Результат интеллектуальной деятельности: Способ формирования и хранения отходов добычи угля в породных отвалах

Техническое решение относится к горному делу, в частности, к разработке угольных месторождений открытым способом. По описанной технологии при ведении открытых горных работ в породных отвалах формируют участки для размещения и хранения отходов, образующихся при добыче угля.

Известен способ формирования отвала (патент RU 2667395, B09B1/00, E21C41/26, E02B 7/06, опубл. 19.09.2018, Бюл. №26), включающий отвалообразование гидронамывом с последующим размещением пород сухой отсыпкой поверх намытых слоев, первоначальное устройство системы противофильтрационной защиты в основании отвала в составе гидроизолирующего экрана и дренажной системы, затем формирование первого яруса отвала гидронамывом с отметок земли, при этом жидкую фазу пульпы гидронамыва отводят с поверхности намыва фильтрацией через тело отвала в дренажную систему и далее в пруд-отстойник за пределами отвала, а затем на поверхности первого яруса формируют второй ярус сухой отсыпкой.

Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются формирование отвала, устройство системы противофильтрационной защиты.

Недостатками известного способа являются: необходимость использования дополнительного конвейерного оборудования в процессе гидронамыва, что приводит к значительному увеличению затрат при разработке месторождений полезных ископаемых, а также необходимость изъятия дополнительных площадей для создания пруда-отстойника, что ведет, в свою очередь, к увеличению капитальных затрат и к дополнительному экологическому ущербу.

Известен также способ захоронения отходов в отвал, который принят за прототип, как наиболее близкое к заявляемому техническое решение (патент RU 2136402, B09B1/00, опубл. 10.09.1999). Способ включает предварительный анализ топографических, геологических и гидрогеологических характеристик территорий захоронения отходов с последующим формированием котлована, ядра и отвала, устройство по боковым откосам котлована и основанию водонепроницаемого экрана, поверх которого выполняют гравийно-песчаную подушку, формирование боковых откосов котлована под углом к основанию, укладку на дне котлована, в пределах подошвы ядра, распределительной железобетонной плиты, поверх которой устраивают ядро из крупнообломочного материала, выполнение в верхней части ядра непроницаемого экрана высотой в 1/3 высоты ядра с отверстиями под газоотводные трубы, формирование внутренней части отвала в зависимости от физико-механических свойств утилизируемых отходов; либо послойно с уплотнением, либо отсыпкой на проектную высоту без механического уплотнения созданием пригрузочного слоя из прессованных брикетов твердых бытовых отходов, покрываемых изолирующим слоем грунта, устройство между пригрузочным слоем и внутренней частью отвала переходной зоны из песчано-гравийного грунта величиной 0,8-1,0 м.

Общими признаками прототипа и предлагаемого способа являются: формирование отвала и котлована, формирование водонепроницаемого экрана по боковым откосам котлована и его основанию.

Недостатком известного способа является сложная и затратная технология возведения котлована, ядра и отвала из дополнительных материалов, что существенно снижает эффективность способа и ведет, в свою очередь, к увеличению капитальных затрат.

Проблема заключается в повышении эффективности способа формирования и хранения отходов добычи угля в породных отвалах за счет его упрощения путем исключения из процесса создания отвала и котлована дополнительных материалов при сокращении общих капитальных затрат и повышении общей экологической безопасности при ведении горных работ.

Решение проблемы достигается тем, что в способе формирования и хранения отходов добычи угля в породных отвалах, включающем формирование отвала и котлована, водонепроницаемого экрана по боковым откосам котлована и его основанию, согласно техническому решению при разработке угольного месторождения из вскрышной породы формируют отвал таким образом, что в нем образуют котлован, затем по боковым откосам и основанию этого котлована устраивают водонепроницаемый экран из уплотненных мелкодисперсных фракций вскрышных и глинистых пород, после чего в котлован перемещают и уплотняют углепородную массу из зон зачистки контактов вскрышных пород с угольными пластами, зон тектонических нарушений, зон забалансовых пластов и углепородные отходы из участков сухого обогащения, включая отходы с повышенной концентрацией потенциально опасных химических элементов и их соединений, затем производят укладку на указанную углепородную массу глинистых пород и их уплотнение, засыпают сверху вскрышной породой мелкой фракции и продолжают формирование породного отвала.

Указанная совокупность признаков позволит использовать при ведении открытых горных работ в создаваемых породных отвалах формируемых участков для управляемого экологически безопасного размещения отходов добычи и обогащения угля, углепородной смеси из некондиционных по мощности пластов, уменьшить за счет экранирования глинистыми материалами риски самовозгорания органической массы и количество выделяемых продуктов окисления, образующихся при длительном хранении в отвалах, снизить экологическую нагрузку на окружающую среду и, как следствие, повысить эффективность освоения месторождения.

Целесообразно при создании котлована соблюдать условие:

V_к > V_зк + V_зт + V_зп + V_зх,

где V_к - объем созданного котлована, м³,

V_зк - объем зоны зачистки контактов вскрышных пород с угольными пластами, м³,

V_зт - объем зоны тектонических нарушений, м³,

V_зп - объем зоны забалансовых пластов, м³,

V_зх - объем углепородных отходов из участков сухого обогащения, включая отходы с повышенной концентрацией потенциально опасных химических элементов и их соединений, м³.

Это позволит на этапе анализа горно-геологических условий при планировании горных работ рассчитать объем котлована, необходимый для изолированного хранения углепородной смеси, для повышения экологической безопасности горных работ.

Сущность технического решения поясняется примером конкретной реализации способа формирования и хранения отходов добычи угля в породных отвалах (далее - способ) и чертежом, где изображена схема реализации предлагаемого способа, на которой показан разрез месторождения по вертикали.

Способ формирования и хранения отходов добычи угля в породных отвалах реализуют следующим образом. При разработке угольного месторождения из вскрышной породы 1 (см. чертеж) создают отвал 2 таким образом, чтобы образовался котлован 3, затем по боковым откосам и основанию котлована 3 устраивают водонепроницаемый экрана 4 из уплотненных мелкодисперсных фракций вскрышных и глинистых пород. После чего в котлован 3 перемещают и уплотняют углепородную массу из зон 5 зачистки контактов вскрышных пород с угольными пластами, углепородную массу из зон 6 тектонических нарушений, углепородную массу из зон 7 забалансовых пластов и углепородные отходы из участков 8 сухого обогащения, включая отходы с повышенной концентрацией потенциально опасных химических элементов и их соединений, затем производят укладку глинистых пород (позиция не обозначена) поверх заполненного котлована 3 и производят их уплотнение. После чего засыпают сверху вскрышной породой 9 мелкой фракции и продолжают формирование породного отвала 2. При этом объем котлована 3 рассчитывают по условию:

V_к > V_зк + V_зт + V_зп + V_зх,

где V_к - объем созданного котлована 3, м³,

V_зк - объем зоны 5 зачистки контактов вскрышных пород с угольными пластами, м³,

V_зт - объем зоны 6 тектонических нарушений, м³,

V_зп - объем зоны 7 забалансовых пластов, м³,

V_зх - объем углепородных отходов из участков 8 сухого обогащения, включая отходы с повышенной концентрацией потенциально опасных химических элементов и их соединений, м³.

Указанная совокупность признаков позволит на этапе анализа горно-геологических условий при планировании горных работ рассчитать объем котлована 3, при ведении горных работ сформировать его для повышения экологической безопасности при освоении месторождения.