Основы горного дела

а б

в г д

Рис. 1.1. Формы залегания полезных ископаемых: а - пласт: б - шток; в - линза; г - жилы; д - гнезда

Для магматических горных пород характерны скопления полезных ископаемых в виде штоков (схема б) - больших тел с весьма неправильными очертаниями; куполов (лакколитов), линз (схема в) - округленных или овальных тел с уменьшением толщины к краям, жил - трещин в земной коре, заполненных минеральным веществом, массивов - интрузивных тел с весьма большими размерами; гнезд (схема г) - скоплений различного размера и неправильной формы, неравномерно распределенных во вмещающих породах; столбов - залежей, вытянутых в одном направлении.

Месторождения, приуроченные к осадочным породам, чаще всего залегают в виде пластов (схема а) - плитообразных минеральных тел большого протяжения, ограниченных приблизительно параллельными поверхностями - плоскостями напластований. Встречаются также линзы, гнезда, реже штоки (соль, гипс).

Породы, расположенные ниже залежи, образуют лежачий бок или почву, расположенные выше - висячий бок или кровлю. Расстояние по нормали между боками (кровлей и почвой) дает истинную (нормальную) мощность m (м) залежи. Часто выделяют горизонтальную mг (м) и вертикальную мощность hв (м). Их соответственно измеряют по горизонтали и вертикали (схема а).

По характеру взаимоотношений с боковыми породами различают согласное и несогласное залегание. В первом случае скопления полезных ископаемых залегают между породами, не пересекая их (схема а), во втором - залежь полезного ископаемого пересекает тела вмещающих пород (схема г).

6.Перечислите элементы залегания месторождений полезных ископаемых

Для определения положения месторождений в земной коре выделяют основные элементы залегания: простирание - направление горизонтальной линии, лежащей в плоскости пласта, жилы; падение - наклон залежи, жилы, пласта к горизонтальной плоскости; угол падения - угол, образованный линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость. Горные породы, непосредственно примыкающие к поверхности, ограничивающей полезное ископаемое, называют боковыми или вмещающими.

7.Сформулируйте разновидности нарушений первоначального залегания горных пород.

Земная кора находится в состоянии движения. Движения, вызывающие изменения высотного положения и нарушения первоначального залегания горных пород, называют тектоническими (рис. 1.2).

а б

в г

Рис. 1.2. Виды тектонических нарушений:

а - складка; б - сброс; в - взброс; г - чешуйчатые складки

Среди них различают нарушения складчатые, когда деформации носят пластичный характер, а породы сминаются в разнообразные складки (схема а), разрывные, если происходит разрушение сплошности пород (схемы б, в), и складчато-разрывные, если горные породы подвержены как пластическим, так и разрывным деформациям (схема г).

При разрывных нарушениях смещение соседних участков горных пород может происходить по вертикальным и наклонным трещинам, образуя сбросы (схема б), взбросы (схема в), или в горизонтальном и близком к нему направлении, образуя сдвиги. Одиночные сбросы распространены редко. Они обычно встречаются группами - системами сбросов.

8.Дайте характеристику горных пород как объекта разработки по прочности, трещиноватости

Объектами горных работ являются разнообразные горные породы. Коренные (магматические, метаморфические к осадочные) залегают в толще земной коры на месте своего образования. Их покрывают наносы - рыхлые, вторичные породы, образованные в результате разрушения и переотложения коренных.

Для количественной оценки свойств горных пород в их естественном состоянии используют различные характеристики.

Профессор М.М. Протодьяконов предложил классифицировать породы по крепости, принимая ее пропорциональной временному сопротивлению сжатию под которым понимают напряжение, предшествующее разрушению образца. За единицу коэффициента крепости принята одна сотая временного сопротивления сжатию.

По этой классификации все породы разделены на десять категорий, а коэффициенты крепости изменяются от 0,3 (X категория) до 20 (I категория).

По прочностным характеристикам все горные породы в их естественном состоянии целесообразно разделить на группы:

- плотные, мягкие сыпучие - с временным сопротивлением сжатию до 20 МПа (с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяконова до f =2);

- полускальные - с временным сопротивлением сжатию от 20 до 50 МПа (f = 2-5);

- скальные - с пределом прочности на одноосное сжатие более 50 МПа (f более 5).

Выемку плотных, мягких и сыпучих пород из массива можно производить непосредственно рабочими органами горных машин, а для разработки полускальных и скальных пород необходимо их предварительное разрушение.

За счет тектонических явлений и процессов горные породы разбиты трещинами на отдельные блоки, поэтому прочность пород в массиве во много раз ниже, чем в отдельном монолитном образце (куске). Снижение прочности пород за счет трещиноватости оценивают коэффициентом структурного ослабления, равным отношению сцепления отдельного куска породы при отрыве от массива к сцеплению ее в образце (куске). Сцепление по трещинам и тектоническим нарушениям изверженных и метаморфических пород, а также по контактам слоев осадочных пород часто не превышает 0,05-0,10 МПа. У чрезвычайно трещиноватых пород коэффициент структурного ослабления составляет 0,01-0,065, у практически монолитных - 0,60-0,98.

Под воздействием отрицательных температур мягкие и сыпучие породы смерзаются. При этом прочность их становится близка к прочности плотных и полускальных пород, и появляется необходимость их предварительного разрушения.

В результате искусственного или естественного разрушающего воздействия скальные, полускальные и мерзлые мягкие, сыпучие породы переходят в разрушенное состояние и становятся пригодными для погрузки и перемещения обычными техническими средствами. Разрушенные породы различают по степени связности и кусковатости.

9.Укажите показатели, характеризующие кусковатость и степень связности разрушенных пород

Под воздействием отрицательных температур мягкие и сыпучие породы смерзаются. При этом прочность их становится близка к прочности плотных и полускальных пород, и появляется необходимость их предварительного разрушения.

В результате искусственного или естественного разрушающего воздействия скальные, полускальные и мерзлые мягкие, сыпучие породы переходят в разрушенное состояние и становятся пригодными для погрузки и перемещения обычными техническими средствами. Разрушенные породы различают по степени связности и кусковатости.

Степень связности характеризуют величиной коэффициента разрыхления, представляющего собой отношение объема породы в разрыхленном виде к ее объему в массиве. По степени связности разрушенные породы подразделяют на три категории [29].

категория - сыпучие разрушенные породы. Характеризуются наличием многочисленных воздушных промежутков между кусками. Породы склонны к осыпанию и образованию четко выраженных откосов. Коэффициент разрыхления Кр = 1,40-1,65 и более.

категория - связно-сыпучие разрушенные породы. Характеризуются наличием небольших воздушных промежутков и зацеплением между кусками. Коэффициент разрыхления Кр = 1,2-1,3. Насыпь не имеет четко выраженных откосов.

категория - связно-разрушенные породы. Представлены природными отдельностями массива, не полностью разделенными между собой. Сохраняется сцепление между блоками. Коэффициент разрыхления Кр = 1,05-1,10.

Кусковатость оценивают по среднему линейному размеру куска dср. При этом выделяют пять категорий.

категория - очень мелкоразрушенные породы с размером наиболее крупных кусков до 0,4-0,6 м; dср ? 0,l м.

категория - мелкоразрушенные породы с размером кусков до 0,6-1,0 м; dср = 0,15-0,25 м.

категория - среднеразрушенные породы с размером кусков до 1,0-1,4 м; dср = 0,25-0,35 м.

категория - крупноразрушенные породы с наиболее крупным размером кусков 1,5-2,0 м; dср = 0,4-0,6 м.

категория - весьма крупноразрушенные породы содержат отдельные куски размером 2,5-3,0 м и более; dср = 0,7-0,9 м.

10.Сформулируйте основные отличия горных предприятий от заводов и фабрик

Горные предприятия - это промышленные предприятия, цель которых - разработка или разведка месторождений полезных ископаемых. В отличие от заводов и фабрик, функционирование горных предприятий в большей мере зависит от горно-геологических условий: глубины работ, физико-механических и химических свойств пород, притока воды. Непрерывное перемещение рабочих мест по мере выемки полезного ископаемого вызывает необходимость использования мобильных машин и механизмов, перемещения энергосиловых и транспортных коммуникаций. Разбросанность рабочих мест в пространстве требует специфических навыков для организации, планирования и управления производством.

По аналогии с заводами и фабриками, каждое горное предприятие состоит из отдельных цехов или участков, которые осуществляют или обслуживают определенный технологический процесс. Ведущими являются горные цехи (участки), осуществляющие непосредственную добычу полезного ископаемого. Назначение всех остальных состоит в том, чтобы обеспечить их оборудованием, энергией, материалами и другими видами услуг.

11.Перечислите способы разработки твердых полезных ископаемых

Способ разработки (способ добычи) - это совокупность технических средств и технологических процессов по извлечению полезных ископаемых из недр Земли.

Различают следующие способы добычи твердых полезных ископаемых: подземный, открытый, подводный, физико-химические (геотехнологические), комбинированные.

При подземном способе все процессы, связанные с добычей полезных ископаемых, протекают под землей. Для производства горных работ проходят систему горных выработок, обеспечивающих отделение минерального сырья от массива и его доставку на поверхность.

Открытый способ предусматривает добычу полезных ископаемых непосредственно с дневной поверхности.

При подводном способе минералы добывают из-под воды - со дна ручьев, рек, озер, морей и океанов.

12.Опишите сущность физико-химических (геотехнологических) способов добычи минерального сырья, их достоинства и недостатки

В основу большой группы физико-химических (геотехнологических) способов положено химическое, физическое, физико-химическое, биохимическое воздействие на твердое минеральное сырье с целью превращения его в жидкое или газообразное состояние и выдачи по скважинам на поверхность. Распространены методы: растворения, расплавления, подземной газификации угля, выщелачивания, скважинной гидродобычи.

Основная доля полезных ископаемых добывается подземным и открытым способами. Открытые горные работы - более древний способ. Еще 10-12 тыс. лет назад твердые породы для каменных орудий человек добывал из ям, канав. В дальнейшем их вытеснили подземные.

Потребовался новый качественный скачок в развитии механизации горных работ, чтобы открытая добыча полезных ископаемых стала ведущей.

Несмотря на то, что удельный вес подземного способа неуклонно сокращается, абсолютные объемы добываемых этим способом полезных ископаемых растут.

Объектами подземной разработки являются месторождения, отрабатывать которые иными способами технически трудно и экономически нецелесообразно, например, маломощные пласты и рудные зоны на больших глубинах.

К недостаткам подземного способа добычи следует отнести вредные условия труда, большие затраты на проведение, проветривание и поддержание горных выработок, значительные потери полезного ископаемого.

13.Охарактеризуйте минеральные ресурсы морей и океанов. Поясните целесообразность подводной добычи полезных ископаемых

Несмотря на большие запасы минерального сырья в земной коре, ежегодно возрастает дефицит целого ряда полезных ископаемых. Между тем технический прогресс требует не только поддержания достигнутого уровня добычи минерального сырья, но и постоянного его наращивания. Поэтому взоры геологов и горняков обращены к Мировому океану.

Минеральные ресурсы морей и океанов громадны. Один кубический километр воды содержит в растворенном виде около 30 млн. т твердого вещества, из них более 20 млн. т поваренной соли. Из оставшихся 7-9 млн. т можно извлечь почти любой элемент Менделеевской таблицы, в том числе 1 млн. т магния, 60 тыс. т серы, 2,9 тыс. т бора, 40 т алюминия, по 7,3 т марганца и меди, 1 т урана, 400 кг молибдена, 200 кг серебра [7]. В промышленных масштабах из морских вод извлекают магний, бром, калий, поваренную соль.

Но основные минеральные богатства океана сосредоточены на его дне, в материковых отмелях (шельфах) и в прибрежных россыпях. Всемирно известны морские россыпи Австралии, протянувшиеся более чем на 1000 км. Здесь добывают золото, платину, циркон, монацит, ильменит. С 1970 г. ведут разработку морских оловоносных песков в Таиланде, с 1961 г. - добычу алмазов у берегов Юго-Западной Африки. На континентальных шельфах разведано около 30 млрд. т промышленных запасов фосфоритов. В США ежегодно добывают на шельфе 0,5 млрд. т песка и гравия.

Дно океана усеяно железо-марганцевыми конкрециями размерами от зерен, измеряемых долями миллиметра, до шаров с поперечниками в 20 см и более. В них обнаружили также медь, кобальт, никель. Американский геолог Д. Меро оценивает их запасы только в Тихом океане в 1,7·1012 т.

Запасы подводного минерального сырья непрерывно возрастают. На дне морей и океанов ежегодно осаждается около 10 млрд. т. металла в виде минеральных агрегатов, минералов и в коллоидном состоянии.

Специалисты считают, что подводная добыча будет намного дешевле, чем добыча из недр Земли. Например, I карат (0,2 г) «морских алмазов» в ЮАР обходится в 4 раза дешевле, чем при подземном способе. Стоимость получения железа из магнетитовых песков, добываемых у берегов Японии с глубины 27-30 м, вдвое меньше, чем из железной руды на суше.

Сейчас доля подводного способа разработки составляет около 1,2-1,5 % от общей мировой добычи полезных ископаемых. Предполагают, что в ближайшие 10-15 лет она возрастет в 20-30 раз. Ресурсы Мирового океана - это, безусловно, будущее горной добычи в мире.

Рост потребностей в сырье вызывает необходимость ввода в эксплуатацию более бедных, глубоко залегающих месторождений со сложными горно-геологическими условиями. Разработка их обычными способами нерентабельна. Выход из создавшегося положения можно найти, всемерно развивая геотехнологические методы добычи.

В настоящее время методом растворения через скважины ежегодно получают до 25-30 млн. т соли. Сравнительно недавно начали добывать таким же способом калийные соли. Опыт работы рассолоприемников показывает, что затраты на 1 м3 рассола при подземном растворении примерно в 3-4 раза ниже, чем при шахтном способе добычи.

Одним из перспективных и высокопроизводительных физических методов является подземная выплавка серы (ПВС) [3, 7].

Этот метод, разработанный впервые в России инженером К. Паткановым в XIX в., непрерывно совершенствовался и в настоящее время получил широкое распространение. Две трети мирового производства серы добывают через скважины. Сущность метода состоит в том, что на участке месторождения бурят скважины диаметром 250-300 мм на расстоянии 30-60 м одна от другой. Каждую скважину оборудуют тремя концентрическими колоннами труб. По внешней трубе в скважину под давлением 1,8 МПа подают воду, нагретую до температуры 170 °С, которая через перфорированную часть трубы попадает в продуктивную толщу пород, нагревает их до 120-140 °С, вызывая плавление серы. Расплавленная сера в два с лишним раза тяжелее воды, поэтому собирается в нижней части продуктивного слоя и в самой скважине. Для подъема расплава на поверхность по внутренней трубе диаметром 32 мм. поступает пар или горячий воздух под давлением 2,8 МПа. Образующаяся в расплавленной сере легкая пористая масса поднимается по кольцевому пространству между центральными трубами на поверхность. При этом получают серу высокого качества, примеси составляют лишь 0,1-0,5 %. Метод ПВС с 1912 г. занял доминирующее положение в мировой серной промышленности.

В последнее время получают распространение методы скважинной геотехнологии для скважинной гидродобычи глубокозалегающих запасов углей, рудного сырья, нерудных полезных ископаемых. Она применима для зернистых горных пород. К наиболее благоприятным относятся погребенные россыпи всех типов и месторождения коры выветривания, в том числе преобразованные.

По технико-экономическим показателям способ скважинной гидродобычи значительно эффективнее традиционных способов добычи руд: себестоимость 1т руды ниже в 2 раза, инвестиции меньше в 2,5 раза [3].

Добыча богатой руды через скважины имеет ряд экологических преимущестив по сравнению с традиционными способами добычи: она практически безотходна, не разрушает режимов подземных и поверхностных вод, не требует больших отводов земель для размещения горного предприятия, обеспечивает высокую безопасность добычных работ. На месторождениях Белгородского железнорудного региона КМА выделено 36 участков, перспективных для промышленного освоения.

Возможна комбинированная отработка совместным подземным способом с формированием разрыхленной рудной массы и последующей гидродобычей через скважины.

Подземная газификация, предложенная Д. И. Менделеевым, представляет собой процесс превращения угля в горючие газы. Начиная с 20-х годов в СССР вели опытно-промышленные исследования газификации. В настоящее время работают пять станций ПГУ, вырабатывающие ежегодно более 1,5 млрд. м3 газа [3].

Подземным выщелачиванием (ПВ) называют метод добычи полезного ископаемого посредством избирательного растворения его химическими реагентами на месте залеганий и последующего извлечения образованных соединений. Метод ПВ используют в настоящее время для получения цветных и редких металлов. Есть предпосылки для его внедрения на месторождениях фосфоритов, боратов, железа и других видов минерального сырья. Уже подобраны растворители практически для всех металлов. Даже для растворения каменного угля можно использовать антраценовое масло.

Однако процессы выщелачивания идут крайне медленно, тогда как вызываемые разнообразными микроорганизмами биогеохимические процессы протекают настолько быстро, что реально их практическое применение. Возник новый раздел технической микробиологии - биотехнология металлов для получения меди, урана, освобождения золота и олова от примесей мышьяка.

Биотехнология охватывает применение живых организмов и (или) продуктов их жизнедеятельности для разложения, выщелачивания минералов и металлов, осаждение их из растворов, изыскания, создания и применения биологических методов очистки сточных вод, биомодифицирование минералов и их поверхностей для обогащения полезных ископаемых и гидрометаллургии. Биотехнологические методы, как наиболее экологичные, призваны исключить использование цианидов при кучном выщелачивании золота.

В перспективе возможно таким путем добывать золото, цинк, марганец, молибден, скандий, висмут, литий, германий и др. Эти методы значительно снижают потери полезных ископаемых, создают предпосылки для комплексного использования сырья: одновременного извлечения из недр всех необходимых человеку химических элементов.

Ученые установили, что ряд растений накапливает в стеблях и листьях ценные полезные ископаемые. На этом принципе работает своеобразный рудник - плантация в Долине духов (США). Почвы ее богаты селеном - ценнейшим сырьем для производства полупроводниковых элементов. Стоимость одного килограмма селена превышает 100 долларов. Земли в долине засевают астрагалом, жадно усваивающим из почвы селен. Травы несколько раз за лето скашивают, сушат и сжигают. Селен извлекают из золы химическим путем. Годовая «урожайность» 1га - 25 кг селена [7].

Аналогичным путем из некоторых растений легко выделяют соли германия, мировая добыча которого всего несколько сотен килограммов в год [7].

Физико-химические методы добычи полезных ископаемых отличаются экологической чистотой, позволяют избежать выдачи на поверхность пустых пород, исключить присутствие людей под землей, повысить производительность труда, полностью автоматизировать все технологические процессы. Социальные последствия их использования выразятся в изменении места и роли человека-горняка, содержания, характера его труда. Так, подземный труд шахтера будет заменен работой но управлению процессом добычи с поверхности [3].

Важнейшей особенностью геотехнологических способов добычи и производства металлов является возможность использования ранее складированных отходов горно-металлургического производства и забалансовых запасов полезных ископаемых. При этом может быть улучшено состояние окружающей природной среды.

Другой важной особенностью физико-химической геотехнологии является минимальное число технологических процессов и стадий добычи и переработки до получения конечной товарной продукции. Появляется также возможность очень быстрого строительства предприятия или создания установки и налаживания производства с минимальными инвестициями.

Однако экологические последствия применения таких технологий могут быть непредсказуемы, поскольку возможно побочное образование вредных химических соединений и распространение их с поверхностными и подземными водами на сотни километров. Поэтому при оценке эффективности физико-химических геотехнологий следует учитывать отрицательные экологические последствия и мероприятия для их предотвращения или ликвидации. Наиболее перспективны экологически чистые технологии.

В настоящее время сфера использования этих методов ограничена, но можно с уверенностью предположить, что в ближайшем будущем они станут основой технического прогресса в горной промышленности.

2. Общие сведения о технологии открытых горных работ

1.Перечислите особенности открытых горных работ

Открытый способ добычи полезных ископаемых представляет собой совокупность горных работ, при которой все процессы, связанные с извлечением полезного ископаемого из недр, совершают на дневной поверхности. Горное предприятие, осуществляющее разработку месторождения полезных ископаемых открытым способом, называют карьером, а в угольной промышленности - разрезом.

Одной из характерных особенностей открытых горных работ является необходимость удаления значительных масс покрывающих и вмещающих пород. Объем удаляемых пустых пород (вскрыши) обычно в 3-5 раз превосходит объем извлекаемого из недр полезного ископаемого, а при добыче весьма ценных полезных ископаемых - в 10 раз. Вскрышу укладывают в специальные насыпи - отвалы. Совокупность объемов полезного ископаемого и пустых пород называют горной массой.

Размеры открытых горных выработок по всем направлениям значительны и позволяют применять высокопроизводительное оборудование большой единичной мощности с увеличенными рабочими параметрами, обеспечивая высокую степень механизации и автоматизации производственных процессов.

Для современного этапа развития открытого способа разработки характерно существенное увеличение глубины карьеров до 200 м и более. При этом резко растут объемы вскрыши. Кроме того, уменьшается возможность естественного проветривания карьеров и возникает проблема разработки способов обмена огромных масс воздуха с целью удаления опасных скоплений газа и пыли. С повышением глубины отработки требуется принимать также дополнительные меры по осушению карьерных полей и предотвращению оползней и обрушений горных пород.

2.Сформулируйте достоинства и недостатки открытого способа разработки

Преимущества открытого способа добычи:

- лучшие экономические показатели - производительность труда в 4-7 раз выше, а затраты на 1 т полезного ископаемого в 2-4 раза ниже, чем на шахтах;

- более высокие темпы роста производительности труда и снижения затрат на добычные работы;

- меньшие сроки строительства горных предприятий при снижении затрат на их сооружение;

- лучшие условия труда и высокая безопасность работ;

- более высокая степень извлечения полезных ископаемых из недр.

Вместе с тем открытым разработкам свойственны и недостатки. Для размещения карьеров и отвалов пустых пород необходимо отчуждение земельных площадей, измеряемых сотнями гектаров

Работа оборудования в карьерах сопровождается значительными выбросами в атмосферу вредных газов и пыли, особенно при производстве взрывов. Наносимый ущерб может быть сведен к минимуму за счет восстановления нарушенных земель и эффективных методов борьбы с выбросами. Однако внедрение комплекса таких мероприятий ведет к удорожанию полезного ископаемого, что уменьшает конкурентоспособность открытых горных разработок.

Следующий недостаток - зависимость от климатических условий. Резкие колебания температур, вечная мерзлота, лавиноопасность, снежные заносы, повышенная сейсмичность в горных районах снижают надежность оборудования, усложняют и удорожают добычу полезных ископаемых.

3.Дайте классификацию месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом, по форме, рельефу поверхности, строению, мощности, углу падения

Месторождения полезных ископаемых, разрабатываемые открытым способом, отличаются весьма разнообразными условиями залегания, влияющими на выбор технических средств и порядок производства горных работ.

Типы месторождений различают по характерным признакам.

По форме выделяют залежи (рис. 2.1):

- изометрические - развитые примерно одинаково во всех направлениях: массивные залежи, штоки, гнезда, и т. п. (схемы в, з);

- плитообразные - вытянутые преимущественно в двух направлениях при относительно небольшой мощности: пласты, пластообразные залежи, линзы (схемы а, г, ж):

а б в

г д е

ж з

Рис. 2.1. Типы месторождений, разрабатываемых открытым способом

- столбообразные и трубообразные - вытянутые в одном направлении (главным образом по падению) при сравнительно небольших, мало отличающихся друг от друга размерах в сечении (схема д);

- смешанные - представленные одновременно несколькими формами (например, пласты и линзы, столбы и жилы);

- сложные, когда трудно выделить преимущественное тяготение к одной из перечисленных групп, например, ветвящиеся жилы, вкрапленности, гнезда (схема б).

От формы залежи зависит форма карьерного поля.

Рельеф поверхности может быть равнинным, (схема а); холмистым (схемы г, з), представлен возвышенностью (схема в) или ее склоном (схема б), наконец, залежь может находиться под водой. Рельеф поверхности влияет на порядок разработки и выбор возможных средств механизации.

По строению различают [30]: простые залежи с однородным строением без существенных прослоев и включений (схемы а, д, ж); сложные залежи, содержащие прослои, пропластки, включения пустых пород и некондиционного полезного ископаемого, (схемы б, г, з); рассредоточенные залежи, имеющие сложное строение, при котором кондиционное, некондиционное полезное ископаемое и пустые породы распределены в толще земной коры без определенной закономерности и четко выраженных контактов.

При разработке простых месторождений применяют валовый способ выемки. На сложных залежах необходима раздельная (селективная) разработка различных типов, сортов полезного ископаемого и пустых пород. Выбор валового или раздельного способа выемки на рассредоточенных залежах производят после детальной эксплуатационной разведки.

По углу падения выделяют залежи: пологие, которые характеризуются горизонтальным или слабонаклонным (до 8-10°) залеганием (схемы а, г), наклонные - с углами падения от 8-10 до 25-30° (схема ж), крутые (крутопадающие) - с углами падения более 30° (схемы д, з), сложного залегания - с переменным направлением падения, характерным для складок и разрывных тектонических нарушений (схемы б, е).

При разработке горизонтальных и пологих залежей возможно складирование пустых пород в выработанном пространстве. В условиях наклонных залежей обычно не требуется выемка вскрышных пород со стороны лежачего бока залежи. При крутом падении необходимо производить разработку вмещающих пород как висячего, так и лежачего боков.

Мощность залежи определяет способ ее выемки. Условия и порядок разработки этих месторождений неодинаковы, поэтому численно различны и показатели одних и тех же классов мощности.

Горизонтальные и пологие месторождения классифицируют по вертикальной мощности залежи hв:

- весьма малой мощности - hв до 3-5 м;

- малой мощности - hв от 5 до 10-20 м;

- средней мощности - hв от 20 до 30-40 м.;

- большой мощности - hв более 40 м.

Наклонные и крутые месторождения классифицируют по горизонтальной мощности залежи mг:

- весьма малой мощности - mг менее 15-25 м;

- малой мощности - mг от 25 до 50-75 м;

- средней мощности - mг от 75 до 100-150 м;

- большой мощности - mг более 150 м.

4.Охарактеризуйте особенности работы карьеров в районах с суровыми климатическими условиями

На работу горнотранспортного оборудования, как уже отмечалось, существенно влияют климатические условия. Почти две трети территории нашей страны, занимают области с суровым климатом: Заполярье, Центральная и Восточная Сибирь, Якутия, Магаданская обл. и др. Обильные снегопады и метели, что особенно характерно для северных районов нашей страны, где снежный покров сохраняется до 290-300 дней в году, в значительной степени затрудняют работу транспорта. В пределах карьера скапливается большое количество снега. Смешиваясь с рудой, снег повышает ее слеживаемость и смерзаемость. При низких температурах возрастает число отказов в гидро- и пневмосистемах оборудования, возникают дополнительные напряжения в механических конструкциях, металл становится хрупким. Вследствие сильных ветров выходят из строя линии электропередач и связи. Сочетание низких температур и сильных ветров неблагоприятно сказывается на работоспособности человека. Поэтому оценку суровости (жесткости) погоды в баллах ведут на основании эмпирических формул, учитывающих температуру воздуха и скорость ветра.

Для карьеров, находящихся в суровых климатических условиях, уменьшают число рабочих дней в году (табл. 2.1),составляют специальные графики работы на открытом воздухе, предусматривающие обогрев людей через определенные промежутки времени. При неблагоприятной погоде (учитываются температура воздуха, скорость ветра и метельный перенос снега) рабочий день сокращают на 1-2 часа или работы прекращают совсем. В таких климатических зонах следует использовать машины и механизмы в северном исполнении с утепленными герметизированными кабинами, повышенной надежностью изоляции электродвигателей, токоприемников, генераторов, усиленной теплоизоляцией дизельных двигателей.

Таблица 2.1. Число рабочих дней в году (по данным «Гипроруды»), ед.

Примечание:

К северным следует относить районы, расположенные севернее линии: Кемь - Сыктывкар - Свердловск - Омск - Новосибирск - Минусинск - Черемхово - Благовещенск - Петропавловск-Камчатский;

К южным - расположенные южнее линии: Клайпеда - Вильнюс - Брянск - Орел - Харьков - Волгоград - Гурьев - Аральск.

Отрицательно влияет на работу горнотранспортного оборудования туман, особенно на высокогорных карьерах, где ежегодное число туманных дней достигает 200.

В зонах с жарким или тропическим климатом особые требования к технологии, механизации и организации работ предъявляют влажность и температура воздуха, песчаные бури, повышенная солнечная радиация.

Обводненность месторождений, хотя и не является препятствием для организации открытой добычи полезного ископаемого, но обусловливает принятие специальных мер по осушению рабочих мест, укреплению горных выработок, повышению устойчивости горных пород. Ее характеризует совокупность гидрогеологических факторов: величина притока и химический состав воды, водоотдача пород, устойчивость пород к размывающему и растворяющему действию воды.

Наиболее распространенной, хотя и условной характеристикой обводненности месторождения является коэффициент водообильности - отношение количества откачанной воды к количеству добытого за тот же срок полезного ископаемого.

Для сильно обводненных месторождений он достигает 10-15 м3/т.

5.Поясните, что называют уступом. Опишите элементы уступа

Выемку полезного ископаемого, покрывающих и вмещающих пород ведут слоями, начиная с верхних слоев. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов. Между смежными слоями оставляют площадки для размещения оборудования, транспортных и энергосиловых коммуникаций и других производственных целей. Обычно слои горизонтальны но иногда пологую залежь отрабатывают наклонными слоями, а крутопадающую - крутыми.

Разделение массива горных пород на отдельные слои обусловлено ограниченными технологическими параметрами выемочно-погрузочных машин, наличием прослоев с различными физико-механическими и качественными характеристиками, повышенной опасностью обрушения обнаженного массива пород значительной высоты. Слой является более широким понятием, чем уступ.

Уступ - это часть слоя горных пород, имеющая форму ступени и разрабатываемая самостоятельными средствами рыхления, выемки и транспорта. Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах ведут отработку массива полезного ископаемого и вскрыши. Рабочий уступ иногда подразделяют по высоте на подуступы, которые разрабатывают последовательно или одновременно разными (теми же) выемочно-погрузочными машинами, но обслуживают общим транспортным горизонтом.

Поверхности, ограничивающие уступ сверху и снизу, именуют верхней и нижней площадками, а наклонную поверхность, ограничивающую уступ со стороны выработанного пространства - откосом уступа. Линии пересечения откоса уступа с его верхней и нижней площадками называют верхней и нижней бровками (рис. 2.2).

ГОСТ 2.855-75 устанавливает определенные требования к изображению уступов в профиле и плане (рис. 2.3).

Измерив расстояние по вертикали между верхней и нижней площадками, находят высоту уступа. Ее величина зависит от рабочих размеров применяемого выемочно-погрузочного оборудования и физико-механических свойств пород.

Угол, образованный откосом уступа и его проекцией на горизонтальную плоскость, называют углом откоса уступа. На рабочих, постоянно перемещающихся, уступах его величину устанавливают с таким расчетом, чтобы сохранить устойчивое положение откоса уступа на сравнительно короткий срок (несколько месяцев). Углы откосов нерабочих уступов, достигающих при разработке месторождения своего предельного положения, должны обеспечивать длительную устойчивость пород практически на весь срок существования карьера. Часть откоса уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования при его разработке, является забоем.

6.Дайте характеристику элементов и параметров карьера: глубины, размеров по дну и верхнему контуру, углов откоса бортов

Нижняя поверхность карьера - это его дно (подошва). Вертикальное расстояние между дном карьера и усредненной отметкой дневной поверхности называют глубиной карьера. Линии пересечения бортов карьера с поверхностью и дном образуют верхний и нижний контуры карьера. Контуры, соответствующие моменту окончания горных работ, называют конечными. Условную поверхность, проходящую через верхний и нижний контуры, именуют откосом борта карьера, а угол, образованный откосом борта и его проекцией на горизонтальную плоскость, - углом откоса борта карьера.

Рис. 2 4. Элементы и параметры карьера:

1 - выработанное пространство; 2 - нерабочий борт; 3 - рабочий борт; 4 - конечный контур карьера; 5 - бермы; б - угол откоса уступа; ц - угол откоса рабочего борта; гв - угол откоса нерабочего борта со стороны висячего бока залежи; гл - угол откоса нерабочего борта со стороны лежачего бока залежи; mг - горизонтальная мощность залежи; П - ширина рабочей площадки; h - высота уступа; НК - глубина карьера; ВВ - ширина карьера по верхнему контуру; дТ - ширина транспортной бермы; дП - ширина предохранительной бермы

Углы откосов бортов карьера на момент погашения горных работ зависят от конструкции борта и должны обеспечивать устойчивое равновесие слагающих его пород. Уменьшение угла наклона борта карьера в его конечных контурах на 2-3° приводит к значительному увеличению вынимаемых объемов вскрыши и затрат на разработку месторождения. Максимально возможные углы откосов бортов карьера зависят от физико-механических свойств и обводненности слагающих их пород, наличия и характера расположенных в борту поверхностей ослабления (плоскостей напластований, тектонических нарушений и т. п.), глубины карьера и формы борта в плане. Вогнутый борт более устойчив, чем плоский или выпуклый. Как правило, угол откоса, определенный на основе теоретических расчетов или по нормативам является ориентировочным. Его уточняют в процессе производства горных работ.

Угол откоса рабочего борта карьера не превышает 20 градусов и зависит от высоты уступа и ширины рабочей площадки:

, (2.1)

где ц - угол откоса рабочего борта карьера, град; h - высота уступа, м; б - угол откоса уступа, град; П - ширина рабочей площадки, м.

За счет увеличения угла откоса рабочего борта можно регулировать годовые объемы вскрыши.

7.Поясните, что понимают под капитальными вложениями и эксплуатационными затратами

Средства, направленные на строительство и модернизацию зданий, сооружений, коммуникаций, приобретение горнотранспортного и вспомогательного оборудования, инструмента, инвентаря, называют инвестициями (капитальными вложениями, капитальными затратами). Большую часть капиталовложений используют для создания объектов производственного назначения. Оценку значимости капиталовложений ведут как по их общей величине, так и по величине затрат, приходящихся на 1 т или 1 м3 годовой производственной мощности карьера. В последнем случае их именуют удельными капитальными затратами.

В процессе производства осуществляется соединение труда рабочих со средствами труда и предметами труда. Средства труда (машины, оборудование, здания, сооружения и др.) составляют вещественное содержание основных фондов, а предметы труда (сырье, материалы, топливо) - оборотных фондов. Капитальные вложения представляют собой денежные средства на воспроизводство основных фондов. Эксплуатационными затратами (расходами) называют денежное выражение издержек предприятия на производство и реализацию продукции. Отношение эксплуатационных затрат к годовой производительности карьера именуют себестоимостью продукции.

При открытом способе разработки добывают полезные ископаемые и удаляют пустую породу - вскрышу. Поэтому все эксплуатационные расходы подразделяют на затраты для производства добычных и затраты для производства вскрышных работ, рассчитывая, соответственно себестоимость 1 т полезного ископаемого и 1 м3 вскрыши.

8.Приведите структуру себестоимости продукции по элементам затрат

Себестоимость продукции отражает в денежной форме затраты живого и овеществленного труда на производство и реализацию выпускаемой продукции и показывает, во что она обходится предприятию.

В себестоимость продукции горной промышленности входят затраты на вспомогательные материалы, топливо и энергию, заработную плату трудящихся, отчисления на социальное страхование, прочие расходы. В себестоимость минерального сырья включают также отчисления, предназначенные для возмещения изношенной части основных фондов, называемые амортизационными.