Лекции открытые горные работы

Рис. 8.3. Рабочая зона карьера  при разработке горизонтальных (а) и крутых (б\ залежей (цифрами показаны этапы изменения положения рабочей зоны карьера); К - конечный контур карьера

 

Рис. 8.2. Расположение и  порядок перемещения фронта горных работ:

а - перемещение фронта от одной границы к другой параллельно  длинной оси карьерного поля-б - то же параллельно короткой оси; в, г - перемещение фронта от промежуточного положения к границе параллельно длинной и короткой оси карьерного поля соответственно- д - перемещение фронта радиально от центра к границам карьерного поля; е - то же , от границ к центру; ж, з - веерное перемещение фронта соответственно с поворотным пунктом на границе карьерного поля и вблизи нее.

Классификация систем разработки

Наибольшее применение в горнотехнической литературе и практике получили классификации систем разработки, предложенные чл.-корр. АН СССР В.В.Ржевским, проф. Е.Ф.Шешко и акад. Н.В.Мельниковым.

В основу классификации, предложенной чл.-корр. АН СССР В.В.Ржевским (табл. 9.1), положены горно-геологические и геометрические предпосылки, характеризующие порядок разработки месторождения. Согласно этой классификации имеет место существенное различие систем разработки горизонтальных и пологих месторождений и наклонных и крутых месторождений. Системы разработки горизонтальных месторождений характеризуются только порядком выполнения вскрышных и добычных работ, так как горно-подготовительные работы на таких месторождениях заканчиваются в период строительства карьера. Возобновиться горно-подготовительные работы могут только  в период реконструкции карьера. Такие системы разработки называются сплошными (с постоянной рабочей зоной).

Системы разработки наклонных  и крутых месторождений характеризуются  порядком выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ, так как горно-подготовительные работы на таких месторождениях ведутся как в период строительства карьера, так и в процессе его работы (для воссоздания фронта вскрышных и добычных работ нарезаются очередные по глубине уступы). Такие системы разработки называются углубочными (с переменой рабочей зоной).

Месторождения со сложным  топографическими и горно-геологическими условиями могут разрабатываться  смешанными (углубочно-сплошными)   системами.

Порядок разработки месторождения  связан с развитием горных работ  по отношению к контурам карьерного поля. В связи с этим различают следующие системы по направлению выемки в плане:

продольные однобортовые и двухбортовые, когда фронт вскрышных  и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного поля;

поперечные однобортовые и двухбортовые, когда фронт вскрышных  и добычных работ перемещается параллельно короткой оси карьерного поля;

веерные, когда фронт  вскрышных и добычных работ перемещается по вееру с центральным (общим) или  рассредоточенным (два и более) поворотными  пунктами;

кольцевые, когда фронт вскрышных и добычных работ имеет форму кольца и разработка ведется от центра к границам карьерного поля или от границ к центру.

Рис. 3.16  Системы открытой разработки месторождений полезных ископаемых: а — сплошные; б — углубочные; о — однобортовое направление выемки в плане; д —то же, двухбортовое; ц — то же, центральное; n — то же, периферийное; р — то же, рассредоточенное

 

Таблица  Классификация  систем открытой разработки месторождений
Индекс группы	Группа систем	Индекс подгруппы	Подгруппа	Индекс системы	Система разработки
С	Сплошные	СД	Сплошные продольные	сдо сдд	Сплошная продольная однобортовая Сплошная продольная двухбортовая
		СП	Сплошные поперечные	спо спд	Сплошная поперечная однобортовая Сплошная поперечная двухбортовая
		СВ	Сплошные веерные	свц СВР	Сплошная веерная центральная  Сплошная веерная рассредоточенная
		СК	Сплошные кольцевые	скц скп	Сплошная кольцевая  центральная Сплошная кольцевая периферийная
У	Углубочные	УД	Углубочные продольные	УДО УДД	Углубочная продольная однобортовая Углубочная продольная двухбортовая
		УП	Углубочные поперечные	УПО УПД	Углубочная поперечная однобортовая Углубочная поперечная двухбортовая
		УВ	Углубочные веерные	УВР	Углубочная веерная  рассредоточенная
		УК	Углубочные кольцевые	УКЦ	Углубочная кольцевая
УС	Смешанные (утлубочно-сплошные)		При м е ч а ни е. К наименованию системы То же, в различных  сочетаниях добавляется: *с внешними (или внутренними) отвалами».

В основу классификации, предложенной проф. Е.Ф.Шешко (табл. 9.2) положено направление 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 большем объеме. Область применения этих систем  более широкая.

Таблица 3.5

Классификация систем открытой разработки месторождений (по Е. Ф. Шешко)

Группа систем А —  с поперечным перемещением породы в отвал без транспортных средств		Группа систем Б—с  продольным (фронтальным) перемещением породы в отвалы при помощи транспортных средств		Группа систем В —  комбинированные
Обозначение системы	Система разработки	Обозначение системы	Система разработки	Обозначение системы	Система разработки
А-1	С непосредственной перевалкой вскрышных пород	Б-4	С транспортированием породы на внутренние отвалы на сравнительно короткие расстояния по путям с благоприятным профилем	В-7	С частичным перемещением вскрышных пород при помощи транспортных средств на внутренние ил» внешние отвалы
А-2	С кратной экскаваторной перевалкой вскрышных пород	Б-5	С транспортированием породы на внешние отвалы на более значительные расстояния по путям с неблагоприятным профилем	В-8	С частичным бестранспортным перемещением вскрышных пород на внутренние отвалы f
А-3	С перемещением вскрышных пород отвалообразователями	Б-6	С транспортированием породы частично на внутренние и частично на внешние отвалы
А-0	С незначительным объемом вскрышных работ, когда способы перемещения породы в отвал не имеют существенного значения

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.  

Классификации 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 посылки, характеризующие порядок производства вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ.  

При бестранспортной системе разработки перемещение породы из забоя во внутренний о1вал производится вскрышными экскаваторами (мехлопатамп или драглайнами). Если необходима переэкскавация породы, она производиюя теми же вскрышными или специально применяемыми огвальными драглайнами. Разновидностью бестранспортных систем является предложенная акад. Н. В. Мельниковым система «экскаватор — карьер», когда вскрышные и добычные работы попеременно производятся одним экскаватором-драглайном.

В группу транспортно-отвальных включены системы разработки, при которых вскрышные породы перемещаются на внутренние отвалы посредством транспортно-отвальных мостов и консольных отвалообразователей.

В группу специальных включены системы разработки, при которых вскрышные породы удаляются башенными экскаваторами, колесными скреперами, гидромеханизированным способом или кабель-кранами. К ним можно отнести также разработку вскрышных пород бульдозерами, канатными скреперами и другим специальным оборудованием.

К транспортным отнесены системы разработки, при которых вскрышные породы перемещаются на отвалы средствами транспорта. Эти системы более сложны и менее экономичны по сравнению с бестранспортными, но они могут применяйся при любых условиях залегания месторождения и поэтому являются наиболее распространенными.

 

Таблица 3.6  Классификация  систем открытой разработки месторождений по способу производства вскрышных работ (по акад. Н. В. Мельникову)
Система разработки	Основные характеристики системы разработки	Условия применения	Характерное забойное и  транспортное оборудование
Бестранспортная: без переэкскавации или с переэкскавацией пород на отвалах	Вскрышные породы перемещают на внутренние отвалы непосредственно экскаваторами; возможна переэкскавация пород на отвалах	Пласты горизонтальные или пологие ограниченной мощности, мощность покрывающих пород ограничена рабочими размерами экскаваторов. Наклонные или крутые пласты при мягких вмещающих породах и глубине карьера, позволяющей производить двойную и тройную переэкскавацию пород экскаваторами	Экскаваторы мехлопаты  и драглайны с большими рабочими размерами оборудование для транспортирования вскры-ши отсутствует
Экскаватор—карьер	Вскрышные и добычные работы производятся одним экскаватором-драглайном попеременно. Вскрыша переваливается в выработанное пространство, полезное ископаемое грузится в передвижной бункер, устанавливаемый на поверхности. Из бункера полезное ископаемое поступает на конвейеры, в автотранспорт или в средства железнодорожного транспорта	Пласты или залежи горизонтальные либо пологие ограниченной мощности (до 20—25 м), покрывающие породы мощностью до 25—30 м	Экскаватор драглайн, передвижной бункер с питателем
Транспортно-от-вальная	Вскрышные породы перемещают во внутренние отвалы при помощи передвижных транспортно-отвальных установок (транспортно-отвальных мостов или отвалообразователей)	Пласты горизонтальные или пологие; рыхлые, мягкие покрывающие породы	Многочерпаковые цепные ил» роторные экскаваторы и мехлопаты; транспортно-отвальные мосты и передвижные консольные отвалообразователи
Специальная	Вскрышные породы удаляют башенными экскаваторами, колесными скреперами, гидромеханизированным способом или кабель-кранами	Пласты горизонтальные или пологие; мягкие, рыхлые покрывающие породы. При применении кабель-кранов — крутые пласты в крепких породах	Башенные экскаваторы, колесные скреперы, транспортное оборудование отсутствует. Гидромониторы и землесосные установки; кабель-краны
Транспортная	Вскрышные породы средствами колесного транспорта перемещают на внутренние или внешние отвалы	Любая форма месторождения и любая крепость пород	Экскаваторы любых типов; рельсовый или автомобильный транспорт
Комбинированная	Вскрышные породы верхних  уступов средствами транспорта вывозят на внешние или внутренние отвалы; породы нижних уступов перемещают на внутренние отвалы экскаваторами или транспортно-отвальными установками; возможны другие сочетания систем	Пласты горизонтальные или пологие ограниченной мощности; покрывающие породы мягкие, рыхлые или не выше средней крепости	Экскаваторы любых типов, для верхних уступов и экскаваторы с удлиненными рабочими размерами для нижних уступов, рельсовый или автомобильный транспорт^ транспортно-отвальные установки

КАЧЕСТВО ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО

Повышение уровня качества многих видов промышленной продукции и качества строительства в значительной степени зависит от качества минерального сырья (руд черных и цветных металлов, углей, горнохимического сырья, строительных горных пород), добываемого открытым способом.

В зависимости от назначения полезных ископаемых их качество определяется содержанием основных полезных и вредных компонентов, минеральным составом, физико-техническими свойствами, структурными и текстурными особенностями, гранулометрическим составом, влажностью и др. Так, качество добываемых руд черных и цветных металлов, горнохимического сырья определяется в основном содержанием полезных и вредных компонентов, качество углей - теплотворной способностью, зольностью, влажностью, качество строительных горных пород - прочностью, морозостойкостью, содержанием слабых разностей, монолитностью, декоративными свойствами и др. Во всех случаях ухудшение качества исходного сырья отрицательно сказывается на работе металлургических заводов, обогатительных фабрик, электростанций и др. Повышение качественных характеристик добываемого полезного ископаемого не является самоцелью. Обеспечение добычи полезных ископаемых только высокого качества в большинстве случаев привело бы к уменьшению сроков существования карьеров, увеличило бы удельные капитальные затраты и снизило общий объем добываемой продукции. Поэтому практически вопрос стоит об оптимальном качестве минерального сырья с учетом показателей всех горных и перерабатывающих производств. Требования промышленности к качеству полезного ископаемого зависят от его вида, назначения, существующего уровня техники и технологии его переработки. Эти требования в большинстве случаев выражаются в виде технических условий (кондиций) или технических норм. На некоторые угли, бокситы, строительные горные породы и асбест существуют государственные стандарты. С развитием техники и технологии переработки полезных ископаемых требования к промышленности к их качеству меняются. Качество добытого полезного ископаемого зависит от качества полезного ископаемого в недрах и качества горных работ. Качество полезных ископаемых в недрах оценивается кондициями. Оценка осуществляется на стадиях геологоразведочных работ, проектирования и эксплуатации месторождений. В связи с этим различают кондиции геологические, проектные и эксплуатационные.

Геологические кондиции - совокупность требований к качеству полезных ископаемых в недрах, горно-геологическим и другим условиям разработки, соблюдение которых позволяет определить балансовые запасы полезных ископаемых. Основными показателями геологических кондиций руд и нерудного сырья являются бортовое (контурное) и минимальное промышленное содержание полезных компонентов, максимально допустимое содержание вредных примесей в под-счетном блоке, выделяемые типы и сорта полезного ископаемого, минимальный коэффициент рудоносности в подсчетном блоке для сложных месторождений с прерывистым распределением ценных компонентов, минимальная площадь тел полезных ископаемых, максимально допустимая мощность находящихся внутри контура полезного ископаемого и включаемых в подсчет запасов прослоев пустых пород или некондиционных руд, граничный коэфициент вскрыши. Для углей такими показателями являются минимальная мощность отдельно отрабатываемых пластов, максимальная мощность породных прослоев (включаемых в пласт сложного строения при валовой выемке), минимальная мощность породных прослоев (подлежащих раздельной выемке), максимальная зольность угля (для пластов сложного строения и максимальная средне-пластовая зольность), граничный коэффициент вскрыши, спекаемость и др.