Горные породы и полезные ископаемые

Основными параметрами карьерных автосамосвалов являются грузоподъемность, мощность двигателя, емкость кузова, колесная формула, минимальный радиус поворота. Колесная формула (например, 4х2) показывает, что всего колес 4, из них 2 ведущих. Срок службы шин 25-40 тыс. км. Срок службы автосамосвала 5-6 лет, их пробег за это время составляет 220-300 тыс. км. При увеличении грузоподъемности автосамосвалов показатели их работы улучшаются.

Конвейерный транспорт применяется преимущественно для перемещения мягких пород и угля, а также мелкораздробленных скальных пород (размер куска 0,4-0,5 м). Этот вид транспорта наиболее эффективен при годовом грузообороте 20-30 млн. т и более для перемещения пород на карьерах глубиной 150 м и более при расстоянии транспортировки 4-6 км на равнине и 10-15 км в пересеченной местности. Его достоинства: непрерывность и ритмичность перемещения грузов, использование на пересеченной местности, высокая производительность, простота конструкции и эксплуатации, возможность полной автоматизации и преодоления подъемов до 22о (специальными конвейерами - до 30о-45о).

Недостатки - ограниченная область применения (свойствами и кусковатостью пород); зависимость от климатических условий (налипание, намерзание влажной породы, потеря эластичности и упругости ленты при отрицательной температуре); значительный износ дорогостоящей ленты.

Из всех известных типов конвейеров (ленточные, ленточно-канатные, ленточно-цепные, пластинчатые) на карьерах наибольшее применение получили ленточные конвейеры типа КЛШ-500, КЛШ-800, С-160 с шириной ленты от 1000 до 3600 мм и скоростью движения от 2 до 6 м/с.

Конвейерная лента является одновременно и грузонесущим, и тяговым органом. На открытых горных работах наибольшее применение получили резинотканевые многопрокладные ленты. Длина става конвейера с одним приводом составляет 400-1500 м.

С увеличением глубины карьеров неизбежен переход на комбинированное перемещение грузов.

Комбинированный транспорт - при нем последовательно используются для перемещения одного и того же груза различные виды транспорта, каждый в наилучших для него условиях.

Наибольшее распространение получила комбинация автомобильного и железнодорожного транспорта, при которой горная масса доставляется из забоев автотранспортом до перегрузочных пунктов, а затем железнодорожным на поверхность до отвалов. Этот вид комбинации эффективен на нижних уступах при глубине 120-150 м.

Комбинация автомобильного транспорта с конвейерным или скиповыми подъемниками применяется для глубоких горизонтов карьера, расположенных ниже 120-150 м от поверхности. Здесь горная масса выдается на поверхность по кратчайшему пути.

На высокогорных карьерах, где спуск горной массы при перепаде высот 200-800 м другими средствами затруднен, небезопасен и требует больших затрат, применяется комбинация автомобильного транспорта с рудоспусками или подвесными канатными дорогами.

отвалообразование вскрышных пород

Технологический процесс размещения пустых пород, удаляемых при разработке месторождений открытым способом, называется отвалообразованием. Отвалообразование вскрышных пород производится на специально отведенных для этих целей площадках, называемых отвалами. Отвалы в комплексе с техническими устройствами, средствами механизации составляют отвальное хозяйство карьеров.

Отвал вскрышных пород имеет форму неправильной усеченной пирамиды. Он характеризуется следующими параметрами: высотой и числом уступов (ярусов), углом откоса уступов, результирующим углом откоса отвала, приемной способностью, длиной и способом перемещения отвального фронта работ, размерами в плане и др.

Высота отвального уступа зависит в основном от физико-технических свойств складируемых пород и пород, лежащих в основании отвала, а также от средств механизации отвальных работ. Увеличение высоты отвального уступа и отвала в целом ведет к уменьшению занимаемых площадей под отвалы, объема работ по строительству и содержанию транспортных коммуникаций и к увеличению производительности отвального оборудования. Число отвальных уступов определяется в зависимости от площади, отводимой под отвалы, и общего объема вскрышных пород. Ограничивающим фактором возможного числа уступов на отвале является общая рациональная высота отвала и несущая способность пород, лежащих в основании отвала. В практике открытых работ имеются отвалы с различным числом уступов.

Угол откоса отвальных уступов обычно равен углу естественного откоса пород, размещаемых в отвале. Он зависит от физико-технических свойств пород, их степени разрыхления и влажности и изменяется в пределах 30-40°.

Часть периметра отвала, на котором происходят прием и размещение вскрышных пород, составляет фронт отвальных работ. Разбивка фронта отвальных работ на отдельные участки (тупики) позволяет рассредоточить по фронту основные и подготовительные работы при отвалообразовании. Длина отдельного тупика изменяется в широких пределах и зависит в основном от принятого способа механизации отвальных работ, площади отвала, объема вскрышных пород, размещаемых в отвале.

Потребное число отвальных тупиков определяется грузооборотом карьера по вскрыше и приемной способностью отвального тупика.

Процесс отвалообразования включает возведение первоначальных отвальных насыпей, разгрузку и складирование вскрышных пород, планировку поверхности отвала и перемещение транспортных коммуникаций на отвале.

Возведение первоначальных насыпей имеет целью образование необходимого фронта отвальных работ при определенной высоте отвального уступа. Ширина первоначальной насыпи поверху должна составлять 7-10 м с целью обеспечения нормального расположения транспортных коммуникаций.

При возведении отвала на косогоре сначала на его склоне (на отметке поверхности отвала) сооружается горизонтальная площадка для расположения транспортных коммуникаций. Заполнение отвала производится в сторону пониженных отметок. Допустимая высота отвала ограничивается условиями его устойчивости.

При возведении отвала на равнине первоначальная насыпь сооружается из пород выемки, проводимой вблизи насыпи параллельно ее оси, или из вскрышных пород. В зависимости от типа вскрышных пород и вида карьерного транспорта первичная насыпь может сооружаться драглайнами, мехлопатами, бульдозерами и колесными скреперами.

Выбор средств механизации для складирования пород зависит в основном от физико-технических свойств вскрышных пород и видов карьерного транспорта (таблица 2.3).

Таблица 2.3. Средства механизации отвальных работ

Транспорт	Средства механизации для складирования пород
	скальных	рыхлых
Железнодорожный	Мехлопаты, отвальные плуги, бульдозеры	Мехлопаты, драглайны, абзетцеры, бульдозеры
Автомобильный	Бульдозеры	Бульдозеры
Конвейерный	Консольные отвалообразователи	Консольные отвалообразователи и транспортно-отвальные мосты

Планировка поверхности отвала осуществляется для обеспечения передвижки путей и конвейеров, трассирования отвальных автодорог и последующей рекультивации. Планировка, как правило, производится бульдозерами.

Перемещение транспортных коммуникаций на отвале носит периодический характер и производится после отсыпки отвальной заходки. Перемещение отвальных коммуникаций аналогично пе-ремещению временных путей на карьере.

Отвалы бывают внутренние и внешние. Внутренние отвалы располагаются в выработанном пространстве карьера, внешние - за его пределами. Внутренние отвалы возможны при разработке месторождения с углом падения не более 12°. Для перемещения породы во внутренние отвалы применяют мощные драглайны с вместимостью ковша 25-80 м3 и длиной стрелы до 100 м (ЭШ-25/100, ЭШ-80/100), механические лопаты с вме-стимостью ковша 35 м3 и длиной стрелы до 65 м (ЭВГ-35/65, ЭВГ-100/70).

Внешнее отвалообразование применяется при разработке наклонных и крутонаклонных месторождений. Для складирования пород при транспортировании их на внешние отвалы используются механические лопаты, драглайны, отвальные плуги, абзетцеры и бульдозеры.

При транспортировании пород железнодорожным транспортом наиболее распространено экскаваторное отвалообразование. В качестве отвального оборудования применяют мехлопаты, драглайны, отвальные многоковшовые экскаваторы-абзетцеры.

При использовании мехлопат технология отвалообразования следующая (рисунок 2.22). Отвальный уступ Hо высотой от 10-15 до 20-40 м разделен на два подуступа (h1 и h2). Экскаватор располагается на кровле нижнего подус-тупа на 4-7 м ниже кровли верхнего подуступа, на которой расположен железнодорожный путь. Порода разгружается из думпкаров в приемную яму длиной lб = 20-25 м, глубиной h5 = 0,8-1,0 м и вместимостью 200-300 м3. Экскаватор переваливает эту породу в трех направлениях: вперед по ходу экскаватора, в сторону под откос отвала и назад, создавая при этом заходку, высота которой должна быть выше уровня железнодорожных путей на 0,5-1,0 м (h3). При использовании на отвалах экскаваторов ЭКГ-8И ширина отвальной заходки (или шаг передвижных путей) практически составляет 30 м, а высота верхнего подуступа - 7м.

Рисунок 2.22. Схема отвалообразования с использованием мехлопаты

Объем путепереукладочных и путеремонтных работ на отвалах может быть значительно снижен при использовании драглайнов (рисунок 2.23). Ширина отвальной заходки для экскаваторов ЭШ-10/70, ЭШ-15/90 может достигать 90-162 м. Недостатки драглайнового отвалообразования: меньшая производительность по сравнению с мехлопатами, затруднительность работы при тумане, снегопаде или сильном ветре.

Рисунок 2.23. Схема отвалообразования с использованием драглайна

В качестве отвалообразующего механизма при доставке породы на отвалы автомобильным транспортом применяются бульдозеры на базе тракторов ДЭТ-250, Т-330 и Т-500, а в благоприятных рельефных условиях (глубокие овраги, балки) применяют драглайны ЭШ-10/70 и ЭШ-13/50.

Процесс бульдозерного отвалообразования включает разгрузку автосамосвалов на верхней площадке отвального уступа, перемещение пород под откос уступа, планировку поверхности отвала, ремонт и содержание автодорог.

Заполнение отвала осуществляется периферийным или площадным способом. В первом случае автосамосвалы разгружаются по фронту работ прямо под откос (при устойчивых отвалах) или на расстоянии 3-5 м от откоса (рисунок 2.24). Затем порода бульдозерами перемещается под откос. Бульдозерный отвал в этом случае развивается в плане. При площадном способе автосамосвалы разгружаются по всей площади отвала. Поверхность отвала планируется бульдозерами, а затем укатывается катками. После этого отсыпается следующий слой и т. д. Бульдозерный отвал в этом случае развивается по вертикали. Более экономичным является периферийный способ, при котором меньше планировочных и дорожных работ. Площадный способ используется редко (в основном при складировании малоустойчивых мягких пород и при создании первоначальной насыпи).

Рисунок 2.24. Схема бульдозерного отвалообразования при автомобильном транспорте

Высота бульдозерных отвалов на равнинной местности изменяется в широких пределах и ограничивается в основном физико-техническими характеристиками пород. Для скальных пород она составляет 30-35 м, для песчаных 15-20 м, для глинистых 10-15 м. В условиях нагорных карьеров высота бульдозерных отвалов достигает 150 м и более. При такой высоте отвала разрабатываются специальные мероприятия, обеспечивающие безопасные условия работы обслуживающего персонала и оборудования. Бульдозерный отвал обычно состоит из трех участков равной длины по фронту разгрузки. На первом участке ведется разгрузка, на втором - планировочные работы, третий участок - резервный. По мере развития горных работ назначение.

Отвалообразование при конвейерном транспорте осуществляется консольными ленточными отвалообразователями, которые ведут прием, транспортирование и укладку породы в отвал. Рабочие параметры отвалообразователей обеспечивают высокую производительность. Так, отвалообразователь ОШР-225/11200 имеет длину отвальной консоли 225 м, максимальную высоту отсыпки 83 м и производительность по разрыхленной породе 11200 м3/ч..

2.4 Вскрытие месторождений

При разработке месторождений открытым способом возникает необходимость создания транспортной связи отдельных забоев с внутренними и внешними отвалами, складами полезного ископаемого, приемными пунктами потребителей. Комплекс работ по обеспеченью грузотранспортных связей называют вскрытием.

Различают способ, схему и систему вскрытия.

Способ вскрытия характеризуется типом вскрывающих выработок. В большинстве случаев для вскрытия рабочих горизонтов карьера применяют открытые горные выработки. Реже вскрытие осуществляется подземными горными выработками (стволы, штольни, рудоспуски и др.), а также сочетанием открытых и подземных горных выработок. В некоторых случаях вскрытие отдельных горизонтов карьера может осуществляться и без проведения горных выработок (при применении башенных экскаваторов, кабельных кранов, деррик-кранов, драг и др.). Такое вскрытие называется бестраншейным.

Схема вскрытия - это совокупность всех вскрывающих горных выработок, обеспечивающих в данный период грузотранспортную связь рабочих горизонтов карьера с горизонтами доставки горной массы. Схема вскрытия характеризуется типом, числом и пространственным положением вскрывающих выработок при фактическом положении горных работ.

Система вскрытия - это последовательность изменения схем вскрытия за период существования карьера. Система вскрытия характеризует совокупность применяемых способов и схем вскрытия рабочих горизонтов карьерного поля за период разработки месторождения в целом.

Вскрывающими выработками на открытых горных работах служат траншеи, полутраншеи и котлованы.

Вскрытие равнинных месторождений и смежных горизонтов карьера ведут траншеями полного трапециевидного профиля (рис. 2.25, а, б). Высотные месторождения вскрывают полутраншеями (рис. 2.25, в).

а б в

Рисунок 2.25. Открытые горные выработки траншеи:

а - вскрывающая траншея; б - разрезная траншея; в - разрезная полутраншея; глубина заложение (Hт); продольный уклон (iр); углы откоса бортов (б); ширина по нижнему основанию (bт); длина в плане (Lт)

В практике часто встречаются траншеи связанные в единую транспортную сеть образующие собой систему траншей.

Профессор Е.Ф. Шешко классифицировал траншей по их расположению относительно контура карьера, числу обслуживаемых уступов в карьере, основному назначению и стационарности траншей (табл. 2.4).

Таблица 2.4. Классификация траншей по их расположению

Признак разделения	Основное различие	Наименование траншеи
Расположение траншей относительно контура карьера	Расположение вне контура	Внешние
	Расположение внутри карьера	Внутренние
Число уступов обслуживаемых системой траншей	Один уступ	Отдельные
	Несколько (группа) уступов	Групповые
	Все уступы карьера	Общие
Основное назначение	Для прохода груза и порожняка	Одинарные
	Для прохода только груза и только порожняка	Парные
Стационарность	Постоянное положение траншей	Стационарные (капитальные)
	Временное положение траншей	Временные (скользящие)

Капитальные траншеи располагают за конечным контуром карьера или внутри его. В первом случае они являются внешними, во втором - внутренними.

Внешними траншеями обычно вскрывают неглубокие горизонты карьера при относительно небольшом объеме капитальных траншей.

Внутренние траншеи применяют для вскрытия глубоких горизонтов карьера. Часто внутренние траншеи применяются совместно с внешними и являются их продолжением.

Отдельные, групповые, общие и парные траншеи (рис. 2.26) могут иметь внутреннее или внешнее заложение. Отдельные траншеи при внешнем и внутреннем заложении являются независимыми как по взаимному расположению относительно контура карьера, так и по направлению следующих по ним грузов. Грузопотоки при этом можно полностью рассредоточить. Групповые и общие траншеи являются зависимыми: первые - в пределах своей группы, вторые - в пределах всего карьера.

В случае внешнего заложения зависимые траншеи проходят рядом и параллельно друг другу, и их смежные борта взаимно срезаются. При этом самостоятельный путь груза на поверхность с каждого уступа здесь сохраняется как при независимых траншеях. Однако зависимым является общее направление грузопотоков.

При внутреннем заложении зависимых траншей каждая следующая траншея продолжает предыдущую. Грузопотоки, направляемые из карьера на поверхность, в этом случае полностью сосредоточены по транспортным коммуникациям и по направлению. При этом указанное сосредоточие возрастает по мере приближения к выходу на поверхность: через капитальную траншею проходит груз, отправляемый не только с того горизонта, который вскрыт данной траншеей, но также и со всех нижерасположенных горизонтов.

Отдельные, групповые и общие траншеи обычно служат как для прохода груза, так и для подачи порожняка. Они называются одинарными. Иногда траншеи, предназначенные для выдачи груза из карьера, являются независимыми от траншей, предназначенных для прохода порожняка в карьер. Такие траншеи называются парными. Тогда каждый вскрытый горизонт имеет два пути, соединяющие его с поверхностью: один для приема порожняка и другой - для отправки груза. Достигаемая при этом поточность движения в работе транспорта создает большую пропускную способность капитальных траншей и лучшее обеспечение забоев порожняком по сравнению с одинарными траншеями, когда движение груза и порожняка является встречным.

Внешние траншеи всегда являются стационарными, так как всегда технически возможно разместить их за конечным контуром карьера. Внутренние капитальные траншеи располагают по возможности стационарно - на нерабочем борту карьера. Однако они могут быть расположены и на рабочем борту. Такие траншеи не являются стационарными и носят название скользящих съездов. Они время от времени перемещаются вместе с рабочим бортом соответственно его отработке.

Рисунок 2.26. Принципиальная схема вскрытия

По проф. Е.Ф. Шешко способы вскрытия месторождений классифицируются по признаку наличия, положения, количества и назначения капитальных горных выработок как транспортных коммуникаций (табл. 2.5).

Таблица 2.5. Классификация способов вскрытия

Наименование способов	Сущность способов вскрытия
I. Вскрытие отдельными траншеями	Каждый уступ вскрывают независимой траншеей
II. Вскрытие групповыми траншеями	Группы уступов вскрывают зависимыми траншеями; разные группы уступов вскрыты независимо друг от друга
III. Вскрытие общими траншеями	Все уступы вскрываются одной общей системой траншей
IV. Вскрытие парными траншеями	Способы I, II и III с двумя траншеями для вскрытия каждого уступа, нескольких или всех уступов карьера
V. Бестраншейное вскрытие	Вскрытие без проведения капитальных траншей
VI. Вскрытие подземными выработками	Вскрытие, при котором капитальные траншеи заменены подземными выработками
VII. Комбинированное вскрытие	Вскрытие, осуществляемое двумя или большим числом основных способов I -- VI

Вскрытие отдельными траншеями обычно применяется: при внешнем заложении траншей - для неглубоких горизонтальных и пологих залежей (с углом падения 0-10°) и при внутреннем заложении - для более глубоких залежей значительной мощности.

Вскрытие групповыми траншеями применяется для глубоких горизонтальных и пологих пластообразных месторождений большой мощности, разрабатываемых значительным числом уступов (4-6). При этом одна группа траншей бывает обычно предназначена только для вскрышных уступов, другая - только для добычных уступов. Поэтому грузопотоки вскрышных пород и полезного ископаемого рассредоточены и могут быть направлены на поверхность независимо друг от друга.

Вскрытие общими траншеями применяется для более глубоких месторождений как пологих, так и крутых (угол падения залежи более 30°), а также для месторождений, расположенных на косогорах. При вскрытии общими траншеями грузопотоки вскрышных пород и полезного ископаемого оказываются сосредоточенными. При внешнем заложении траншей грузопотоки сосредоточены по их направлению, при внутреннем заложении - по направлению и коммуникациям; в последнем случае сосредоточение грузопотоков имеет место непосредственно в капитальных траншеях. Поэтому провозная способность внешних траншей оказывается большей, чем внутренних.

Вскрытие парными траншеями применяется в рассмотренных выше условиях отдельных, групповых и общих траншей при большой мощности карьера и значительных объемах вскрышных пород. Каждая из двух капитальных траншей, входящих в соответствующую пару, является однопутевой и предназначается: одна - для прохода порожняка, другая - для выдачи груза, причем первая траншея может иметь уклон больше руководя-щего. Вскрытие парными траншеями может применяться при использовании автомобильного и железнодорожного транспорта. Существенным преимуществом парных траншей является тот факт, что при поточном движении поездов обеспечение забоев порожняком (использование экскаваторов и подвижного состава) находится здесь в более благоприятных условиях. Поэтому вскрытие парными траншеями рационально при фронте работ значительной протяженности, когда обеспечение забоев порожняком посредством одинарных траншей оказывается недостаточным.

Бестраншейное вскрытие представляет такие случаи открытой разработки месторождений, когда грузотранспортная связь рабочих горизонтов карьера с поверхностью осуществляется без проведения на эти горизонты капитальных траншей. Это имеет место при разработке месторождений посредством деррик-кранов и других видов оборудования, транспортирующих вскрышную породу и полезное ископаемое в своих рабочих органах (бестраншейное вскрытие для породных уступов означает производство вскрышных работ без привлечения транспорта - перевалка пород экскаваторами, отвальными мостами и другими средствами), а также при разработке россыпных месторождений с использованием драг и гидравлик.

Вскрытие подземными выработками применяется в тех особых случаях разработки нагорных и глубоких месторождений, когда капитальные траншеи необходимо или целесообразно заменить подземными выработками (месторождение расположено высоко в горах, косогор крут, пересечен оврагами, балками, ручьями и др.).

Комбинированное вскрытие месторождений включает два или большее число рассмотренных основных способов вскрытия. Оно имеет значительное распространение, так как в наибольшей мере обеспечивает учет местных условий при разработке месторождений.

Рисунок 2.27. Схемы примыкания капитальных траншей к рабочим горизонтам

Линия, определяющая путь движения или продольную ось дороги, называется трассой. Трассой капитальных траншей считают их продольную ось. Трассирование заключается в установлении направления и положения продольной оси в профиле и плане. Положение продольной оси капитальных траншей в профиле представляет проекцию указанной оси на вертикальную плоскость. Оно в значительной мере оказывает влияние на строительные и эксплуатационные стоимости капитальных траншей как транспортных коммуникаций. Продольный профиль трассы включает наклонные и горизонтальные участки, а также участки сопряжения между ними. Важным элементом продольного профиля трассы является конструкция пункта примыкания наклонных участков к рабочим горизонтам. Различие возможных вариантов примыкания определяется условиями трогания транспортных средств при их вынужденной остановке. Поэтому различают примыкание на руководящем подъеме, смягченном подъеме и горизонтальных площадках (рис. 2.27).

Площадка	Уклон площадки, iп	Длина площадки, lп
Горизонтальная	0, ‰	lп=200ч250, м
Со смягчением	(0,60ч0,65)·iр, ‰	lс=200ч250, м

В случае примыкания на руководящем подъеме (iр) обеспечивается минимальная длина трассы и минимальный объем системы капитальных траншей. Однако, при этом вынужденная остановка транспортных средств происходит непосредственно на участке с руководящем подъемом, поэтому для движения поездов на таком продольном профиле требуется увеличение мощности локомотива на 10-15 %.Для облегчения трогания и разгона составов предусматривают уменьшение подъема капитальной траншеи до iсм = (0,60-0,65)·iр при подходе к лежащему выше рабочему горизонту. Длина смягченного участка трассы lс составляет 200-250 м. Наиболее распространено примыкание на горизонтальных площадках, оно просто в конструктивном отношении и удобно при эксплуатации. Длина горизонтальной площадки (lп) зависит от конструкции раздельных пунктов и обычно составляет 200-250 м.

План трассы капитальных траншей представляет проекцию ее продольной оси на горизонтальную плоскость. План трассы состоит из прямых и кривых участков, а также из переходных кривых, которые устраиваются в местах сопряжения кривых с прямыми. На геометрическое построение плана трассы основное влияние оказывают конфигурация месторождения и допустимый радиус кривых, устанавливаемый применительно к типу трассы, может быть простым (если трасса имеет одно направление по всей своей длине) и сложным (если трасса состоит из прямых и противоположных направлений). Основные формы плана трассы приведены на рис. 2.28.

Различают теоретическую и действительную длину трассы капитальных траншей.

Теоретическая длина трассы определяется из выражения:

, м

где Нк - глубина карьера, м;

Рациональный руководящий подъем iр (максимальный затяжной подъем - уклон пути в грузовом направлении, по величине которого определяется масса поезда при движении с расчетной скоростью) для железнодорожного транспорта с локомотивной тягой составляет до 40‰, а для автомобильного транспорта до 120 ‰ в зависимости от колёсной формулы.

Действительная длина трассы всегда больше теоретической за счет наличия участков примыкания (ДLп):

Рис. 2.28. Формы трасс капитальных траншей: а - простая; б - тупиковая; в - петлевая; г - спиральная; 1 -рудное тело; 2 - тупик; 3 - петля

Lд = Lт + ДLп., м

В приближенных расчетах Lд находят умножением Lт на коэффициент удлинения трассы Куд (табл. 2.6).

Таблица 2.6. Коэффициент удлинения трассы

Условия примыкания капитальных траншей к рабочим горизонтам	Коэффициент удлинения трассы
На руководящем подъеме	1,1-1,2
На смягченном подъеме	1,2-1,3
На горизонтальной площадке	1,4-1,6

На выбор способа вскрытия и места расположения вскрывающих выработок существенное влияние оказывают рельеф поверхности месторождения, мощность полезного ископаемого и вскрышных пород, мета расположения пунктов разгрузки, качество пород месторождения, производственная мощность карьера и вид применяемого транспорта.

2.5 Системы открытой разработки. Структура комплексной механизации

Понятие «система» (от греческого sestema - целое, составленное из частей) - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство. Разнообразие горно-геологических условий, сочетаний горных и транспортных машин в комплексной механизации горных работ, технологий и их совершенствование определило большое число классификаций систем разработки. В процессе развития открытых горных работ и горной науки в основу классификации систем открытой разработки закладывались направление подвигания забоев и взаимное расположение капитальных и разрезных траншей, направление подвигания забоев с учетом способа механизации работ, способы механизации работ, транспорта горной механизации и отвалообразования, порядок образования выработанного пространства в карьере в зависимости от способа механизации вскрышных и добычных работ применительно к конкретным условиям залегания полезных ископаемых. Из всего многообразия классификаций систем разработки можно выделить два основных типа, основными классификационными признаками которых являются: направления подвигания забоев и конструкции фронта работ (А.П. Зотов, С.М. Шорохов, Г.В. Секисов, В.В. Ржевский, А.И. Арсентьев и др.); способ производства вскрышных работ и механизация выемки и доставки пород (Е.Ф. Шешко, Н.В. Мельников. П.Э. Зурков и др.). Однако, ни одна классификация не может охватить всего разнообразия условий залегания месторождений, возможных конструкций фронта и направлений его перемещения. Поэтому возникает необходимость описания сущности применяемой системы разработки, используя комбинации основных признаков. Наибольшее применение в горнотехнической литературе и практике получили классификации систем разработки, предложенные акад. Н.В. Мельниковым и акад. В.В. Ржевским.

В 1952 г. акад. Н.В. Мельников предложил классификацию систем разработки, в основу которой положен способ производства вскрышных работ. По этой классификации выделяются следующие системы разработки: бестранспортная, экскаватор-карьер, транспортно-отвальная, специальная, транспортная, и комбинированная (табл. 2.7).

Основные производственные черты этих систем открытой разработки определяются способами ведения вскрышных работ, когда преобладающая роль обычно принадлежит перемещению пустых пород, что имеет место при разработке угольных и рудных месторождений, для которых характерны значительные объемы вскрышных пород в общем карьерном грузопотоке. Однако имеется значительная группа карьеров, для которых технологическое и экономическое влияние вскрышных работ не имеет существенного значения. К этой группе относятся карьеры с относительно небольшим объемом вскрышных пород. К их числу относится большое количество карьеров, разрабатывающих строительные горные породы (несколько тысяч).

На карьерах с низким коэффициентом вскрыши преобладающее значение имеют затраты на добычные работы. Эти затраты еще более увеличиваются при необходимости применения на карьерах способов раздельной выемки полезного ископаемого, которая усложняет производство добычных работ, приводит к некоторому перераспределению объемов вскрышных пород и полезного ископаемого, оказывает значительное влияние на технологию разработки месторождения. В этих условиях наиболее полно условиям разработки соответствует классификация акад. В.В. Ржевского, в основу которой положено направление выемки в пределах всей рабочей зоны карьера (табл. 2.8).

Таблица 2.7. Классификация систем открытой разработки месторождений (по акад. Н.В. Мельникову)

Системы разработки	Характеристика систем	Условия применения	Применяемое оборудование
1	2	3	4
Бестранспортная (без переэкскавации или с переэкскавацией вскрыши на отвалах)	Вскрыша перемещается во внутренние отвалы непосредственно экскаваторами (возможна переэкскавация пород на отвалах)	Горизонтальные и пологие месторождения, где мощность покрывающих пород ограничена рабочими размерами экскаваторов. Наклонные и крутые месторождения при мягких вмещающих породах и глубине карьера, позволяющей производить двойную и тройную переэкскавацию	Мехлопаты и драглайны с большими рабочими размерами
Экскаватор-карьер	Вскрышные и добычные работы про-изводятся одним драглайном попеременно. Вскрыша переваливается в выработанное пространство, полезное ископаемое грузится в передвижной бункер, устанавливаемый на поверхности, или в навал; из бункера полезное ископаемое поступает на конвейер или в средства железнодорожного транспорта	Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности (до 25 м) при покрывающих породах мощностью до 30 м	Драглайн, передвижной бункер с питателем, мех-лопата для погрузки из навала
Транспортно-отвальная	Вскрыша перемещается во внутренние отвалы при помощи транспортно-отвальных мостов или отвалообразователей	Горизонтальные и пологие месторождения с мягкими покрывающими породами	Цепные, роторные экскаваторы, мехлопаты, транспортно-отвальные мосты, передвижные консольные отвалообразователи
Специальная	Вскрыша удаляется башенными экскаваторами, колесными скреперами, гидромеханизированным способом или кабель-краном	Горизонтальные и пологие месторождения с мягкими покрывающими породами. При применении кабель-кранов в условиях крутых пластов в крепких породах	Кабельные экскаваторы, колесные скреперы, гидромониторы и землесосные установки, кабель-краны
Транспортная	Вскрыша перемещается транспортными средствами на внутренние или внешние отвалы	Месторождения различной формы с породами любой крепости	Экскаваторы любых типов и рельсовый, автомобильный или конвейерный транспорт
Комбинированная	Комбинация различных систем	Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности с мягкими породами	Экскаваторы любых типов для верхних уступов, экскаваторы увеличенных размеров для нижних уступов и рельсовый или автомобильный транспорт, транспортно-отвальные установки

Система разработки - это определенный порядок выполнения подготовительных, вскрышных и добычных работ, обеспечивающий для данного месторождения безопасную, экономичную и полную выемку кондиционных запасов полезного ископаемого.

При разработке горизонтальных и пологих месторождений полезных ископаемых с незначительной мощностью вскрыши и полезного ископаемого, подготовительные работы обычно завершаются в период горно-капитальных работ, когда создается первичный фронт вскрышных и добычных работ на карьере посредством проходки разрезных траншей. Система разработки таких месторождений относится к группе сплошных систем (с постоянным положением рабочей зоны), так как практически зона по глубине за весь период эксплуатации месторождения остается неизменной. месторождение ископаемое горнопромышленный карьер

Таблица 2.8. Классификация систем открытой разработки месторождений (по академику В.В. Ржевскому)

Индекс группы	Группа систем	Индекс подгруппы	Подгруппа	Индекс группы	Система разработки
С	Сплошные	СД	Сплошные продольная	СДО	Сплошная продольная однобортовая
				СДД	Сплошная продольная двухбортовая
		СП	Сплошные поперечная	СПО	Сплошная поперечная однобортовая
				СПД	Сплошная поперечная двухбортовая
		СВ	Сплошные веерная	СВЦ	Сплошная веерная центральная
				СВР	Сплошная веерная рассредоточенная
		СК	Сплошные кольцевая	СКЦ	Сплошная кольцевая центральная
				СКП	Сплошная кольцевая периферийная
У	Углубочные	УД	Углубочные продольные	УДО	Углубочная продольная однобортовая
				УДД	Углубочная продольная двухбортовая
		УП	Углубочные поперечные	УПО	Углубочная поперечная однобортовая
				УПД	Углубочная поперечная двухбортовая
		УВ	Углубочные веерные	УВР	Углубочная веерная рассредоточенная
		УК	Углубочные кольцевые	УКЦ	Углубочная кольцевая центральная
УС	Смешанные (углубочно-сплошные)	-	То же, в различных сочетаниях
Примечание. К наименовании системы разработки добавляется: «с внешними или внутренними отвалами»

При разработке наклонных и крутых залежей в период эксплуатации ведутся вскрытие и нарезка новых рабочих горизонтов. В этом случае положение рабочей зоны постоянно меняется, поэтому системы разработки таких месторождений относятся к группе углубочных систем - с переменным положением рабочей зоны.

Системы разработки нагорных месторождений могут относиться как к группе сплошных, так и к группе углубочных систем (в зависимости от характера залегания и крутизны склона горы). На сложных по топографическим и горно-геологическим условиям месторождениях могут применяться смешанные - углубочно-сплошные системы разработки.

Основными отличительными признаками классификации систем разработки акад. В.В. Ржевского являются направление выемки в плане и профиле, а также место расположения отвалов. Направления выемки в плане разделяются на продольное, поперечное, веерное и кольцевое. Продольное и веерное направления выемки характерны для карьеров с большой производственной мощностью. Поперечное и кольцевое направление выемки применяются в основном на небольших и средних по производственной мощности карьерах. Они позволяют провести нарезку необходимого фронта добычных работ с минимальными затратами. Целесообразное направление выемки в плане зависит также от конфигурации карьерного поля и характера залегания полезного ископаемого. При продольном и поперечном направлениях выемки возможны однобортовая или двухбортовая системы разработки. Двухбортовую систему разработки целесообразно применять при необходимости интенсификации работ на карьерных полях небольшой протяженности, усреднения полезного ископаемого в забое, а также при применении селективной (раздельной) выемки и разработке крутых залежей.

К элементам системы разработки относятся уступы, фронт работ уступа, фронт работ карьера, рабочая зона карьера, рабочие площадки, транспортные и предохранительные бермы.

Основные параметры системы разработки: высота и угол откоса уступов, ширина рабочих площадок, ширина заходок, длина фронта работ, угол откоса рабочего борта, длина экскаваторного блока, число рабочих уступов, длина фронта работ.

Уступы. Главным параметром уступа является его высота, которая оказывает непосредственное влияние на производительность оборудования, качество добытого полезного ископаемого, угол откоса бортов карьера, длину фронта работ, протяженность транспортных коммуникаций, объем горно-капитальных работ и др. Высота уступа устанавливается с учетом комплексного влияния указанных выше факторов. Основным требованием при установлении высота уступа является безопасное ведение горных работ при использовании горного оборудования определенного типоразмера. При разработке горизонтальных и пологих месторождений высота уступа часто предопределяется мощностью залежи и покрывающих пород. Для наклонных и крутых месторождений высота уступа устанавливается исходя из параметров горного оборудования и требований к качеству полезного ископаемого. В случае разработки однородных вскрышных пород и мощных залежей простого строения высота уступа принимается максимальной исходя из параметров горного оборудования, так как при этом уменьшаются затраты на подготовку скальных пород к выемке и на их транспортирование.

Рабочая площадка уступов. Минимально допустимая ширина рабочих площадок уступов зависит в основном от размеров выемочно-погрузочных машин, вида карьерного транспорта, схемы движения транспортных средств, высота уступов, крепости пород. Ширина рабочей площадки при разработке скальных пород с использованием мехлопат и колесного транспорта складывается из ширины развала В взорванной породы, безопасного расстояния с1 от нижней бровки развала до транспортной полосы, ширины Т транспортной полосы, расстояния m от линии электропередачи до кромки транспортной полосы, ширины dв полосы для вспомогательного оборудования, ширины полосы Л готовых к выемке запасов и ширины дп бермы безопасности (рис. 2.29, б). При разработке мягких пород вместо ширины развала принимается ширина А заходки по целику (рис. 2.29, а).

Рисунок 2.29. Схема к расчету ширины рабочей площадки в мягких (а) и скальных (б) породах

Фронт работ уступа - часть уступа по длине, подготовленная к производству горных работ. Подготовка фронта работ уступа заключается в создании на уступе рабочей площадки необходимой ширины и в подводе транспортных и энергетических коммуникаций для обеспечения работы горного и транспортного оборудования. Суммарная протяженность фронтов работ отдельных уступов составляет фронт работ карьера, который подразделяется на вскрышной, измеряемый длиной фронтов, работ вскрышных уступов, и добычной, измеряемый длиной фронтов работ добычных уступов. Создание первоначального фронта работ уступа и его перемещение в процессе работ не могут осуществляться произвольно. Нарезку уступов (путем проведения разрезных траншей) и перемещение фронта работ производят таким образом, чтобы в процессе разработки обеспечить заданное число вскрышных и добычных забоев.

Рабочая зона карьера - это зона, в которой осуществляются вскрышные и добычные работы. Она характеризуется совокупностью вскрышных и добычных уступов, одновременно находящихся в работе. Положение рабочей зоны определяется высотными отметками рабочих уступов и длиной их фронта работ. Рабочая зона представляет собой перемещающуюся и изменяющуюся во времени поверхность, в пределах которой осуществляются работы по подготовке и выемке горной массы. Она может охватывать один, два или все борта карьера. При строительстве карьера рабочая зона, как правило, включает только вскрышные уступы, а к окончанию горно-капитальных работ - и добычные. Число вскрышных, добычных и горно-подготовительных забоев в рабочей зоне не может устанавливаться произвольно, так как от этого зависит выполнение планов по отдельным видам работ.

Для каждого конкретного карьера система разработки органически связана со структурой его комплексной механизации. Если система разработки определяет требуемые объемы и порядок выполнения горных работ, то структура комплексной механизации определяет мощность и расстановку оборудования, обеспечивающего производство горных работ в установленном объеме и порядке. В структуру комплексной механизации горных работ входят комплексы горного, транспортного, дробильно-сортировочного и вспомогательного оборудования, обеспечивающего планомерную выемку и перемещение вскрышных пород в отвалы, а полезного ископаемого - к складам и потребителю. В табл. 2.9 приведена классификация структур комплексной механизации на карьерах, разработанная акад. В.В. Ржевским.

Комплексы с применением выемочно-погрузочного оборудования непрерывного действия называются выемочными, а комплексы с применением выемочно-погрузочного оборудования цикличного действия - экскаваторными. Комплексы для вскрышных работ включают средства механизации отвальных работ, а комплексы для добычных работ - средства механизации разгрузочных работ.

Наибольшее применение на отечественных карьерах (до 75 %) получили комплексы ЭТО с железнодорожным и автомобильным транспортом, с одноковшовыми экскаваторами и бульдозерами на отвалах. При разработке глубоких месторождений все большее применение находят комбинации различных видов транспорта (автомобильного и железнодорожного, автомобильного и конвейерного, автомобильного и скипового). На месторождениях нагорного типа применяют комплексы ЭТО и ЭТР с комбинированным многозвенным транспортом, включающим автотранспорт, рудоспуски, канатно-подвесные дороги, конвейерный и железнодорожный транспорт. Комплексы ВТО и ВТР используются в основном при разработке мягких пород и полезных ископаемых.

Таблица 2.9. Классификация комплексов оборудования, применяемых при открытой разработке

Класс комплексов	Комплекс	Оборудование комплекса
		Выемочно-погрузочные работы	Транспортирование	Отвалообразование и складирование
1	Выемочно-отвальный (ВО)	Роторные и цепные экскаваторы	Нет	Транспортно-отвальные мосты, консольные отвалообразователи
2	Экскаваторно-отвальный (ЭО, СО)	Вскрышные экскаваторы, скреперы	Нет	Вскрышные экскаваторы, скреперы
3	Выемочно-транспортный (ВТО)	Роторные и цепные экскаваторы, гидравлическое оборудование (м) Специализированные экскаваторы (с)	Конвейеры, гидравлическое оборудование, локомотивы, автопоезда	Консольные отвалообразователи, гидравлическое оборудование (м) Отвальные машины (с)
4	Экскаваторно-транспортно-отвальный (ЭТО)	Карьерные одноковшовые экскаваторы	Конвейеры, гидравлическое оборудование (м) Автосамосвалы, локомотивосоставы (с)	Консольные отвалообразователи, гидравлическое оборудование (м) Отвальные машины (с)
5	Выемочно-транспортно-разгрузочный (ВТР)	Роторные и цепные экскаваторы, гидравлическое оборудование (м) Специализированные экскаваторы (с)	Конвейеры, гидравлическое оборудование (м)

Подобные документы

• Разработка паспорта подготовки горных пород к выемке, выемочно-погрузочных работ и отвалообразования

  Подготовка горных пород к выемке. Параметры взрывных работ. Определение парка буровых станков карьера. Выбор модели экскаватора-мехлопаты (для экскавации полезного ископаемого). Транспортировка горной массы. Выбор модели бульдозера, фронта разгрузки.
  
  курсовая работа [486,7 K], добавлен 21.12.2011
  

• Горные работы

  Расчет основных процессов открытых горных работ. Подготовка скальных и полускальных пород к выемке. Определение необходимого количества локомотивов с саморазгружающимися вагонами. Расчет отвалообразования пород. Оценка производительности карьера.
  
  курсовая работа [452,1 K], добавлен 14.10.2014
  

• Что у Земли внутри?

  Внутреннее строение Земли. Неровности земной поверхности. Горные породы: механические сочетания разных минералов. Классификация горных пород по происхождению. Свойства горных пород. Полезные ископаемые - горные породы и минералы, используемые человеком.
  
  презентация [6,3 M], добавлен 23.10.2010
  

• Расчёт параметров технологического процесса работы карьера по выемке горных пород

  Геологическая характеристика горных пород, расчёт производительности карьера. Выбор выемочно-погрузочного оборудования. Расчёт параметров скважины, перебура, массы заряда взрывчатого вещества, производительности экскаватора, длины отвалообразования.
  
  дипломная работа [205,1 K], добавлен 18.10.2012
  

• Технология открытого способа разработки месторождений

  Особенности открытого способа разработки месторождений. Система разработки и технологическая схема горных работ. Способы вскрытия рабочих горизонтов. Подготовка пород к выемке, выбор метода и способа взрывных работ. Транспортировка пустых пород в отвал.
  
  курсовая работа [191,3 K], добавлен 24.02.2015
  

• Основные понятия предмета физики горных пород

  Изучение механических свойств пород и явлений, происходящих в породах в процессе разработки месторождений полезных ископаемых. Классификация минералов по химическому составу и генезису. Кристаллическая решетка минералов. Структура и текстура горных пород.
  
  презентация [1,6 M], добавлен 24.10.2014
  

• Осадочные горные породы

  Общее описание и характерные черты осадочных горных пород, их основные свойства и разновидности. Типы слоистости осадочных горных пород и структура. Содержание и элементы обломочных пород. Характеристика и пути образования химических, органогенных пород.
  
  реферат [267,1 K], добавлен 21.10.2009
  

• Горные породы как объект горных разработок

  Способы определения плотности горных пород. Механические свойства, твердость и абразивность. Основные характеристики магнитных и акустических свойств горной породы. Характеристика электромагнитных свойств, их роль в разведке полезных ископаемых.
  
  контрольная работа [101,4 K], добавлен 14.06.2016
  

• Основы горного дела

  Подготовка горных пород к выемке. Вскрышные работы, удаление горных пород, покрывающих и вмещающих полезное ископаемое при открытой разработке. Разрушение горных пород, буровзрывные работы, исторические сведения. Методы взрывных работ и способы бурения.
  
  реферат [25,0 K], добавлен 19.03.2009
  

• Горные породы

  Образование магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Основные виды горных пород и их классификация по группам. Отличие горной породы от минерала. Процесс образования глинистых пород. Породы химического происхождения. Порода горного шпата.
  
  презентация [1,2 M], добавлен 10.12.2011
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам