Учебное пособие: Горные породы и полезные ископаемые

2.4 Вскрытие месторождений

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

Различают способ, схему и систему вскрытия.

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

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

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

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

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

а б в

Рисунок 2.25. Открытые горные выработки траншеи:

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

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

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

Таблица 2.4. Классификация траншей по их расположению

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

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 2.26. Принципиальная схема вскрытия

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

Таблица 2.5. Классификация способов вскрытия

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 2.27. Схемы примыкания капитальных траншей к рабочим горизонтам

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

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