RU2187647C1

RU2187647C1 - Method of softening of surface layer of opencast benches in seasonal ground freezing

Info

Publication number: RU2187647C1
Application number: RU2001100889/03A
Authority: RU
Inventors: кин С.А. Шем; С.А. Шемякин
Original assignee: Хабаровский государственный технический университет
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2002-08-20

Abstract

FIELD: mining industry; applicable in stripping operations in opencasts in winter period of year on soft ground of seasonal freezing. SUBSTANCE: drilling of holes by drilling machines in frozen surface layer of ground from side of slope, parallel to slope surface is performed through entire depth of slope by rows whose axes are perpendicular to slope plane with minimum space between holes according to drilling conditions, and distance between rows is less that bucket width of opencast excavator executing stripping of overburden rocks. Holes are also drilled in bench foot, in one row through depth of ground freezing with minimal distance between holes. Softening of frozen surface layer of working platform of bench is performed by trench rotary bucket excavator by excavating trenches parallel to one another along bench through depth of ground freezing with formation of connectors between them and back filling of trenches by excavator belt conveyor. EFFECT: higher efficiency of stripping operations in winter time due to reduced expenditures for softening of frozen surface of bench ground. 3 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при выполнении вскрышных работ в карьерах в зимний период года на мягких породах сезонного промерзания. The invention relates to the mining industry and can be used when performing overburden work in quarries in the winter season on soft rocks of seasonal freezing.

Известен способ разупрочнения (разработки) поверхностного промерзшего слоя породы со стороны рабочей площадки уступов путем применения бульдозерно-рыхлительных агрегатов, работающих по перекрестной схеме (Бульдозеры и рыхлители/Б.З. Захарчук, В.Д. Телушкин, Г.А. Шлойдо, А.А. Яркин. - М.: Машиностроение, 1987. С. 211-215). Послойное разупрочнение (разработка) бульдозерно-рыхлительными агрегатами пород, промерзших на глубину 1... 1,2 м значительно дешевле всех известных способов разработки мерзлых пород, однако при большей глубине промерзания, в результате многократного прохода машины по одному и тому же месту, преимущества этого метода утрачиваются. Кроме того, бульдозерно-рыхлительные агрегаты не могут разупрочнять мерзлую породу со стороны откоса уступа. Разрушение мерзлой корки мерзлоты со стороны откоса уступа карьерными экскаваторами приводит к частой поломке этих дорогостоящих машин и, следовательно, к снижению технико-экономических показателей вскрышных работ. There is a method of softening (development) of the surface frozen rock layer from the side of the working platform of the ledges by the use of bulldozer-ripping aggregates operating in a cross pattern (Bulldozers and rippers / B.Z. Zakharchuk, V.D. Telushkin, G.A. Shloydo, A .A. Yarkin. - M.: Mechanical Engineering, 1987.S. 211-215). Layered softening (development) of bulldozer-loosening aggregates of rocks frozen to a depth of 1 ... 1.2 m is much cheaper than all known methods of developing frozen rocks, however, with a greater depth of freezing, as a result of repeated passage of the machine to the same place, the advantages this method is lost. In addition, bulldozer-loosening aggregates cannot soften the frozen rock from the side of the escarpment of the ledge. Destruction of the frozen crust of the permafrost on the side of the escarpment of the ledge by career excavators leads to frequent breakdown of these expensive machines and, consequently, to a decrease in the technical and economic indicators of overburden operations.

В качестве наиболее близкого аналога принят буро-взрывной способ разупроченения промерзшего поверхностного слоя породы в зимнее время, заключающийся в бурении скважин со стороны рабочей площадки и подошвы уступа на определенном расстоянии друг от друга с последующей закладкой взрывчатых веществ в скважины и взрыванием (Справочник. Открытые горные работы/К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов и др. - М.: Горное дело, 1994. С. 197-203). As the closest analogue, the drilling and blasting method for softening the frozen surface rock layer in winter is adopted, which consists in drilling wells from the working platform and the bottom of the ledge at a certain distance from each other, followed by the laying of explosives in the wells and blasting (Reference. Open mining work / K.N. Trubetskoy, M.G. Potapov et al. - M.: Mining, 1994.S. 197-203).

Недостатком этого способа является большая стоимость, связанная не только с содержанием складских помещений под взрывчатые вещества, эксплуатацией автотранспорта и взрывного оборудования, с оплатой труда бригады взрывников, но и с тем, что, с целью полного разрушения промерзшего поверхностного слоя породы со стороны откоса, необходимо бурить скважины и закладывать большую массу взрывчатых веществ на всю высоту уступа. The disadvantage of this method is the high cost associated not only with the maintenance of storage facilities for explosives, the operation of vehicles and explosive equipment, the remuneration of the crew of explosives, but also with the fact that, in order to completely destroy the frozen surface layer of rock from the slope, it is necessary drill wells and lay a large mass of explosives over the entire height of the ledge.

Целью изобретения является повышение эффективности вскрышных работ в зимнее время за счет снижения затрат на разупрочнение промерзшего поверхностного слоя породы уступов. The aim of the invention is to increase the efficiency of stripping operations in the winter by reducing the cost of softening the frozen surface layer of rock ledges.

Указанная цель достигается тем, что бурение скважин буровыми станками в промерзшем поверхностном слое породы на рабочей площадке уступа со стороны откоса и параллельно поверхности откоса осуществляют на всю глубину откоса рядами, оси которых перпендикулярны его плоскости, с минимальным из условия бурения расстоянием между скважинами в рядах и расстоянием между рядами менее ширины ковша карьерного экскаватора, осуществляющего вскрышу, а также выполняют бурение скважин в подошве уступа в один ряд на глубину промерзания породы под минимально возможным углом к горизонту, с минимальным из условия бурения расстоянием между скважинами. Разупрочнение промерзшего поверхностного слоя рабочей площадки уступа осуществляется роторным траншейным экскаватором путем отрывания траншей параллельно друг другу вдоль уступа на глубину промерзания породы с образованием перемычек между ними и обратной засыпкой траншей ленточным конвейером экскаватора. This goal is achieved by the fact that drilling wells with drilling rigs in the frozen surface rock layer on the working platform of the ledge from the side of the slope and parallel to the surface of the slope is carried out to the entire depth of the slope in rows, the axes of which are perpendicular to its plane, with the minimum distance between wells in the rows and the distance between the rows is less than the width of the ladle of a quarry excavator overburden, and they also drill wells in the bottom of the ledge in one row to the depth of freezing of the rock under the minimum as far as possible angle to the horizon, with the minimum condition for drilling the distance between the wells. The softening of the frozen surface layer of the working platform of the ledge is carried out by a rotary trench excavator by tearing the trenches parallel to each other along the ledge to the depth of freezing of the rock with the formation of bridges between them and backfilling of the trenches with the belt conveyor of the excavator.

Отличия от ближайшего аналога заключаются в ряде существенных признаков:
- бурение скважин осуществляется только в поверхностном промерзшем слое откоса и в подошве уступа, а на остальной поверхности рабочей площадки уступа скважины отсутствуют;
- скважины, пробуренные в поверхностном промерзшем слое откоса и в подошве уступа, служат для уменьшения прочности поверхностного слоя и создания в нем концентраций напряжений при последующей экскавации, а не для закладки в них взрывчатых веществ;
- количество скважин в рядах, расстояние между скважинами в рядах и расстояние между рядами скважин выбирается из условия максимального разупрочнения поверхностного слоя откоса и технических возможностей карьерных экскаваторов, осуществляющих вскрышные работы (ширина ковша, величина напорного и подъемного усилия ковша), а при буро-взрывном способе расстояние между скважинами определяется величиной заряда, закладываемого в скважину;
- разупрочнение промерзшего поверхностного слоя породы со стороны рабочей площадки уступа осуществляется путем отрывки продольных вдоль уступа траншей с перемычками с помощью роторного траншейного экскаватора, а при буро-взрывном способе путем бурения скважин, закладки в них взрывчатых веществ и взрывания;
- после разупрочнения мерзлого слоя породы со стороны откоса и рабочей площадки уступа выемка мерзлой породы осуществляется карьерным экскаватором путем взламывания и разрушения рабочим оборудованием блоков породы между отрытыми траншеями и пробуренными рядами скважин с последующим черпанием породы ковшом, в то время как при буро-взрывном способе производится только черпание и подборка разрушенной породы.Differences from the closest analogue are in a number of essential features:
- wells are drilled only in the frozen surface of the slope and at the bottom of the ledge, and there are no wells on the remaining surface of the working platform of the ledge;
- wells drilled in the frozen surface of the slope and at the bottom of the ledge, serve to reduce the strength of the surface layer and create stress concentrations in it during subsequent excavation, and not for laying explosives in them;
- the number of wells in the rows, the distance between the wells in the rows and the distance between the rows of wells is selected from the conditions of maximum softening of the surface slope layer and the technical capabilities of mining excavators performing overburden operations (bucket width, bucket pressure and lifting force), and when drilling and blasting the method, the distance between the wells is determined by the amount of charge laid in the well;
- softening of the frozen surface rock layer from the side of the working platform of the ledge is carried out by tearing longitudinal along the ledge of trenches with jumpers using a rotary trench excavator, and when drilling and blasting by drilling wells, laying explosives and blasting into them;
- after softening the frozen rock layer from the side of the slope and the working platform of the ledge, the frozen rock is excavated by a quarry excavator by breaking and breaking rock blocks between open trenches and drilled rows of wells, followed by scooping the rock with a bucket, while using the drilling and blasting method only scooping and selection of destroyed rock.

Сущность предлагаемого способа разупрочнения поверхностного слоя уступов карьера при сезонном промерзании поясняется чертежом, где на фиг.1 показана схема работ, план; на фиг.2 - разрез по А - А фиг.1. The essence of the proposed method of softening the surface layer of the ledges of the quarry during seasonal freezing is illustrated by the drawing, where Fig. 1 shows the scheme of work, plan; figure 2 is a section along a - a figure 1.

Пример реализации способа. An example implementation of the method.

С помощью буровых станков 1 бурят скважины 2 параллельно поверхности откоса 3 в мерзлом слое породы на всю глубину уступа рядами 4. Оси рядов 4 скважин 2 выполняют перпендикулярными плоскости откоса, а перемычки 5 мерзлой породы между скважинами 2 оставляют минимальными из условия бурения. Количество скважин в рядах выбирают в зависимости от глубины промерзания откоса и диаметра буровой коронки станка. С целью облегчения последующей экскавации мерзлой породы расстояние между рядами 4 скважин 2 устанавливают несколько меньше ширины ковша карьерного экскаватора. Для уменьшения сопротивления отделения с помощью карьерных экскаваторов блоков мерзлой породы из откосов после разупрочнения буровыми станками 1 в подошве уступа 6 бурят наклонные скважины 7 под минимально возможным углом наклона к горизонту в один ряд 8 на глубину промерзания откоса, оставляя минимальные из условия бурения перемычки 9 мерзлой породы между наклонными скважинами 7. Using drilling rigs 1, boreholes 2 are drilled parallel to the surface of the slope 3 in the frozen rock layer to the entire depth of the ledge in rows 4. The axis of the rows of 4 wells 2 are perpendicular to the plane of the slope, and the jumper 5 of frozen rock between the wells 2 is left to be minimal from the drilling conditions. The number of wells in the rows is selected depending on the depth of freezing of the slope and the diameter of the drill bit of the machine. In order to facilitate subsequent excavation of frozen rock, the distance between the rows of 4 wells 2 is set slightly less than the width of the quarry excavator bucket. To reduce the resistance of separation of frozen blocks from slopes using quarry excavators after softening by drilling rigs 1, inclined wells 7 are drilled at the bottom of ledge 6 at the minimum possible angle of inclination to the horizon of one row 8 to the depth of freezing of the slope, leaving the jumper 9 frozen from the conditions of drilling rocks between deviated wells 7.

После разупрочнения промерзшего слоя породы откоса начинают разупрочнение промерзшего слоя породы со стороны рабочей площадки 10 уступа. Разупрочнение промерзшего поверхностного слоя породы со стороны рабочей площадки 10 уступа осуществляется роторными траншейными экскаваторами 11, которые отрывают в рабочей площадке 10 вдоль уступа на глубину промерзания продольные траншеи 12 с перемычками 13 мерзлой породы для прохода гусениц экскаватора. Отрывку продольных траншей 12 начинают со стороны подошвы 6 уступа. Последующие продольные траншеи 12 прокладывают, постепенно приближаясь к кромке уступа 14 и проводя одновременно обратную засыпку отрытых траншей от дальнейшего промерзания рыхлой породой с помощью ленточного конвейера роторного траншейного экскаватора. After softening the frozen layer of the slope rock, softening of the frozen rock layer starts from the working platform 10 of the ledge. The softening of the frozen surface rock layer from the side of the working platform 10 of the ledge is carried out by rotary trench excavators 11, which tear longitudinal trenches 12 with jumpers 13 of frozen rock in the working platform 10 along the ledge to the freezing depth for passage of the excavator tracks. A fragment of the longitudinal trenches 12 begins from the side of the sole 6 of the ledge. Subsequent longitudinal trenches 12 are laid, gradually approaching the edge of the ledge 14 and simultaneously carrying out backfilling of the open trenches from further freezing with loose rock using a conveyor belt of a bucket-wheel excavator.

После разупрочнения мерзлого слоя породы со стороны откоса и рабочей площадки уступа вскрышные работы выполняет карьерный экскаватор, взламывая и разрушая рабочим оборудованием блоки мерзлой породы между отрытыми траншеями и пробуренными скважинами. After softening the frozen layer of rock from the side of the slope and the working platform of the ledge, overhead work is performed by a quarry excavator, breaking and destroying frozen rock blocks between open trenches and drilled wells with working equipment.

По предлагаемому способу разупрочнения поверхностного промерзшего слоя уступов отсутствуют затраты на взрывчатые вещества, на содержание складских помещений под взрывчатые вещества и взрывное оборудование, на транспортные расходы по доставке взрывчатых веществ в карьер, на зарплату бригады взрывников, на предохранение вскрышной техники от взрыва. Кроме того, отсутствуют простои вскрышной техники в ожидании взрыва и не нарушаются экологические условия работы в карьере. According to the proposed method of softening the surface frozen layer of ledges, there are no expenses for explosives, for the maintenance of storage facilities for explosives and explosive equipment, for transportation costs for the delivery of explosives to the quarry, for the salary of the explosive brigade, for the protection of overburden equipment from explosion. In addition, there are no downtime of stripping equipment in anticipation of an explosion and the environmental conditions of work in the quarry are not violated.

Расчетная себестоимость разупрочнения промерзшего слоя породы уступа по предлагаемому способу в 1,5 раза меньше, чем при взрывном способе. The estimated cost of softening the frozen layer of the ledge according to the proposed method is 1.5 times less than with the explosive method.

Claims

1. The method of softening the surface layer of the ledges of quarries during seasonal freezing of the rock, including drilling wells from the sole and on the working platform of the ledge, characterized in that the drilling of wells on the working platform is carried out from the slope to the entire depth of the slope, parallel to the slope surface in rows, the axes of which perpendicular to its plane, with the minimum condition for drilling, the distance between the wells in the rows and the distance between the rows is less than the width of the bucket of a mining excavator.

2. The softening method according to claim 1, characterized in that the drilling of wells in the bottom of the ledge is performed in one row to the depth of freezing of the rock, at a minimum angle to the horizon, with a minimum distance between the wells from the drilling condition.

3. The softening method according to claim 1, characterized in that in the frozen rock layer of the working platform along the ledge trenches are torn parallel to each other by a rotary trench excavator to the depth of freezing of the rock with the formation of jumpers between them and backfilling of the trenches with the belt conveyor of the excavator.