Учебное пособие: Горные породы и полезные ископаемые

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

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)

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)

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.