Открытая разработка месторождений полезных ископаемых

ОТКРЫТАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ полезных ископаемых (а. surface mining, opencast mining, open pit mining, quarry mining; н. Tagebau; ф. exploitation des gisements а ciel ouvert, exploitation des gisements en deсоuverte; и. explotacion de yacimientos а cielo abierto, explotacion depositos а cielo abierto, explotacion de yacimientos de superficie а cielo abierto) — добыча полезных ископаемых с поверхности Земли с помощью открытых горных выработок (см. Карьер). Основные горные выработки открытых разработок месторождений — капитальные траншеи, обеспечивающие доступ к полезным ископаемым, и разрезные траншеи, подготавливающие карьерное поле к вскрышным и добычным работам.

Открытая разработка месторождений благодаря высокой степени извлечения полезных ископаемых из недр, возможности достижения большей производственной мощности предприятия, повышению производительности труда (в 5-8 раз), снижению себестоимости добычи (в 2-4 раза), улучшению условий труда получила в CCCP преимущественное (по сравнению с шахтной добычей) развитие. Открытая разработка месторождений обеспечивает свыше 75% производства минерального сырья и удельный вес её неизменно растёт (табл. 1). Открытая разработка месторождений позволяет создавать в CCCP мощные комплексы по добыче, переработке и потреблению минерального сырья (см. Территориально-производственный комплекс) с высокой концентрацией производства, развитыми транспортными коммуникациями, минимальными расстояниями перевозок и низкими затратами на производство. Основные районы открытых разработок месторождений угля — Северный Казахстан (Экибастузское каменноугольное месторождение, Тургайский и Майкюбенский буроугольный бассейны, Юбилейное месторождение бурых углей), Кузнецкий угольный бассейн, Канско-Ачинский буроугольный бассейн, Приднепровский угольный бассейн; железной руды — Урал (Качканарский ГОК и др.), Украина (Криворожский бассейн, Керченский бассейн, Полтавский ГОК), Казахстан (Соколовско-Сарбайский ГОК, Лисаковский ГОК, Качарский ГОК), Центральная Россия (Михайловский, Лебединский, Стойленский ГОКи), Кольский полуостров (Оленегорский, Ковдорский ГОКи); руд цветных металлов — Урал (Сибайский, Гайский, Учалинские рудные карьеры), Сибирь и Дальний Восток (Норильский ГМК, Сорский карьер), Казахстан (Коунрадский, Николаевский, Зыряновский, Златоуст-Беловский карьеры), Кавказ (Тырныаузский, Каджаранский карьеры), Кольский полуостров (карьеры «Печенганикель»); марганцевых руд — Украина (Никопольский бассейн); горно-химического сырья — Кольский полуостров (карьеры комбината «Апатит»), Казахстан (Каратау), Прибалтика (месторождение Тоолсе), Средняя Азия, Московская, Кировская и Львовская области.

За рубежом открытая разработка месторождений широко применяется в США, Австралии, Канаде, KHP, а также в ряде стран Европы (ГДР, ФРГ, ПНР, ЧССР и др.). Например, удельный вес открытой добычи угля (1980,%) в ФРГ — 59,1, США — 59,7, ЧССР — 66, ГДР — 100.

Открытый способ добычи природных каменных материалов применялся ещё в глубокой древности (см. Горное дело). На протяжении нескольких тысячелетий его развитие сдерживалось мускульным характером труда, примитивностью орудий. Изобретение пороха, а, затем взрывчатых веществ позволило механизировать наиболее трудоёмкий процесс — отделение скальных горных пород от массива, но отсутствие эффективных погрузочно-транспортных средств сдерживало развитие открытых разработок, и только с началом создания карьерной техники, способной механизировать основные производственные процессы (выемку, погрузку, транспортирование горной массы, отвалообразование) стало возможным развитие этого прогрессивного способа добычи полезных ископаемых. В конце 19 века на карьерах появились экскаваторы, ставшие основным классом машин для открытых разработок месторождений. В то же время вплоть до начала 20 века на большинстве открытых разработок в России продолжала применяться ручная погрузка горной массы в примитивные средства транспорта — тачки и колымажки. В развитии открытых разработок месторождений в советское время выделяются 4 основных этапа: восстановительный (1917-29), индустриализации (1930-41), военного времени и восстановления народного хозяйства (1941-50), современный. Отличительная особенность восстановительного периода — преимущественное применение на карьерах зарубежных экскаваторов (главным образом американских) с ковшами вместимостью несколько кубических ярдов. На открытых разработках появились буровые ударно-канатные станки. Динамит и порох были заменены более безопасным аммоналом.

Период индустриализации начался с создания отечественной технической базы открытых разработок месторождений — был налажен выпуск экскаваторов-мехлопат (Воткинский, Костромской, Ковровский заводы; УЗТМ), многоковшовых экскаваторов на рельсовом ходу, станков ударно-канатного бурения, промышленных электровозов со сцепным весом 94 т (завод «Динамо»), думпкаров, грузоподъёмностью 40 т (завод «Красное Сормово»), 40 и 60 т (завод имени газеты «Правда»), путепередвигателей, землесосов. Благодаря широкому внедрению техники была решена задача технической реконструкции карьеров и заложены основы современной технологии открытых разработок месторождений. В Великую Отечественную войну 1941-45 резко возросли объёмы открытых разработок месторождений, главным образом для добычи угля, руд чёрных и цветных металлов. В послевоенный период восстановления народного хозяйства расширились масштабы механизации процессов на карьерах, было унифицировано экскаваторное и транспортное оборудование. Начался серийный выпуск экскаваторов-мехлопат СЭ-3 (УЗТМ), шагающих драглайнов с ковшом 4 м3, был построен первый мощный отечественный шагающий экскаватор ЭШ-14/65 (УЗТМ), освоено серийное производство станков вращательного бурения (Карпинский завод), серийный выпуск электровозов со сцепным весом 80 т (Новочеркасский завод), 40- и 50-тонных думпкаров «поднимающийся борт» (Калининградский завод), освоен выпуск карьерных автосамосвалов 5, 10 и 25 т. Современный период развития открытых разработок месторождений в CCCP начался в 50-х гг. Развернулось масштабное техническое перевооружение карьеров и совершенствование технологии открытых горных работ. Доминирующим видом техники для открытых разработок месторождений стали экскаваторы-мехлопаты и автотранспорт. Основные требования, предъявляемые к открытым разработкам месторождений, — комплексное освоение всех минеральных ресурсов месторождения (см. Комплексное освоение недр) и охрана окружающей среды.

В зависимости от формы и положения залежи полезных ископаемых относительно земной поверхности, выделяются (по Ржевскому) 5 основных видов открытых разработок месторождений. Разработки поверхностного вида (рис. 2, а) характеризуются отработкой вскрышных пород и полезных ископаемых сразу на полную мощность, размещением вскрышных пород в выработанном пространстве карьера. Внешние отвалы устраивают при строительстве карьеров, а также при особых геологических и технологических условиях открытых разработок месторождений. К этому виду относится разработка россыпей, строительных горных пород, значительной части угольных и небольшой части рудных месторождений при горизонтальном и пологом залегании залежей. Карьеры при этом имеют небольшую (до 40-80 м) и относительно постоянную глубину, различные размеры в плане и различную производственную мощность. Вскрышные породы и полезные ископаемые весьма разнообразны и практически охватывают все их возможные сочетания. Разработки глубинного вида (рис. 2, б) отличает выемка полезных ископаемых и вскрышных пород слоями в нисходящем порядке. Горную массу, как правило, перемещают снизу вверх на более высокие отметки или на поверхность. Разработке каждого нового горизонта предшествуют горно-подготовительные работы. Глубина карьера постепенно возрастает до 400-700 м и более (определяется границами карьерного поля). Вскрышные породы, как правило, размещают во внешних отвалах. При достижении предельной глубины карьера может применяться открыто-подземная разработка. В этом случае вскрытие нижележащего участка залежи осуществляется подземными выработками из карьера, транспортные коммуникации которого используются для доставки на поверхность полезных ископаемых.

Разработки ведутся на большей части рудных, нерудных и частично угольных месторождений при наклонном и крутом падении залежей средней мощности и мощных, охватывая все типы пород. Для открытых разработок нагорного вида (рис. 2, в) характерно перемещение покрывающих и вмещающих вскрышных пород и добытого полезного ископаемого средствами транспорта на более низкие отметки к месту расположения отвалов и технологического комплекса. При этом часть пустых пород стремятся перемещать по кратчайшему расстоянию к флангам карьерного поля, в отвалы, располагаемые на безрудных (безугольных) площадях. Разрабатываются залежи различных руд, иногда горно-химического сырья и строительные горные породы, редко угольные месторождения, которые расположены значительно выше господствующего уровня поверхности. Полезные ископаемые и вскрышные породы в подавляющем большинстве скальные. Черты 2-го и 3-го видов открытых разработок месторождений имеют разработки нагорно-глубинного типа. Характерны они для сложных рельефов поверхности карьерного поля. Полезные ископаемые и вскрышные породы скальные или полускальные, иногда разнородные. Ведутся на месторождениях руд, горно-химического сырья, строительных горных пород и угля, где являются наиболее распространёнными и крупными. Особый вид открытых разработок месторождений — подводная добыча (рис. 2, г), проводимая, в частности, в поймах рек, на дне морей и озёр. В этом случае кровля и почва залежи расположены ниже открытого уровня воды; покрывающие породы — обычно относительно небольшой мощности: мягкие, плотные, полускальные или разнородные.

Основные технологические (производственные) процессы открытых разработок месторождений включают: подготовку горных пород к выемке — отделению горных пород (или полезных ископаемых) от массива с одновременным её механическим, или взрывным, рыхлением (см. Взрывная технология, Взрывные работы); погрузку горной массы в средства транспорта (см. Выемочно-погрузочные работы), транспортирование горной массы из забоев на промышленную площадку железнодорожным транспортом, автомобилями, конвейерами, скиповыми подъёмниками, гидротранспортом, подвесными канатными дорогами (см. Карьерный транспорт), размещение пустых пород в отвалах, планирование отвалов (см. Отвалообразование). При этом определённой спецификой отличаются открытые разработки месторождений средствами гидромеханизации и добычей штучного камня (см. Высокоуступная добыча камня и Низкоуступная добыча камня). Кроме основных технологических процессов на карьерах выполняются вспомогательные работы. Все основные производственные процессы объединяются в единую технологическую схему открытых разработок месторождений.

Безопасная, экономичная и наиболее полная выемка всех видов полезных ископаемых при разработке месторождения открытым способом с соблюдением мер по охране окружающей среды и принятого режима горных работ обеспечивается правильно выбранной системой разработки месторождения, под которой понимают определённый порядок выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ. Широко распространённой в CCCP является классификация систем открытых разработок месторождений по способу производства вскрышных работ и технологии перемещения горных пород в отвалы (табл. 2), разработанная Н. В. Мельниковым (см. Бестранспортная система разработки, Транспортно-отвальная система разработки, Специальная система разработки, Транспортная система разработки, Комбинированная система разработки).

Качественно по-новому классифицируются системы разработки в зависимости от положения рабочей зоны, направления развития и перемещения фронта работ (табл. 3).

Ведущие признаки этой системы открытых разработок месторождений — направление выемки в профиле и плане карьерного поля, а также место расположения отвалов. Все системы разработки по этой классификации подразделены на 2 группы. К первой отнесены системы с постоянным положением рабочей зоны, которая остаётся неизменной на весь период эксплуатации месторождения. Эти системы разработки характерны для горизонтальных и пологопадающих залежей. Подготовительные работы на них завершаются созданием первичного фронта вскрышных и добычных работ. Системы разработки горизонтальных и пологопадающих залежей характеризуются порядком производства вскрышных и добычных работ, изменениями длины фронта работ или высоты отдельных уступов.

Приведённые в табл. 3 системы разработки органически связаны с развитием горных работ по отношению к контурам карьерного поля. При продольных однобортовой или двухбортовой системах фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного поля, при поперечных однобортовой или двухбортовой — параллельно короткой оси карьерного поля, при веерных — по вееру с центральным (общим) или рассредоточенными (2 и более) поворотными пунктами; при кольцевых системах рабочая зона охватывает все борта по периметру карьера и разработка ведётся кольцевыми полосами от центра к границам карьерного поля или от границ к центру.

Во всех вариантах систем разработки важнейшее значение имеет место расположения отвалов, т.е. направление перемещения вскрышных пород (на внешние, внутренние или смешанные отвалы).

Принятая система разработки определяет требуемые объёмы и порядок выполнения комплекса горных работ. Элементами систем разработки являются: высота уступа, угол откоса уступа и бортов, ширина заходки, ширина рабочей площадки, длина и число блоков, длина фронта работ на уступе и суммарная длина фронта работ карьера, а также скорость продвигания фронта горных работ, скорость углубки карьера. Высота уступа выбирается с учётом безопасности горных работ и определяется мощностью, углом падения и геологическим строением залежи, прочностью пород, рабочими размерами применяемого бурового и выемочного оборудования, способами выемки полезных ископаемых (валовая или селективная). При валовой выемке высота уступа обычно максимальная, которую допускают параметры экскаватора, при селективной (раздельной) — равна мощности пласта или пачки полезных ископаемых без прослоек пустых пород. При разработке сложных залежей число и высота уступов устанавливаются в соответствии с требованиями селективной выемки. Ширина заходки зависит от вида и параметров горнотранспортного оборудования, способа производства буровзрывных работ, физико-механических свойств горной породы. Заходка делится на экскаваторные блоки. Длина блоков (т.е. длина фронта работ экскаватора) устанавливается в зависимости от способа выемки. При валовой выемке она принимается равной для всех блоков, при селективной — разной. Значение этого параметра зависит от интенсивности разработки, крепости горных пород, способа их выемки и транспортирования, а также от возможностей транспортного обслуживания забоя. По условиям работы транспорта число блоков в пределах одной заходки при железнодорожном транспорте обычно не превышает 5, а при автомобильном может достигать 5-6.

К наиболее важным показателям системы разработки относятся характеристики фронта горных работ — части уступа (по длине), подготовленной к ведению горных работ. Фронт работ характеризуется расположением, порядком перемещения, структурой. Ширина рабочей площадки зависит от ширины развала в скальных породах, а в мягких породах — от ширины заходки, а также ширины транспортной, резервной и других полос. Резервная полоса включает запасы полезных ископаемых, необходимые для бесперебойной работы предприятия; рассчитывается в каждом случае и должна быть кратной ширине заходки в массиве. При открытой разработке месторождений она определяется скоростью подготовки к вводу в эксплуатацию нового горизонта. Возможный темп углубки горных работ увеличивается с ростом производительности горного оборудования, уменьшением высоты уступа и ширины его рабочей площадки (см. Годовое понижение работ).

Строительство карьера ведётся на основе проекта в соответствии с сетевыми графиками, которые отражают во взаимообусловленной сети событий и работ последовательность выполнения отдельных видов работ и технологические связи между ними. Комплексный укрупнённый сетевой график определяет продолжительность основных этапов строительства (организационно-технических мероприятий по подготовке к строительству, подготовительный период, основной период строительства), очерёдность строительства отдельных объектов, срок поставки технологического оборудования, срок освоения карьером проектной мощности.

В подготовительный период в пределах карьерного поля ведутся работы по подготовке территории (вырубка леса, корчёвка пней, отвод рек, осушение болот, перенос автомобильных и железнодорожных трасс, возведение специальных складов, административно-бытовых и коммунальных сооружений, механических мастерских, депо, гаражей, прокладывание транспортных коммуникаций, сети водоснабжения и канализации). В период основного строительства ведутся горно-капитальные работы по сооружению разрезных, внешних и внутренних капитальных траншей (см. Вскрытие месторождения), возводятся промышленные здания, обогатительные сооружения и др., проводятся дренажные и осушительные выработки, ведётся монтаж основного горного, транспортного и технологического оборудования, сооружаются склады для готовой продукции.

Наиболее продолжительный этап открытых разработок месторождений — эксплуатация месторождения. Планомерная выемка и перемещение горной породы обеспечиваются комплексом горного, транспортного и вспомогательного оборудования. Выбор средств комплексной механизации зависит от природных (крепость горной породы, форма залегания полезных ископаемых, горно-геологические условия, климат, рельеф и т.п.), технологических (система разработки, схема вскрытия, режим горных работ и др.), технических (выемочно-погрузочное оборудование, транспорт, элементы систем разработки), организационных (годовой и суточный режим работ, сроки строительства и др.), экономических (размер капитальных затрат, себестоимость продукции, производительность труда, размер прибыли и др.) факторов. Комплексная механизация горных разработок обеспечивает неразрывность транспортных коммуникаций от забоев до пунктов разгрузки (см. Грузопоток карьерный), а отдельные машины и механизмы (буровые, выемочно-погрузочные, транспортные, отвальные, вспомогательные), входящие в комплект оборудования, должны соответствовать друг другу по мощности, производительности и другим основным параметрам. Отличительная особенность комплексной механизации добычных работ — наличие разгрузочно-приёмных пунктов, располагаемых в определённых местах, как правило, на весь срок отработки месторождения. Эти пункты включают в себя дробильно-сортировочные установки, размещаемые непосредственно в карьере и на его бортах. Основное требование, предъявляемое к комплексной механизации добычных работ, — обеспечение равномерной и бесперебойной подачи полезных ископаемых на переработку.

Комплексы для механизации добычных работ различают по виду входящего в них оборудования. В связи с этим выделяют комплексы цикличного, циклично-поточного, непрерывного действия. В соответствии с этим различаются и виды технологии горных работ (классификация предложена М. В. Васильевым). Цикличная технология горная базируется на использовании комплексов оборудования цикличного действия, при которых все основные процессы осуществляются оборудованием цикличного действия. Циклично-поточная технология (поточно-цикличная) предусматривает применение комплексов с оборудованием цикличного и непрерывного действия. Поточная технология осуществляется с помощью комплексов, в которых в качестве основного горнотранспортного оборудования используются машины непрерывного действия.

При открытых разработках месторождений нарушаются значительные площади земель. Восстановление этих участков и возвращение их для полезного использования — важная народно-хозяйственная задача. Поэтому заключительный этап эксплуатации месторождений — планировка отвалов, нанесение на них почвенного слоя (предварительно снятого при вскрышных работах), восстановление и благоустройство выработанного пространства карьера (см. Горнотехническая рекультивация). При разработках поверхностного вида горнотехническая рекультивация может осуществляться в процессе эксплуатации.

Эффективность открытых разработок месторождений оценивается системой технико-экономических показателей — общих (прибыль, рентабельность, качество горной продукции) и специфических (коэффициент вскрыши, себестоимость полезных ископаемых, эксплуатационные затраты, капитальные затраты, производительность труда и использования горнотранспортного оборудования). Коэффициент вскрыши, предельный для открытых разработок месторождений, обычно 5-10, редко до 16-20 м 3 /м 3 , а средний (отношение всего объёма вскрыши в контуре карьера ко всему полезному ископаемому) — обычно 4-5, редко 10 м 3 /м 3 . Такие значения коэффициента вскрыши гарантируют рентабельность открытых разработок месторождений. Себестоимость 1 т товарного полезного ископаемого (С) определяется выражением С = С_д + кС_в, где

С_д — затраты на 1 т добычи полезных ископаемых (руб.);

С_в — затраты на 1 м 3 вскрыши (руб.).

Себестоимость продукции открытых разработок месторождений определяется по процессам производства и по элементам затрат. На основе этого получают стоимостные показатели по отдельным процессам или отдельным машинам, выполняющим весь процесс или часть его. Затраты на машино-смену рассчитывают по элементам затрат: амортизационные отчисления, заработная плата, энергия, ремонт, материалы и прочие расходы. Размер годовых амортизационных отчислений определяют по установленным нормам. Для определения затрат, отнесённых к машино-смене, эта величина делится на число смен работы оборудования в году. Капитальные затраты на строительство крупного ГОКа — сотни млн. руб. Структура эксплуатационных затрат складывается из стоимости основных технологических процессов; буровзрывных работ (10-15%), экскавации (15-25%), транспортирования (40-60%), отвалообразования (15-20%). Ежегодные эксплуатационные расходы на крупном карьере до 100 млн. руб. Капитальные затраты включают расходы на строительство карьера, поддержание и увеличение производственной мощности действующего предприятия, совершенствование техники и технологии. В общих затратах на строительство карьера на горно-капитальные работы приходится до 30-40%, а на оборудование 20-30%. Срок окупаемости капитальных затрат при открытых разработках месторождений 7-10 лет. Производительность труда рабочего при открытых разработках месторождений зависит от уровня механизации и организации труда.

Одно из главных преимуществ открытых разработок месторождений по сравнению с шахтной — более высокая степень безопасности ведения горных работ. Одно из главных положений обеспечения безопасности труда — установление условий, при которых она гарантируется. Так, например, при взрывных работах устанавливают период времени после взрыва, по истечении которого подход к месту их производства безопасен. Устанавливается опасная зона, за пределами которой нахождение людей безопасно (см. Безопасные расстояния). Вторым основным направлением повышения безопасности является механизация и автоматизация производственных процессов. Это обеспечивается надёжностью горных машин и механизмов, безопасностью их работы. Применение дистанционного управления позволяет выполнять ряд процессов машинами, без непосредственного нахождения около них обслуживающего персонала. Существенные изменения в организации производственных процессов и повышении степени безопасности работ создаются применением блокировки, защитных реле, телевидения, громкоговорящей радиосвязи, средств роботизации и др. Благодаря механизации уменьшается число рабочих на предприятии, и в результате, как правило, резко снижается производственный травматизм. На открытых разработках используются общие средства техники безопасности, а также особые меры, разработанные для специфических условий открытых горных работ (предупредительные знаки и надписи, сигнализация, ограждения, предохранительные устройства, блокировка машин и оборудования, дистанционное и автоматическое управление, специальные предохранительные устройства и индивидуальные средства защиты и др.).

Перспективы открытых разработок месторождений связаны с оптимизацией параметров горных работ и оборудования, применением техники непрерывного действия, комплексным использованием добытой горной массы, переходом на большие глубины, широким применением автоматизированных систем и методов управления, внедрением малоотходных и ресурсосберегающих технологий.

источник

Откры́тая разработка месторождений

Полезных ископаемых, открытые горные работы, добыча полезных ископаемых с земной поверхности (см. Карьер).

Наиболее древние открытые разработки камня относятся к 6-му тыс. до н. э. Полиметаллические руды для выплавки бронзы извлекались открытым способом в 4-м тыс. до н. э. в Индии, на Синайском полуострове, в районе Кавказа, в Северной Эфиопии и др. О. р. м. железных руд известна со 2-го тыс. до н. э. на Ближнем Востоке, в Индии и несколько позже в Южной Европе. В средние века в значительных масштабах осуществлялась О. р. м. руд цветных металлов в Испании (Рио-Тинто), мрамора в Италии, медных и желе руд на территории России (Урал). В 18 в. в России, вначале на Урале, а затем в Сибири, распространилась открытая разработка россыпных месторождений. В начале 20 в. в США и Германии в связи с развитием машинной техники стала бурно развиваться О. р. м. В дореволюционной России на Урале, в Кривом Роге, Сибири преобладали полумеханизированные открытые горные работы.

В СССР первые крупные карьеры по добыче угля, руд чёрных и цветных металлов, неметаллических руд были созданы в 1928—41. Важную роль О. р. м. сыграла в годы Великой Отечественной войны 1941—45, позволив обеспечить быстрый ввод в эксплуатацию предприятий и значительное увеличение производственных мощностей. Особенностью послевоенного периода является механизация всех производственных процессов, переход на более мощные машины и механизмы, унификация экскаваторного и транспортного оборудования. О. р. м. обеспечивает 60—65% мирового потребления рудного и нерудного сырья и 30—35% твёрдого топлива (1972). Это объясняется экономической эффективностью открытой разработки: например, стоимость открытой добычи угля в 2,5—3, а руды в 1,5—2 раза ниже, чем при подземной разработке месторождений, а производительность труда в 2—3 раза выше. При использовании мощного горного и транспортного оборудования, средств автоматизации и вычислительной техники открытыми работами осваиваются крупные месторождения с низким содержанием металла в руде и тем самым увеличиваются запасы дефицитных сырьевых ресурсов. По сравнению с подземной разработкой потери полезного ископаемого снижаются в 4—5 раз. В связи с этим генеральное направление развития горнодобывающей промышленности — рост добычи открытым способом (см. табл.).

Удельный вес открытой разработки месторождений полезных ископаемых в общей добыче в СССР (%)

О. р. м. в СССР позволяет создавать мощные комплексы по добыче, переработке и потреблению сырья, отличающиеся высокой концентрацией производства, развитой сетью транспортных коммуникаций, минимальным расстоянием перевозок сырья и низкими затратами на производство. Так, на базе месторождений Канско-Ачинского бассейна и на Экибастузском угольном месторождении создаются предприятия производств. мощностью 45—60 млн. m угля в год, в железорудной промышленности работают предприятия с добычей до 30 млн. т сырой руды в год, в промышленности строительных материалов работают предприятия с годовой добычей 30—35 млн. т асбестовой руды, строятся (1974) предприятия с годовой добычей 10—12 млн. т гранита для производства щебня.

Объём удаляемых в отвал вскрышных пород при О. р. м. обычно значительно превышает объём добываемого полезного ископаемого. Отношение этих объёмов характеризуется коэффициентом вскрыши, который иногда достигает 25, т. е. на 1 т полезного ископаемого приходится 25 т вскрышных пород. Рациональное планирование горных работ по периодам осуществляется по графикам режима горных работ и календарным планам. От формы и глубины залегания месторождения полезных ископаемых, количества вскрышных (пустых) пород, их физико-механических свойств зависят способы вскрытия (см. Вскрытие месторождения) и системы открытой разработки.

О. р. м. ведёт к изменению форм земной поверхности, агротехнических свойств земли и гидрогеологических режимов районов. В зависимости от ценности нарушенной земли производится её полная или частичная рекультивация.

О. р. м. включает этапы: подготовку поверхности, Осушение месторождений полезных ископаемых, горно-капитальные работы (рис. 1), вскрышные работы (удаление пустых пород, покрывающих или вмещающих полезное ископаемое) и добычные работы. Вскрышные и добычные работы включают процессы отбойки, выемки, транспортировки и разгрузки полезного ископаемого. Эти основные производств. процессы объединяются в единую технологию на базе комплексной механизации и автоматизации. К вспомогательным процессам при О. р. м. относятся зачистка уступов, ремонт и строительство дорог (автомобильных, железных), водоотлив и др. Отбойка состоит в отделении горной массы от массива с одновременным её дроблением с помощью буровзрывных работ (см. Бурение, Взрывные работы). Выемка-погрузка производится, как правило, Экскаваторами и погрузчиками. Горную массу перемещают из забоя средствами карьерного транспорта (См. Карьерный транспорт). Массив, сложенный некрепкими горными породами, не требует предварительного рыхления; в этом случае отбойка и погрузка составляют единый процесс, осуществляемый экскаваторами, скреперами, погрузчиками, бульдозерами или др. механическими средствами либо с помощью гидромеханизации (См. Гидромеханизация). При разработке россыпей успешно применяются драги (См. Драга). Полезные ископаемые транспортируются на склады или места их переработки, пустая порода – в отвалы.

Различают цикличную, циклично-поточную и поточную технологию О. р. м. При цикличной технологии процессы выемки и транспортирования прерываются технологическими паузами. При циклично-поточной технологии (рис. 2) выемка осуществляется машинами цикличного действия (одноковшовыми экскаваторами или погрузчиками), а перемещение — ленточными конвейерами или сочетанием конвейерного транспорта с автомобильным (иногда с применением самоходных дробильных агрегатов или полустационарных и стационарных дробильных, дробильно-сортировочных или сортировочных установок) или ж.-д. транспортом. При поточной технологии процессы отбойки, выемки, транспортировки, разгрузки выполняются механизмами непрерывного действия (например, многочерпаковыми экскаваторами, ленточными конвейерами или гидромеханизацией). Для цикличной и циклично-поточной технологии разработаны и созданы системы автоматизированного управления отдельными процессами, информация о протекании которых обрабатывается с помощью средств вычислительной техники. Для поточной технологии, и прежде всего техники непрерывного действия, существуют автоматизированные системы управления производством. Техника непрерывного действия в СССР создаётся на базе комплексов оборудования с роторными экскаваторами и теоретической производительностью 630, 1250, 1500, 2500, 5000, 10000, 12500 м 3 /ч. Наиболее освоенный вид техники непрерывного действия — роторные экскаваторы с нормальным усилием резания. Совершенствование поточных схем горных работ связано с применением полустационарных и самоходных дробильных и дробильно-грохотильных агрегатов производительностью до 2000 т/ч, а также надёжных конвейеров с лентами, способными перемещать крупнокусковой абразивный материал.

Выбор рациональных параметров О. р. м. и оборудования производится с учётом климатических особенностей, района разработки, свойств горных пород, запасов полезного ископаемого, формы месторождения и др., а также требований, предъявляемых к качеству готовой продукции.

Порядок открытых горных работ, обеспечивающих экономичную и безопасную эксплуатацию месторождения, называется системой разработки (рис. 3). Существует нескольких систем О. р. м. Наибольшее распространение в СССР получила классификация систем О. р. м. Н. В. Мельникова (1950), которая основана на способе перемещения пустых пород вскрыши в отвалы и типе применяемого оборудования и состоит из 5 групп. Бестранспортные, при которых вскрышные породы перемещаются из забоя в выработанное пространство вскрышным экскаватором. Транспортно-отвальные, характеризуемые перемещением вскрышных пород в отвалы транспортно-отвальными мостами или отвалообразователями. Погрузка породы на ленточные конвейеры транспортно-отвальных мостов и консольных отвалообразователей осуществляется обычно многочерпаковыми, а иногда одноковшовыми экскаваторами. Транспортные системы, при которых перемещение пород во внутренние (расположенные в выработанном пространстве) или внешние (расположенные за границами карьера) отвалы производится железнодорожным, автомобильным, конвейерным, скиповым и комбинированным транспортом. Специальные системы, при которых вскрышные породы удаляются кабельными экскаваторами, бульдозерами, колёсными скреперами или средствами гидромеханизации. Комбинированные системы, при которых вскрышные породы верхней зоны месторождения средствами транспорта вывозятся на внешние или внутренние отвалы; породы нижней зоны перемещаются во внутренние отвалы экскаваторами, транспортно-отвальными мостами или отвалообразователями.

Большие объёмы вскрышных работ и сложные условия разработки на карьерах предопределили преобладающее применение транспортных систем разработки, которые в СССР будут занимать доминирующее положение на открытых работах всех отраслей горной промышленности. При разработке пластовых месторождений угля, марганцевых руд и горно-химического сырья успешно применяются высокоэффективные бестранспортные и транспортно-отвальные системы разработки.

Известны также классификации систем О. р. м. Е. Ф. Шешко (1950), В. В. Ржевского (1963) и др.

Совершенствование О. р. м. осуществляется с помощью комплексной механизации и оптимизации параметров горных работ и оборудования, разработки и внедрения новых рациональных технологических схем, преимущественного использования взрывчатых веществ простейшего состава, применения техники непрерывного действия, увеличения области применения бестранспортных систем разработки и циклично-поточной технологии на базе основного карьерного и специально создаваемого оборудования, применения оптимальных схем комбинированного транспорта.

Перспективы разработки углей открытым способом в СССР базируются на месторождениях, расположенных в восточных районах страны (главным образом Канско-Ачинский, Кузнецкий и Экибастузский бассейны), где сосредоточено около 98% геологических запасов угля, пригодного для открытой разработки. Добыча железной руды открытым способом концентрируется на месторождениях Украины (Криворожский бассейн), Центра (Курская магнитная аномалия), Казахстана (Соколовско-Сарбайское, Качарское, Лисаковское, Аятское месторождения) и Урала. Добыча руд цветных металлов открытым способом преимущественно осуществляется в Сибири и Казахстане.

За рубежом при помощи О. р. м. добывается примерно 30% угля, около 75% железных руд, до 80% руд цветных металлов, свыше 90% неметаллических полезных ископаемых (асбест, графит, каолин, слюда, тальк), почти 100% нерудных строительных материалов. Наибольшее количество О. р. м. имеется в США; открытым способом ведётся добыча полезных ископаемых также в Австралии, странах Южной Америки (Бразилия, Венесуэла и др.), Канаде, Китае, Европе (ГДР, ФРГ, ПНР, ЧССР).

При добыче руд наибольшее распространение имеет транспортная система, применяющая транспортные средства большой грузоподъёмности (например, автосамосвалы с ёмкостью кузова свыше 100 м 3 ) и экскаваторы с большими параметрами (ёмкость ковша мехлопаты до 20 м 3 ). При добыче угля в США распространена бестранспортная система разработки с экскаваторами больших параметров (вскрышные мехлопаты с ковшом ёмкостью до 150 м 3 и драглайны — до 160 м 3 ), в ГДР и ФРГ — мощные транспортно-отвальные комплексы (см. Транспортно-отвальный мост). При добыче нерудных строительных материалов используется циклично-поточная технология, при которой в карьере располагаются стационарные или самоходные дробильно-сортировочные установки.

Лит.: Виницкий К. Е., Параметры систем открытой разработки месторождений, М., 1966; Ржевский В. В., Технология и комплексная механизация открытых горных работ, М., 1968; Мельников Н. В., Краткий справочник по открытым горным работам, 2 изд., М., 1968; Развитие открытых горных работ в СССР, под ред. Н. В. Мельникова, М., 1968; Проектирование карьеров, М., 1969; Симкин Б. А., Технология и процессы открытых горных работ, М., 1970; Арсентьев А. И., Определение производительности и границ карьеров, 2 изд., М., 1970; Юматов Б. П., Бунин Ж. В., Строительство и реконструкция рудных карьеров, М., 1970; Вопросы выбора производственной мощности карьера, М., 1971; Будущее открытых горных разработок. [Сб. статей], М., 1972; Теория и практика открытых разработок, М., 1974; Surface mining, ed. Е. P. Pfleider, N. Y., 1968; Sinclair Y., Quarrying, opencast and alluvial mining, Amst., 1969; Opencast mining, quarrying and alluvial mining, L., 1965; Samujłł J. S., Roboty strzelnicze w górnictwe odkrywkowym, Katowice, 1968; Hawrylak H., Sobolski R. C., Maszyny podstawowe górnictwa odkrywkowego, Katowice, 1967; Wiśniewski S., Zasady projektowania i budowy kopalń odkrywkowych, Katowice, 1971; Memento des mines et carrieres, 14 ed., P., 1972; Poradnik górnictwa odkrywkowego, Katowice, 1968.

Рис. 1. Вскрытие месторождения при открытой разработке: 1 — карьер; 2 — капитальная траншея; 3 — разрезная траншея; 4 — наклонная выработка для транспортировки полезного ископаемого; 5 — отвал пустых пород.

Рис. 2. Циклично-поточная технология открытой разработки месторождений: 1 — буровой станок; 2 — экскаватор; 3 — автосамосвал; 4 — бункер; 5 — грохот; 6 — дробилка; 7 — ленточный конвейер; 8 — перегружатель.

Рис. 3. Системы открытой разработки: а — бестранспортная; б — транспортно-отвальная; в — транспортная (наклонные пласты); г — транспортная (крутые пласты). Стрелками показано направление развития горных работ.

источник

Расчет параметров карьера и определение срока его службы. Показатели трудности осуществления основных производственных процессов. Подготовка горных пород к выемке, расчет параметров перемещения груза в карьере и отвалообразование вскрышных работ.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный открытый университет

Губкинский институт (филиал)

Кафедра техники и технологии горного производства

По дисциплине: «Основы горного дела»

На тему: «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых»

1. Задание на курсовой проект

3. Физико-технические свойства

4. Расчет параметров карьера.

4.1 Определяем горизонтальную мощность залежи

4.2 Определение периметра дна карьера

4.3 Определяем площадь дна карьера

4.4 Определяем глубину карьера по формуле профессора Боголюбова Б.П

4.5 Угол откоса борта карьера

4.6 Определяем объем полезного ископаемого максимально извлекаемого из карьера в конечных контурах

4.7 Определяем объем горной массы в контурах карьера (м3)

4.9 Коэффициент вскрыши (средний промышленный)

4.10 Размеры карьера на дневной поверхности

5. Определение срока службы карьера

6. Определяем показатели трудности осуществления основных производственных процессов

6.1 Показатель трудности разрушения породы (рр)

6.2 Показатель трудности бурения породы

6.3 Взрываемость горных пород

7. Подготовка горных пород к выемке

7.1 Расчет параметров буровзрывных работ

7.3 Выбор типа бурового станка

8. Расчет параметров выемочно-погрузочных работ

8.2 Определяем параметры забоя

8.3 Расчет производительности экскаватора

8.4 Определение парка экскаваторов

9. Расчет параметров перемещения груза в карьере

9.1 Железнодорожный транспорт

9.2 Расчет полезной массы поезда

9.3 Расчет провозной и пропускной способности пути

9.4 Расчет подвижного состава железнодорожного транспорта

9.5 Расчет парка подвижного состава автотранспорта

10. Отвалообразвание вскрышных пород

11. Сводная таблица показателей курсового проекта

1. Задание на курсовой проект

В курсовом проекте «Разработка месторождения полезного ископаемого открытым способом», рекомендуется изложить решение 7-8-и задач, относящихся к основным технологическим процессам горного производства:

· Рассчитать параметры карьера;

· Определить коэффициент вскрыши;

o р_р — трудности разрушения пород вскрыши и полезного ископаемого;

o взрываемости пород вскрыши и полезного ископаемого (эталонный удельный расход ВВ, г/м 3 );

· Выполнить расчет буровзрывных работ:

o выбор бурового станка, определение качества буровых станков;

o расчет параметров взрывных скважин;

o расчет проектного удельного расхода ВВ;

o расчет массы заряда в скважине

o схема размещения зарядов на взрываемом блоке;

o паспорт буровзрывных работ в масштабе (на листе А-4);

· Выполнить расчет экскавационных работ:

o выбор экскаватора, техническая характеристика выбранного экскаватора;

o расчет производительности экскаватора;

o определение потребного парка экскаваторов;

o параметры забоя экскаватора;

o паспорт забоя экскаватора в масштабе;

· Перемещение горной массы в карьере и за его пределы:

o расчет полезной массы поезда;

o расчет пропускной и привозной способности дороги, рабочий и инвентарный парк подвижного состава;

· Отвалообразование, расчеты параметров;

· Сводная таблица применяемого основного и вспомогательного горного оборудования.

Угол падения залежи полезного ископаемого

Мощность толщи полезного ископаемого

Размер залежи полезного ископаемого по простиранию

Граничный коэффициент вскрыши

автомобильный — перегрузка — ж.д. транспорт

Расстояние перевозки груза:

3. Физико-технические свойства

Средний размер отдельности

Угол откоса борта карьера:

Руководящий подъем в траншеи i_р = 30 ‰

Расстояние до верхнего горизонта добычи от поверхности h = 25.

4. Расчет параметров карьера

4.1 Определяем горизонтальную мощность залежи

б — угол падения залежи, градус.

4.2 Определение периметра дна карьера

где Р_д — периметр дна карьера, м;

L_д — длинна залежи по простиранию, м;

В_д — ширина дна карьера, изменяется в зависимости от применяемой техники (В_д =30 — 40).

4.3 Определяем площадь дна карьера

4.4 Определяем глубину карьера по формуле профессора Боголюбова Б.П

к_изв=(0,95 — 0,98) — коэффициент извлечения полезного ископаемого при открытом способе разработки;

к_гр — граничный коэффициент вскрыши м 3 /м 3 ;

в_в — угол откоса борта карьера в конечном положении по висячему боку;

в_л — угол откоса борта карьера в конечном положении по лежачему боку;

Если породы висячего и лежачего боков имеют равновеликие свойства и отрабатываются под одним углом откоса борта в конечном положении в_л=в_в=в_ср, тогда

При ориентировачных расчетах можно пользоваться данными Гипроруды [стр. 18 П.И. Томаков, И.Н. Наумов; изд II е]:

Коэффициент крепости пород по шкале проф. М.М. Портодьяконова

Угол откоса борта (градусы) при глубине карьера, м

В высшей степени крепкие и очень крепкие

Крепкие и довольно крепкие

4.6 Определяем объем полезного ископаемого максимально извлекаемого из карьера в конечных контурах

m_г — горизонтальная мощность залежи, м 3 ;

Н_к — глубина карьера в конечном положении, м;

В_д — ширина дна карьера в конечном положении, м;

в_в — угол откоса борта карьера в конечном положении, градус;

L_д — длинна залежи по простиранию, м.

V_п.и.=[93*196-(93-40) 2 *tg41/4]*2600=45805613 м 3 .

4.7 Определяем объем горной массы в контурах карьера (м 3 )

S_д — площадь подошвы карьера в конечном положении, м 2 ;

Н_к — конечная глубина карьера, м;

Р_д — периметр дна карьера, м;

в_к — угол откоса борта карьера в конечном положении, градус;

V_г.м.=104000*196+5280*196 2 *ctg41/2+р*196 3 *ctg 2 41/3=141089902 м 3 .

V_в=141089902-45805613=95284289 м 3 .

4.9 Коэффициент вскрыши (средний промышленный)

к_ср=95284289/45805613=2.1 м 3 / м 3 .

4.10 Размеры карьера на дневной поверхности

S_п.к=104000+5280*196*ctg41+р*196 2 *ctg41=1433328 м 2 .

5. Определение срока службы карьера

В исходных данных установлен грузопоток по добыче полезного ископаемого W_п.и., м 3 /смен. (за смену).

По нормам технологического проектирования для рудных карьеров режим работы принимается круглогодовой при непрерывной семидневной неделе — число рабочих дней в году для средней полосы — 300.

Число рабочих смен в сутки — три по 8 часов каждая.

Тогда годовой объем добычи(А_г, м 3 /год):

N=300 — количество рабочих дней в году,

W_п.и — сменный грузопоток по добыче (м 3 или т)

V_п.и — запасы полезного ископаемого в контурах карьера, м 3 или т.

С учетом разработки и затухания карьера

6. Определяем показатели трудности осуществления основных производственных процессов

к_т — коэффициент трещеноватости;

у_сж — предел прочности горной породы при одноосном сжатии;

у_сдв — предел прочности при сдвиге;

у_раст — предел прочности при растяжении;

g=9,81 м/сек 2 — ускорение свободного падения;

Если г=Н/дм 3 , то формула приобретает вид:

Для пород полезного ископаемого:

6.2 Показатель трудности бурения породы

г — плотность породы, т/м 3 , если г= Н/дм 3 , то

Для пород полезного ископаемого:

6.3 Взрываемость горных пород

Определяем удельный эталонный расход ВВ [q_э, г/м 3 ],

g=9,81 м/сек 2 — ускорение свободного падения;

г — плотность породы, т/м 3 , если г= Н/дм 3 , то

Для пород полезного ископаемого

7. Подготовка горных пород к выемке

Если на проектируемом участке вскрыши или добычи горные породы подготавливаются к выемке с помощью буровзрывных работ, а в выемке учавствуют экскаваторы (ЭКГ), прямые мехлопаты с ковшом, производится расчет буровзрывных работ. Проведение буровзрывной подготовки определяется показателем трудности разрушения (р_р), показателем буримости (р_б), взрываемостью (q_э) и крепостью породы по Портодьяконову.

Если вскрышные породы (наносы с вмещающие породы) имеют f?4, расчет взрывных пород не производится, разрушение горных пород выполняет ЭКГ.

7.1 Расчет параметров буровзрывных работ

Определяем проектный удельный расход ВВ (проектируем взрыв):

к_перв(иногда обозначают к_вв) — переводный коэффициент от эталонного ВВ (аммонит И6ЖВ);

Коэффициенты перевода ВВ на аммонит №6 по работоспособности:

источник

5.1. Общие сведения

Под системой открытой разработки месторождения понимается определенный порядок выполнения во времени и в пространстве горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ. В условиях данного карьера принятая система разработки должна обеспечивать безопасную, экономичную и наиболее полную выемку кондиционных запасов полезного ископаемого при соблюдении мер по охране окружающей среды.

При разработке горизонтальных и пологих залежей горно-подготовительные работы заканчиваются в период строительства карьера. В этом случае в процессе эксплуатации месторождения отпадает необходимость вскрытия новых горизонтов и система разработки характеризует порядок выполнения вскрышных и добычных работ. В случае добычи полезных ископаемых, выходящих непосредственно на поверхность, вскрышные работы отсутствуют или не имеют существенного значения. Тогда система разработки характеризует порядок выполнения добычных и горно-подготовительных работ по вскрытию новых горизонтов.

Для выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ в определенном объеме и порядке применяется различное горное и транспортное оборудование. На карьерах необходимо стремиться обеспечить такую технологию, при которой все основные и вспомогательные процессы и операции полностью механизированы, а применяемые машины и механизмы по своей мощности и производительности взаимоувязаны и обеспечивают заданный темп горных работ, что соответствует принципам комплексной механизации. Комплексная механизация открытых горных разработок имеет своей целью не только замену тяжелого ручного труда механизированным, но и получение наилучших технико-экономических показателей. Поэтому для выполнения основных и сопутствующих им вспомогательных процессов и операций изыскиваются по возможности наилучшие технические решения, которые позволяют получить высокие экономические результаты. Комплекс горного, транспортного, дробильно-сортировочного и вспомогательного оборудования на карьере, обеспечивающий планомерную выемку горной массы в забоях и перемещение вскрыши на отвалы, а полезного ископаемого к складам и потребителям, составляет структуру комплексной механизации карьера. Система разработки месторождения и структура комплексной механизации данного карьера взаимосвязаны.

Параметры элементов системы разработки (высота уступов, ширина рабочих и нерабочих площадок, длина фронта работ, скорость подвигания фронта работ, размеры панелей и заходок и др.) взаимосвязаны с рабочими параметрами и мощностью комплекса оборудования. Поэтому они должны рассматриваться в единстве на основе единой методики расчета технологии производства вскрышных и добычных работ и технологических характеристик комплекса оборудования. Для осуществления такого единства технологии и комплексной механизации открытых разработок акад. В. В. Ржевским введено понятие технологических комплексов вскрышных и добычных работ как совокупности комплексов оборудования и технологических решений (в первую очередь по системам разработки и вскрытию, их параметрам), совместно обеспечивающих безопасное, высокопроизводительное и экономичное выполнение горных работ в заданных объемах. Технологические комплексы горных работ различаются типами применяемых комплексов оборудования, а их варианты — моделями и параметрами горного и транспортного оборудования, а также вариантами с технологической расстановки оборудования. При одинаковом оборудовании технологический комплекс может быть организован различным взаимным положением оборудования в плане и по высоте рабочей зоны карьера. При этом изменяются только технологические параметры вскрышных и добычных работ. Такие варианты технологических комплексов называются схемами э к с к а в а ц и и.

5.2. Элементы системы разработки и их параметры

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

Уступы. Главным параметром уступа является его высота h_y, 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 т.д. 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. При этом в соответствии с Правилами технической эксплуатации при разработке скальных и полускальных пород высота уступа не должна превышать максимальную высоту черпания экскаватора более чем в 1,5 раза при условии, что высота развала не будет превышать максимальную высоту черпания экскаватора при однорядном и двухрядном вгрызании. В случае многорядного взрывания высота развала может быть в 1,5 раза больше максимальной высоты черпания экскаватора, однако при экскавации пород в этом случае необходимо принимать меры, исключающие образование и произвольное обрушение козырьков и нависей. При верхней погрузке экскаваторами с удлиненным рабочим оборудованием высота уступа определяется параметрами экскаваторов. При разработке сложно-структурных залежей потерн и разубоживание увеличиваются с увеличением высоты уступов. В этом случае высота уступа не должна превышать высоты черпания экскаватора. Иногда с целью уменьшения потерь при разработке уступ разделяется на два подуступа.

Опыт разработки месторождений простого строения показывает, что рациональная высота уступа находится в пределах 11— 14 и 16—19 м соответственно для экскаваторов с ковшом вместимостью 3—5 и 8—12,5 м 3 . В конкретных условиях высота уступа определяется с учетом перечисленных выше факторов и может отклоняться от указанных выше значений.

Угол а откоса уступа зависит от физико-технических свойств горных пород, применяемого оборудования и продолжительности стояния уступов.

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. Минимальная ширина В_р.п рабочей площадки при разработке скальных пород с использованием мехлопат и колесного транспорта складывается из ширины х развала взорванной породы, безопасного расстояния С от нижней бровки развала до транспортной полосы, ширины Т транспортной полосы, ширины П_в промплощадки для вспомогательного оборудования и ширины z бермы безопасности (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема к определению ширины рабочей площадки уступа

При разработке мягких пород вместо ширины развала принимается ширина А заходки по целику. Ширина х развала зависит от свойств пород, методов взрывания, величины и типа зарядов ВВ, расположения зарядов па уступе, высоты уступа, порядка взрывания скважин. Для ориентировочных расчетов можно принимать следующую ширину развала: в легковзрываемых породах

x= 1,2h_y,, в средневзрываемых x=2,3h_y и в трудновзрываемых x=3h_y. Ширина транспортной полосы зависит от типа транспортных средств и схемы их движения. Величина П_в принимается равной 2,5—3,5 м. Ширина бермы безопасности определяется шириной призмы возможного обрушения.

При использовании мехлопат ЭКГ-5 и ЭКГ-8 и железнодорожного транспорта минимальная ширина рабочей площадки составляет соответственно 26—31 и 29—33 м в мягких породах, 39— 52 и 45—60 м в скальных. В случае использования автотранспорта ширина рабочей площадки составляет 23—30 и 37—52 м соответственно в мягких и скальных 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 вскрытие 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.

Первоначальный фронт горных работ может быть расположен вдоль длинной и короткой осей карьерного поля, а также концентрически.

Расположение фронта работ вдоль длинной оси карьерного ноля создает благоприятные условия для интенсивной разработки месторождения и создания больших объемов вскрытых запасов. Однако такое расположение фронта требует выполнения большого объема горно-капитальных работ при строительстве карьера и большой длины транспортных коммуникаций. Его целесообразно применять при малой мощности вскрышных пород. При расположении фронта работ вдоль короткой оси объемы горно-капитальных работ и длина транспортных коммуникаций относительно небольшие. Но при этом резервы увеличения производительности карьера и создания вскрытых запасов полезного ископаемого ограничены. Усложняются вскрытие уступов и эксплуатация транспортных коммуникаций из-за часто их переустройства. Так располагать фронт целесообразно при большой мощности вскрыши. В этом случае, как правило, используются мобильные виды транспорта. Концентричное расположение фронта вызывает необходимость изменения его протяженности в процессе работы карьера. Такое расположение фронта обеспечивает минимальные объемы горно-капитальных работ и высокий темп углубки.

Фронт работ уступа может перемещаться параллельно длинной или короткой оси карьерного поля от одной его границы к другoй (однобортовая выемка), параллельно длинной или короткой карьерного поля от промежуточного положения к границам (двухбортовая выемка), радиально от центра выемочного слоя к его границам или от периферийных участков к центру, по вееру с поворотным пунктом, расположенным на границе карьерного ноля или вблизи нее. Длина фронта работ уступа L_ф.у и скорость его подвигания v_ф должны обеспечивать работу экскаваторов с заданной годовой эксплуатационной производительностью, определяемой по формуле

где N_э.— количествоэкскаваторов, работающих на данном уступе.

Число экскаваторов на уступе может быть различным при использовании мощного оборудования желательно на уступе один экскаватор, производительность которого равняется запланированному объему работ. Это позволяет улучшить организацию работ на уступе и способствует повышению производительности оборудования.

При малой длине фронта работ и небольшой скорости его подвигания возникает необходимость отработки группы уступов одним экскаватором, что связано с периодической перестройкой транспортных коммуникаций. Перегон экскаваторов (особенно мощных) с уступа на уступ связан со снижением их производительности и нежелателен по техническим причинам.

При работе на уступе двух экскаваторов и более фронт работ уступа делится на отдельные экскаваторные блоки, длина которых для экскаваторов ЭКГ-5 и ЭКГ-8 составляет 500—600 и 1000— 1400 м соответственно при использовании автомобильного и железнодорожного транспорта.

Скорость подвигания фронта работ зависит от мощности оборудования, мощности залежи, производительности карьера и других факторов и изменяется в пределах 30—250 м в год. Обычно годовая скорость подвигания фронта работ изменяется в пределах 70—140 м.

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. В рабочей зоне карьера каждый экскаватор в процессе работы занимает определенную горизонтальную площадь S_б, которая характеризуется шириной рабочей площадки Ш_р.п и длиной L_б экскаваторного блока. Обычно S_б= 20—40 тыс. м 2 при железнодорожном транспорте и S_б= 5—20 тыс. м 3 при автомобильном транспорте.

Число экскаваторных блоков (панелей), которое может разместиться в рабочей зоне карьера, определяется по формуле:

где S_р.з — площадь горизонтальной проекции рабочей зоны, м 2 k_о=0,85-0,93—коэффициент, учитывающий наличие откосов уступов в рабочей зоне; f = 0,7—0,8 — коэффициент, учитывающий наличие резервных (нерабочих) блоков, k_н —. коэффициент использования площади рабочей зоны.

В процессе разработки месторождения изменение рабочей зоны происходит различно. В период строительства карьера и освоения проектной мощности рабочая зона увеличивается в плане и по высоте при разработке месторождений любых типов. В период освоения проектной мощности карьера рабочая зона достигает максимального значения. При разработке горизонтальных и пологих месторождений высотное положение рабочей зоны изменяется незначительно (в основном вследствие изменения рельефа поверхности или погружения полезного ископаемого) и ее размеры в плане изменяются лишь частично за счет изменения конфигурации карьерного поля.

Горно-подготовительные работы в период эксплуатации таких месторождений отсутствуют. Рабочая зона при разработке горизонтальных и пологих залежей обычно непрерывна как по вскрышным, так и по добычным работам и сравнительно постоянна по размерам. Поэтому она называется сплошной. В условиях наклонных и крутых месторождений рабочая зона постепенно понижается вместе с углубкой горных работ. За счет нарезки новых уступов она увеличивается до тех пор, пока верхние горизонты не достигнут конечных или промежуточных (этапных) границ карьера на поверхности.

После достижения границ карьера на поверхности горные работы на верхних горизонтах прекращаются и рабочая зона смещается но вертикали (углубляется) и уменьшаются ее размеры. Поэтому при разработке наклонных и крутых залежей рабочая зона называется углубляющейся.

Основные показатели системы разработки: скорость подвигания уступов, скорость углубки карьера, производительность с единицы рудного и породного фронтов работ, производительность с 1 м 2 рабочей зоны (вскрышной, добычной).

5.3. Классификации систем разработки

Правильный выбор системы разработки обеспечивает экономичную и безопасную разработку при рациональном использовании запасов месторождения и охрану окружающей среды.

Существует несколько классификаций систем открытой разработки. Наиболее распространенными являются классификации (табл. 5.1—5.3) проф. Е.Ф. Шешко — по направлению перемещения вскрышных пород в отвалы; акад. Н.В. Мельникова — по способу транспортирования вскрышных пород на отвалы; акад. В.В. Ржевского — по направлению подвигания фронта горных работ.

В основу классификации, предложенной проф. Е. Ф. Шешко (табл. 5.1 и рис. 5.2), положен признак перемещения вскрышных пород в отвалы. Эта классификация включает следующие группы систем:

Группа А включает системы с поперечным перемещением вскрыши в отвалы без применения транспортных средств (бестранспортные системы).

Группа Б включает системы с продольным (вдоль фронта) перемещением вскрыши в отвалы с применением транспортных средств (транспортные системы).

Группа В включает комбинированные системы с поперечным и продольным перемещением вскрыши в отвалы. Эти системы являются комбинацией транспортных и бестранспортных систем.

Системы с поперечной перевалкой вскрыши во внутренние отвалы являются технологически наиболее простыми и экономичными. Однако перевалка породы в рабочих органах экскаваторов ограничивает параметры этих систем и область их применения. Здесь жестко взаимоувязаны вскрышные и добычные работы, а объем вскрытых запасов строго ограничен.

Системы с продольной перевозкой вскрыши на отвалы более сложны и менее экономичны. Однако у них нет такой жесткой взаимоувязки вскрышных и добычных работ, а вскрытые запасы могут быть созданы в большом объеме. Область применения этих систем более широкая.

Классификация систем открытой разработки по Е.Ф. Шешко

Все системы открытой разработки по этому признаку разделены на бестранспортные, транспортные и комбинированные.

Бестранспортные системы разработки характеризуются тем, что вскрышные породы перемещаются экскаваторами или отвалообразователями во внутренние отвалы. При системе разработки с непосредственной экскаваторной перевалкой вскрыши (рис. 5.2, А-1) перемещение породы из забоя до отвала производится вскрышными экскаваторами, обычно механическими лопатами и драглайнами, которые одновременно являются также отвальными экскаваторами.

При системе разработки с кратной экскаваторной перевалкой вскрыши (рис. 5.2, А-2) перемещение породы из забоя до отвала производится вскрышными и отвальными экскаваторами, работающими совместно.

Рис. 5.2. Классификация систем разработки по Е. Ф. Шешко

При системе разработки с перевалкой вскрыши отвалообразователями (рис. 5.2., А-3) перемещение породы из забоя до отвала производится консольными отвалообразователями и транспортно-отвальными мостами.

При всех бестранспортных системах разработки порода перемещается из забоя в отвалы поперек фронта работ, т. е. по кратчайшему расстоянию. Поэтому системы с перевалкой породы во внутренние отвалы являются наиболее простыми и, как правило, наиболее экономичными. Однако они могут применяться только при пологих углах падения и не слишком большой мощности пластов. Кроме того, при этих системах существует жесткая связь между вскрышными и добычными работами, так как количество вскрываемых запасов ограничивается рабочими параметрами и мощностью вскрышных и отвальных машин.

Транспортные системы разработки характеризуются перевозкой вскрышных пород при помощи транспортных средств.

При системе разработки с перевозкой во внутренние отвалы (рис 5.2, Б-4) порода перемещается на сравнительно короткое расстояние по пути с благоприятным профилем, обычно без подъема в грузовом направлении.

Система с перевозкой породы на внешние отвалы (рис. 5.2, Б-5) характеризуется перемещением породы на более значительные расстояния, обычно по пути с подъемом в грузовом направлении.

Система с перевозкой породы частично на внутренние и частично на внешние отвалы (рис. 5.2, Б-6)имеет признаки первых двух систем этой группы.

Транспортные системы разработки сложнее бестранспортных и менее экономичны. Но они могут применяться при любых условиях залегания месторождения и поэтому получили большее распространение. При этих системах зависимость между подвиганием вскрышного и добычного фронта работ менее жесткая, в зависимости от потребности можно вскрыть необходимое количество запасов.

Применяют также комбинированные системы, сочетающие признаки бестранспортных и транспортных систем. По признаку относительного преобладания перевалки или перевозки выделяют систему с частичной перевозкой пустых пород во внутренние или внешние отвалы (рис. 5.2, В-7)и систему с частичной перевалкой пустых пород во внутренние отвалы (рис. 5.2, В-8).

В первом случае благодаря частичной перевозке породы, обычно с верхних уступов, расширяется возможность использования технико-экономических преимуществ бестранспортных систем разработки. Во втором случае частичное применение перевалки породы во внутренние отвалы, обычно с нижних уступов карьера, позволяет улучшить технико-экономические показатели транспортных систем разработки, так как транспортные подступы к нижним горизонтам карьера оказываются обычно более трудными.

Относительная сложность и экономичность комбинированных систем разработки зависят от доли участия перевозки и перевалки. Чем больший объем пород будет разрабатываться по бестранспортной системе, тем экономичнее комбинированная система разработки.

В основу классификации, предложенной акад. Н. В. Мельниковым, положен способ производства вскрышных работ. Классификация включает следующие системы разработки: бестранспортную, экскаватор-карьер, транспортно-отвальную, специальную, транспортную и комбинированную (табл. 5.2).

Специальными названы системы разработки, при которых вскрышные породы удаляются: башенными экскаваторами, колесными скреперами, кабель-кранами или гидромеханизацией.

Классификация систем разработки, в основу которых положены направление перемещения вскрыши в отвалы и способ производства вскрышных работ, в неполной мере отражают порядок разработки месторождения. Эти классификации не характеризуют порядок производства добычных работ, а также порядок развития фронта и рабочей зоны карьера.

Наиболее универсальной является классификация систем разработки, в основу которой положены горно-геологические и геометрические предпосылки, характеризующие порядок производства вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ.

В основу классификации, предложенной акад. В. В. Ржевским (табл. 5.3 и рис. 5.3), положены горно-геологические и горно-геометрические классификационные признаки, определяющие порядок ведения в карьере горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ в пространстве и во времени, а именно: расположение фронта работ в плане, направление выемки пустых

Классификация систем открытой разработки по Н.В. Мельникову

Классификация систем открытой разработки по В.В. Ржевскому

Примечание. К наименованию системы добавляется: «с внешними (или внутренними) отвалами»

Рис. 5.3. Схемы систем открытой разработки месторождений по классификации

а — сплошные системы (с постоянным положением рабочей зоны);

о — однобортовое направление выемки в плане; д – то же, двухбортовое;

ц — то же, центральное; п — то же периферийное; р — то же, рассредоточенное

пород и полезного ископаемого в плане, места расположения отвалов, изменение рабочей зоны по мере отработки месторождения, угол наклона слоя.

По классификации В. В. Ржевского (см. рис. 5.3) все системы разделены на сплошные с постоянной рабочей зоной и применяются в основном для крутопадающих и наклонных залежей. Для первой группы характерна постоянная или медленно и мало изменяющаяся рабочая зона, для второй —переменная.

Как сплошные, так и углубочные системы разработки в зависимости от расположения фронта работ в плане подразделяются на продольные — Д, поперечные — П, веерные — В, кольцевые — К системы. В зависимости от направления выемки продольные и поперечные системы могут быть однобортовыми или двухбортовыми, веерные — центральными и сосредоточенными, кольцевые центральными и периферийными.

Кроме того, системы характеризуются местом расположения отвалов (внутренние или внешние) и направлением выемки в профиле (горизонтальными, наклонными или крутыми слоями).

На рис. 5.3 схематично показаны некоторые наиболее распространенные

системы разработки горизонтальных и пологопадающих месторождений и крутопадающих наклонных месторождений. В группе сплошных, выделены следующие системы:

· продольная однобортовая с внутренними отвалами, слабопеременной рабочей зоной, отрабатываемой в верхней части горизонтальными, в нижней —наклонными слоями (см. рис. 5.3, СД);

· поперечная двухбортовая с внешними отвалами, постоянной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями (см. рис. 5.3, СП);

· веерная центральная с внутренними отвалами, постоянной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями (см. рис. 5.3, СВ). Веерная рассредоточенная отличается от веерной центральной тем, что поворотный пункт по мере отработки месторождения периодически переносится, вследствие чего карьерное поле разделяется на ряд последовательно отрабатываемых секторов;

· кольцевая периферийная с внутренними отвалами и слабо переменной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями (рис. 5.3, СК). Здесь горные работы начинаются от границы карьерного поля и перемещаются к его центру, а при кольцевой центральной, наоборот, от центра к границе.

В группе углубочных выделены следующие системы:

· продольная двухбортовая с внешними отвалами и переменной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями (рис. 5.3, УД);

· поперечная однобортовая с внешними отвалами и переменной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями (рис. 5.3, УП);

· кольцевая центральная с внешними отвалами и переменной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями рис. 5.3, УК).

Технологическая классификация систем открытой разработки. Исходя из сложившейся практики применения различных классификаций и потребностей проектирования и планирования горных работ, целесообразно объединить указанные классификации, учтя при этом обе группы классификационных признаков — способ перемещения вскрыши, как важнейший технологический производственный процесс, а также конструкцию рабочей зоны и порядок развития в ней горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ, как важнейший признак технологии открытых горных работ. В предложенной классификации выделены следующие группы на основе классификационных признаков, расположенных по значению в убывающем порядке (табл. 5.4).

В зависимости от способа перемещения вскрыши системы открытой разработки делятся на три класса — бестранспортные транспортные и комбинированные.

В классе транспортных систем выделены два подкласса — сплошные с постоянной высотой рабочей зоны и углубочные — с переменной высотой рабочей зоны.

Технологическая классификация систем открытой разработки

В зависимости от расположения фронта работ в плане и направления его перемещения классы и подклассы разделены соответственно на группы (продольные, поперечные, веерные и кольцевые) и подгруппы (однобортовые, двухбортовые, центральные, рассредоточенные, периферийные).

Классификационные признаки позволяют формировать наименование систем разработки. В зависимости от конкретных горно-геологических условий значение того или иного признака может меняться, что должно находить соответствующее отражение в наименовании системы разработки для данного месторождения.

Таким образом, на основе предлагаемой классификации может быть сформировано наименование системы разработки, наиболее полно характеризующее как способ перемещения вскрыши, так и конструкцию рабочей зоны, ее развитие в конкретных горно-геологических условиях, например:

· бестранспортная продольная однобортовая; транспортная сплошная с веерным однобортовым фронтом и внутренними отвалами;

· транспортная углубочная двухбортовая с поперечным расположением фронта работ и т. д.

Дата добавления: 2017-06-13 ; просмотров: 7605 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник