Разработка технологии выполаживания техногенных откосов средствами гидромеханизации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.03, кандидат технических наук Кононенко, Алексей Евгеньевич

• Кононенко, Алексей Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кононенко, Алексей Евгеньевич

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Анализ объемов работ но выполаживашпо откосов и нанесению на их поверхность потенциально-плодородных пород.

1.2. Анализ и оценка существующего опыта рекультивации откосов

1.3. Пути совершенствования технологии рекультивации откосов и целесообразность применения средств гидромеханизации.

1.4. Основные задачи и методы исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСА

2.1. Анализ параметров, определяющих устойчивостиОткоса.

2.2. Исследование влияния величины внешней нагрузки уступа на его устойчивость. Ь

2,3. Исследование влияния степени обводнения уступа на его устойчивость . ЗУ

Выводы.

3. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛА-ЖИВАНИЯ ОТКОСОВ СРЕДСТВАМИ ГИДРОМЕХАНИЗМ

3.1. Технология обрушения откосов с использованием средств гидромеханизации с целью нх выполажив ания при рекультивации

3.2. Определение времени обрушения откоса.

3.3. Определение параметров откоса уступа после его выполаживания путем обрушения.

•5-4 г"

-"^ояы.УУ

4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТКОСОВ ПУТЕМ ИХ УПРАВЛЯЕМОГО ОБРУШЕНИЯ.

4.1. Методика расчета основных параметров технологии управляемого обрушения откосов.

4.2. Пример расчета параметров технологии управляемого обруше-нш откосов при рекультивации железнодорожного отвала «Бродок» Лебединского ГОКа.

4.3. Оценка экономической эффективности выполаживания откосов отвала «Бродок» с использованием технологии управляемого обрушения.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии выполаживания техногенных откосов средствами гидромеханизации»

Актуальность работы. В настоящее время открытым способом добывается около 75% общего объема твердого минерального сырья. Разработка месторождений открытым способом влечет за собой нарушения больших площадей земной поверхности. Характер этих нарушений зависит от принятой системы разработки месторождения, выбор которой определяется, главным образом, условиями залегания полезного ископаемого.

В России общая площадь земель, нарушенных при разработке угольных и рудных месторождений, в настоящее время составляет более 220 тыс.га и возрастает год от года.

Основная доля земель, нарушенных в ходе ведения открытых горных работ, преходится на остаточные горные выработки и внешние отвалы. С целью снижения вредного воздействия занимаемых ими территорий на окружающую среду, обеспечения возможности их использования для нужд народного хозяйства на горнодобывающих предприятиях в обязательном порядке проводится рекультивация, предусматривающая выполнение двух этапов: горнотехнического и биологического. Необходимыми процессами горнотехнической рекультивации площадей остаточных горных выработок и внешних отвалов являются выполаживание откосов и покрытие их поверхности слоем тготеньщально-плодородных пород.

В настоящее время горнотехническая рекультивация откосов уступов остаточных горных выработок и отвалов производится, как правило, путем их выполэживзния с последующим нанесением на их поверхность потенциально-плодородных пород при использовании различных видов оборудования (бульдозеров, экскаваторов, скреперов и др.). Недостатками этой технологии являются высокая трудоемкость и стоимость режужтив анионных работ. Таким образом, разработка технологии выполаживания техногенных откосов средствами гидромеханизации, позволяющей снизить трудоемкость, а следовательно, и стоимость работ по их горнотехнической рекультиващи, является актуальной научной задачей.

Целью работы является разработка и обоснование параметров управляемого обрушения откосов средствами шдромеханизации при их рекультивации.

Идея работы состоит в том, что выхолаживание техногенных откосов при одновременном нанесении на их поверхность потенциально-плодородных пород может быть осуществлено за счет сил гравитации под воздействием факторов внешней нагрузки и обводнения.

Основные научные наложения, разработанные лично соискателем, н новизна:

1. Эффективное гравитационное выполаскивание откосов уступов с целью их рекультивации может быть осуществлено только при одновременном воздействии на уступ факторов внешней нагрузки и обводнения.

2. Время формирования критической нагрузки за счет водонасыщения породного массива уступа и намыва гидросмеси на его верхнюю площадку, результатом воздействия которых является обрушение откоса, вычисляется с использованием разработанной методики, что определяет возможность управления процессом обрушения во времени.

3. Установленные зависимости изменения угла откоса уступа после обрушения от степени его обводнения позволяют рассчитать параметры вы-шшоженного откоса, что обеспечивает управление процессом обрушения в пространстве.

Обоенова нность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются корректным применением классических методов механико-математическош моделирования, представительным объемом вариантов расчета по неоднократно опробованным методам с использованием ПЭВМ, а также сходимостью результатов, полученных по разработанной методике и в лабораторном эксперименте.

Значение работы. Научное значение заключается в разработке методики расчета параметров обрушения техногенных откосов с целью их вышшаживзния при рекультивации, которая позволяет управлять процессом обрушения в пространстве и во времени на основе установленных зависимостей для расчета времени обрушения и угла выположенного откоса.

Практическое значение работы заключается в разработке технологии выполаживания откосов с использованием средств гидромеханизации, обеспечивающей выполнение основного объема работ по горнотехнической рекультивации за счет сил гравитации.

Реализация выводов ж рекомендаций работы. Рекомендации по вышмаживанию откосов путем их управляемого обрушения, основанные на исследованиях настоящей диссертационной работы и связанные с тематикой хоздоговорных НИР ТО-1-518, ТО-484, приняты к реализации АО «Лебединский ГОК» при строительстве рекреационной зоны в районе железнодорожного отвала «Бродок», а также АО «Разрез Назаровский» при рекультивации остаточных горных выработок.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 1997, 1998) и конференции «Проблемы теории и практики в инженерных исследованиях» (Москва, РУдН, 1997).

Публикация. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 4 статьи, получен 1 патент.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 58 рисунков, 17 таблиц, список литературных источников из 87 наименований.

Заключение диссертации по теме «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых», Кононенко, Алексей Евгеньевич

Основные выводы и рекомендации:

1. При обрушении откосов с целью их выполаживания наибольшая эффективность работ может быть достигнута лишь при одновременном воздействии факторов обводнения и нагрузки. Ненагруженные уступы высотой 15 м, сложенные песком, суглинком и глиной, достигают состояния предельного равновесия при степени их обводнения соответственно 78, 65 и 88 %. Создание на верхней площадке этих уступов внешней нагрузки высотой 3 м уменьшает необходимую для приведения их в предельно равновесное состояние степень обводнения до 63, 58 и 74 %.

2. Установлены зависимости изменения высоты критической нагрузки от степени обводнения уступа, наглядно демонстрирующие, что внешняя нагрузка является критической лишь при достижении определенной степени обводнения уступа Графики этих зависимостей свидетельствуют о том, что возможно обрушение уступов за счет обводнения без воздействия внешней нагрузки, необходимая для этого величина степени обводнения при высоте уступа 10, 15 и 20 м составляет соответственно:

- для уступов, сложенных песком, - 83, 75 и 73%;

- для уступов, сложенных суглинком, - 89, 65 и 37%;

- для уступов, сложенных шиной, - 100, 88 и 68%.

3. Время Формирования критической нагрузки за счет Бодонасыщения породного массива уступа и намыва гидросмеси на его верхнюю площадку, результатом воздействия которых является обрушение откоса уступа, рассчитывается с использованием разработанной методики. При высоте уступа 10-20 м и высоте критической нагрузки от 0 до 3 м время обрушения изменяется: для уступов, сложенных песком, - от 1 до 2,9 сут; для уступов, сложенных суглинком, - от 36 до 98 сут.

4. Установлены зависимости, позволяющие установить параметры откоса, вышжоженного путем обрушения с использованием средств гидромеханизации. Предельные значения угла откоса после обрушения при Ш— 0% и Ж— 100% составляют соответственно:

- для уступов, сложенных песком, - 34-38и и 1б-20и;

- для уступов, сложенных суглинком, - 37-49" и 17-29°;

- для уступов, сложенных шиной, - 39-61° и 19-50°.

5. Разработана методика расчета основных параметров технологий обрушения откосов с использованием средств гидромеханизации, которая обеспечивает возможность управления процессом обрушения, как в пространстве, так и во времени.

6. Для условий отвала «Бродок» произведен расчет основных параметров технологии управляемого обрушения, результаты оценки экономической эффективности ее применения свидетельствуют о снижении затрат на выполаживание откосов зоны II отвала «Бродок» Лебединского ГОКа в 1,5-1,7 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных в работе исследований дано новое решение актуальной научной задачи по разработке и обоснованию технологии гравитационного выполаживания техногенных откосов средствами гидромеханизации, обеспечивающей снижение затрат на проведение их горнотехнической рекультивации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кононенко, Алексей Евгеньевич, 1999 год

1. Алейникова Л.Г. Исследование и обоснование режима технической рекультивации земель при открытой разработке горизонтальных и пологих угольных месторождений. Дисс. . канд. техн. наук. - М., 1983, 154 с.

2. Бабец А.М. Исследование и выбор рациональных технологических схемрекультивационныхработ. Дисс. .канд. техн. наук. - М., 1981, 132 с.

3. Барсуков М.й., Барсуков й.М. Охрана земель при открытой разработке месторождений. Киев: Техника, 1987, 148 с.

4. Бурыкин С.И. Выполаживание откосов отвалов при рекультивации надушенных земель // Горный журнал. 1995, №7, С. 52-54.

5. Воробков Л.Й., Гаврижо В.М., Лобачев П.В., Шеетаков В.М. Водопо-нижение в горнотехническом строительстве. М.: Госстройнздат, i960.

6. Гальперин А.М. Управление состоянием массива. М.: МГИ, 1985.

7. Гальперин А.М., Дьячков Ю.И. Гидромеханизированные природоохранные технологии. М.: Недра, 1993, 252 с.

8. Гальперин А.М., Ферстенев В., Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана окружающей среды. М.: МГГУ, 1997.

9. Глевнцкий В.И. Гидромеханизация в транспортном строительстве: Справочное пособие. М.: Транспорт, 1988, 271 с.

10. Горин Р.Ф. Исследование предварительного безнапорного водонасы-щения и безнапорного размыва пород при гидровсжрышных работах. -Дисс. . канд. техн. наук. -М., 1966.

11. Горлов В.Д. Рекультивация земель на карьерах. М.: Недра, 1981, 260 с.

12. ГОСТ 17.4.3.02-85. Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ.

13. ГОСТ 17.4.3.04-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнения.

14. ГОСТ 17.5.1.01-83. Охрана природы. Земли. Рекультивация земель. Термины и определения.

15. ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных земель для рекультивации.

16. ГОСТ 17.5.1.03-86. Охрана природы. Земли. Классификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель.

17. ГОСТ 17.5.1.04-80. Охрана природы. Земли. Классификация землепользования.

18. ГОСТ 17.5.1.06-84. Охрана природы. Земли. Классификация малопродуктивных угодий для землевания.

19. ГОСТ 17.5.3.04-83. Охрана природа. Земли. Общие требования к рекультивации земель.

20. ГОСТ 17.5.3.05-84. Охрана природы. Рекультивация земель. Общие требования к землеванию.

21. ГОСТ 17.5.3.06-85. Охрана природы. Земли. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ.

22. Земельный кодекс РСФСР, 1991.

23. Ильин А.И., Гальперин А.М., Стрельцов В.Й. Управление долговременной устойчивостью откосов на карьерах. М.: Недра, 1985, 248 с.

24. Калыбеков Т.К. Селективное формирование двухъярусного отвала с выполаживанием его откоса // Комплексное использование минерального сырья. 1988, №6, С. 6-12.

25. Калыбеков Т.К. Установление параметров отвала при прямоугольной его форме /У Комплексное использование минерального сырья. 1989, №8, С. 83-86.

26. Калыбеков Т.К., Есмурзаев Ж.Д. Формирование и рекультивация трехъярусного отвала прямоугольной формы с выполаживанием его откоса // Комплексное использование минерального сырья. 1991, №7, С. 22-27.

27. Колосов В. А. Рекультивация подработанных земель в Кузбассе. М.: ЦНйЭйуголь, 1973, 32 с.

28. Комаров А.В., Ревнзенский В.М., Алейникова Л.Г. Сборник научно-исследовательских работ в области охраны окружающей среды, выполненных по заказу территориальных природоохранных органов в 1996 г. М.: Центр международных проектов, 1997.

29. Кояоненко А.Е., Гальперин А.М., Зайцев B.C., Кириченко Ю.В. Способ рекультивации откосов при открытой разработке месторождений. Патент РФ №2088760, заявл. 28.03.95.

30. Кононенко А.Е. Гидромеханизированный способ выполаживания откосов при их рекультивации // Проблемы теории и практики в инженерных условиях: Труды XXXIII научной конференции РУДН. М.: РУДН, 1997, С. 342-343.

31. Кононенко А.Е., Русский А.В. Рекультивация нарушенных земель и строительство рекреационных зон // Горный информационно-аналитический бюллетень. Вып. 5. М.: МГГУ, 1997, С. 134-137.

32. Кононежо А.Е. Исследование технологии управляемого обрушения откосов отвалов с целью их выполаживания перед рекультивацией // Горный информационно-аналитический бюллетень. Вып. 5. — М.: МГГУ, 1998, С. 108-110.

33. Кононежо Е.А., Русский А.В., Кононежо А.Е. Строительство рекреационной зоны при рекультивации нарушенных открытыми работами земель // Горный журнал. 1998, №7, С. 61-65.

34. Кравченко О.П. Рекультивация на открытых разработках за рубежом /У Горный журнал 1974, №1, С. 64-68.

35. Красавин А.П., Васильков Ю.М., Шауфлер АН. Рекультивация земель на разрезах. М.: ЦНИЭИуголь, 1976, 38 с.

36. Лутовинов А.Г. Рекультивация земель при гидромеханизированных работах. М.: НТГО, 1984, 72 с.

37. Маляров Ю.А, Пешкова М.Х. Учебное пособие для выполнения экономической части дипломных проектов по специальности «Открытые горные работы». М.: МГГУ, 1994, 58 с.

38. Мартынов ГО.И. Устойчивость откосов при ведении горных работ /У Горный вестник. 1998, №6, С. 109-113.

39. Мельников Н.В. Рациональное использование природных ресурсов/7 Коммунист, 1973, №15, С. 11-16.

40. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. -М.: Недра, 1978, 424 с.

41. Мельников Н.В. Научные основы рационального использования минеральных ресурсов СССР. В кн.: Проблемы рационального использования минеральных ресурсов СССР. - М.: изд-во СФГП ЙФЗ им. О.Ю.Шмидта АН СССР, 1969, С. 15-18.

42. Михайлов А.М. Охрана окружающей среды на карьерах. Киев: Вжца школа, 1990, 264 с.

43. Моторина Л.В., Забелина H.H. Рекультивация земель, нарушенных горнодобывающей промышленностью. М.: ВИНТСХ, 1968, 62 с.

44. Нурок Г. А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. -М.: Недра, 1979, 549 с.

45. Нурок Г. А, Богатырев В.П., Чэллин Б.Н., Медников H.H. Эффективность гидротранспорта полускальных пород на разрезах. М.: ЦНИИЭИуголь, 1967, 38с.

46. Нурок Г. А., Бруякин Ю.В., Ляшевич В.В. Гидротранспорт горных пород. -М., 1974, 168 с.

47. Овчинников В.А. Изыскание рациональной технологии восстановления поверхности при бестранспортных системах разработки. Дисс. . канд. техн. наук. - Тула, 1964, 178 с.

48. Основные вопросы восстановления нарушенных территорий при открытой разработке угольных месторождений Урала и Кузбасса: Сб. статей. Челябинск: НИИОГР, 1969, 42 с.

49. Панков Я.В., Иванов Я.Е., Данько В.Н. и др. Лесная рекультивация нарушенных земель-Воронеж: ВГУ, 1991, 184 с.

50. Панюков П.Н. Инженерная геология. М.: Недра, 1978, 296 с.

51. Полищук А.К., Михайлов А.М., Заудальский И.И. и др. Техника и технология рекультивации на открытых разработках. М.: Недра, 1977, 214 с.

52. Проблемы рекультивации земель в СССР. / Под общей ред. Трофимова С.С. Новосибирск: Наука, 1974, 253 с.

53. Проект горнотехнической рекультивации гидроотвала разреза «Мо-ховский» (на р. Еловка) с помощью земснаряда. НТТМ «Эффективность» / Рук. ВТК Е. АКононенко. Кемерово, 1990, 96 с.

54. Пучков Л.А. Развитие исследовании по охране окружающей среды в горной промышленности. Научно-экологические проблемы горного производства. М.: МГИ, 1993.

55. Разработка рекомендаций по формированию рельефа рекультивируемых объектов Лебединского ГОКа: Отчет по теме ТО-1-518 / Рук. темы ЕАКононенко. М.: МГГУ, 1996, 75 с.

56. Ржевский В.В. Исследование режима горных работ. Дисс. . докт. техн. наук. - М., 1955, 347 с.

57. Ржевский В.В., Бобылев А.П. Комплексное использование минеральных ресурсов и охрана окружающей среды. В сб. сообщений IX Всемирного горного конгресса, 1976.

58. Русский й.И. Отвальное хозяйство карьеров. М.: Недра 1971, 240 с.

59. Русский й.И. Технология отвальных работ и рекультивация на карьерах. М.: Недра 1979, 221 с.

60. Русский Й.Й., Котровский М.Н. О технологии выполаживаниж откосов в процессе рекультивации отвалов // Известия ВУЗов «Горный журнал». 1976, №7, С. 14-20.

61. СимкинБ.А, Бабец А.М., Титовский В.И. Использование средств гидромеханизации для рекультивационных работ в бассейне КМА // Горный журнал. 1978, №2, С. 24-27.

62. Современное состояние, перспективы нарушения и рекультивации земель на карьерах СНГ. Отчет МГИ, 1988, 84 с.

63. Телибеков М.А. Обоснование рациональных способов выполаживання и рекультивации откосов отвалов. Дисс. . канд. техн. наук. - Л., 1989, 167 с.

64. Технико-эксплуатационные характеристики машин фирмы «Са1егрШаг»: Справочник Издание САТ* Са£егр1маг же., Пеория, Иллинойс, США, 1996.

65. Титовский В.И., Кэжашнжов А.Г., Бабец А.М. Опыт рекультивации нарушенных земель в бассейне КМ А: Обзорная информация. Вып. 2. -М.: Черметннформацкя, 1988.

66. Томжов П.й. Восстановление поверхности, нарушенной открытыми горными работами при различных комплексах оборудования // Добыча угля открытым способом. 1970, №7-8, С. 23-27.

67. Томжов ГШ., Коваленко B.C. Рациональное землепользование при открытых горных работах. -М.: Недра, 1984, 213 с.

68. Томжов П.И., Коваленко B.C., Михайлов А.М. Калашников А.Т. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.: МГГУ, 1994,417 с.

69. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Виницкий К.Е., Мельников H.H. и др. Открытые горные работы: Справочник. М.: Горное бюро, 1994, 590 с.

70. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра, 1965, 378 с.

71. Хньпа-ш В.Ф. Гидровскрьшшые работы на карьерах горнорудной промышленности. М.: Недра, 1973, 109 с.

72. Хныкин В.Ф. Никонов Г.П. Гидравлическое разрушение угля и пород. -М., 1968, 63 с.

73. Хныкин В.Ф. Разрушение горных пород гидромониторными струями на открытых разработках. М.: Наука, 1969, 150 с.

74. Хон В.Н. Режим технической рекультивации нарушенных земель при открытой разработке жрутопадающих и наклонных угольных пластов Кузбасса. Дисс. . канд. техн. наук - М., 1985, 172 с.

75. Эскнн B.C. Рекультивация земель, нарушенных открытыми разработками. М.: Недра, 1975, 182 с.77. ллтэнец й.М. проектирование гидромеханизации открытых горных работ. М.: МГГУ, 1994. - 480 с.

76. Ялтанец Й.М., Кужгнн В.й. Гидромеханюация открытых горных работ.-М., МГГУ, 1996, 739 с.

77. Ялтанец Й.М., Щадов М.И. Практикум по открытым горным работам. -М.: МГГУ, 1996, 407 с.

78. Bagrel С. Enworniement et Giseinent. Mines et Canieres, 1995, №6,

79. Black A.L. Economic and engineering design problems in open-pit mining.- Mine and quarry engineering, 1974, vol. 30, №1, 2, 3, P. 13-15, 56-74,

80. Donnadieu J.-P., Oberîinkels M., Paquette Y. et uriancourt D.

81. Reamenagemeiît des sites miniers a ciel ouvert en fin d'exploitation. -Mines et Cameres, 1994, №1, P. 56-60.

82. E.M.-D. Les sites charbonniers de fheranli se refont une beate. Mines et cameres, 1995, №11, P. 29-30.

83. E.M.-D. avec Omnya. Une gestion de l'environnement certinee pour Oïnnya Mines et Cameres, 1995, №12, P. 15-16.

84. Leveque M.-X., Peloquin Th., Lahaye P.-Y. et Linte J. Boisement de steiiles miniers. Mines et Canieres, 1995, №7, P. 30-32.

85. Reclatation: U.S. Steel is involved. Coal âge, 1971, vol.76, №4, P. 66-71.

86. Reiss I. Gestion des sols. Mines et Carrières, 1995, №6, P. 71-73.1. P. 48-51.112.120.