению срока набора прочности твердеющего материала формируется защитный слой на уступе, выполняющий функции прочного, твердого и гидроизолирующего покрытия со стороны бермы.Strengthening the bench berm is carried out by filling the mined-out space with hardening material to the design level, preferably over the entire area of the bench with the required longitudinal and transverse slopes and with the arrangement of drainage ditches. After the curing period of the hardening material has expired, a protective layer is formed on the ledge, which acts as a durable, hard and waterproofing coating on the berm side.

Предложенный способ укрепления бермы уступа обеспечивает устойчивость высокого уступа на глубоких карьерах при постановке его в конечное положение, обеспечивая безопасность ведения горных работ, а также снижает объем вскрышных работ за счет более крутого угла борта карьера.The proposed method of strengthening the berm of a ledge ensures the stability of a high ledge in deep quarries when placing it in its final position, ensuring the safety of mining operations, and also reduces the volume of stripping work due to a steeper angle of the quarry side.

Claims (1)

Способ укрепления бермы уступа, включающий выемку пород ослабленной зоны в верхней части уступа, укрепление уступа путем заполнения выработанного пространства твердеющим материалом, отличающийся тем, что выемку слоя ослабленных взрывом пород и планировку бермы производят фрезерованием, раздробленные породы разделяют на мелкую и крупную фракции, полученную мелкую фракцию смешивают с вяжущим и затворяют для получения твердеющего раствора, крупную фракцию вместе с твердеющим раствором укладывают на подготовленную площадку уступа с формированием слоя защитного покрытия бермы.A method of strengthening a berm of a ledge, including excavation of rocks from a weakened zone in the upper part of the ledge, strengthening the ledge by filling the mined-out space with hardening material, characterized in that the excavation of a layer of rocks weakened by an explosion and the leveling of the berm is carried out by milling, the crushed rocks are divided into small and large fractions, the resulting fine the fraction is mixed with a binder and sealed to obtain a hardening solution; the large fraction, together with the hardening solution, is placed on the prepared ledge area to form a layer of protective covering for the berm.