Системы открытой разработки месторождений полезных ископаемых

• В оглавление
• Горнодобывающий карьер - описание и характеристики.
• Карьерный транспорт.
• Отвалообразование вскрышных пород
• Системы открытой разработки полезных ископаемых
• Подготовка горных пород к выемке
  
• Вскрытие пород
• Выемка и погрузка горных пород
  

Общие сведения

Под системой открытой разработки месторождений полезных ископаемых понимается определенный порядок выполнения 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.

Комплекс горного, транспортного и дробильно-сортировального и вспомогательного оборудования, обеспечивающий планомерную выемку горной массы в забоях и перемещение вскрыши на отвалы, а полезного ископаемого на склады и потребителям, составляет структуру комплексной механизации. Система разработки месторождения и структура комплексной механизации данного карьера тесно взаимосвязаны. если система разработки определяет объемы и порядок воспроизводства горных работ, то структура комплексной механизации определяет виды, мощность и расстановку оборудования, обеспечивающего выполнение этих работ.

Элементы системы разработки и их параметры

К элементам системы разработки относят уступы, фронт работ уступа и карьера, рабочую зону карьера, рабочие площадки, транспортные и предохранительные бермы. Опыт разработки месторождений простого строения показывает, что рациональная высота уступа находится в пределах 11-14 и 16-19 м соответственно для экскаваторов с ковшом емкостью 3-5 и 8-12,5 м³ соответственно. В конкретных условиях высота уступа может отклоняться от указанных выше значений. Угол откоса уступа зависит от физико-технических свойств горных пород, применяемого оборудования и времени.

Рабочие площадки уступов. Минимально достижимая ширина рабочих площадок уступов зависит от размеров выемочно-погрузочных машин, вида карьерного транспорта, схемы движения транспортных средств, крепости пород. Минимальная ширина Ш_р.п рабочей площадки при разработке скальных пород с использованием мехлопат и колесного транспорта складывается из ширины х развала взорванной породы, безопасного расстояния от оси нижней бровки до транспортной полосы, ширины Т транспортной полосы, ширины П_в площадки для вспомогательного оборудования и ширины z бермы безопасности. 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, из расположения на уступе, высоты уступа, порядка взрывания скважин. Для учебных расчетов можно принимать следующую ширину развала: в легковзрываемых породах x=1.2h_y , в средневзрываемых x=2.3h_y , в трудновзрываемых x=3h_y . Ширина транспортной полосы зависит от типа транспортных средств и схемы их движения. Величину С принимают равной 2,5 – 3,5 м. Ширина бермы безопасности определяется величиной призмы возможного обрушения.

При использовании мехлопат ЭКГ-5 и ЭКГ-8 и железнодорожного транспорта 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 составляет фронт работы 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.

Фронт работ уступа может перемещаться параллельно длинной или короткой оси карьерного поля от одной его границы до другой (однобортовая выемка), параллельно длинной или короткой оси 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 поля или вблизи нее. Длина L_ф.у фронта горных работ на уступе и скорость v_ф его подвигания должны обеспечить работу экскаваторов с годовой эксплуатационной производительностью

, м³ (9.1)

где N_э.у – число экскаваторов на данном уступе.

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.

Рабочая зона карьера – это зона, в которой осуществляются вскрыша и добыча полезного ископаемого. Она характеризуется совокупностью вскрышных и добычных уступов, одновременно находящихся в работе. Положение рабочей зоны определяется высотными отметками рабочих уступов и длиной фронта их работ. Рабочая зона представляет собой перемещающуюся и изменяющуюся во времени поверхность, в пределах которой осуществляются работы по подготовке и выемке горной массы. 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. Поэтому в данном случае рабочую зону можно назвать сплошной. При равнинном рельефе и разработке обоих бортов карьера площадь рабочей зоны

 (9.2)

где h_р.з – высота рабочей зоны, м;  – угол откоса рабочих бортов со стороны висячего и лежачего бока залежи, град; Ш_д – ширина дна карьера, м;  - усредненная длина фронта работ уступов, м.

Число экскаваторных блоков, которое разместится в рабочей зоне карьера

 (9.3)

где К_о=0,85-0,93 – коэффициент, учитывающий наличие откосов уступов в рабочей зоне; f=0,7-0,8 коэффициент, учитывающий наличие резервных (нерабочих) блоков.

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.

Таблица 7.1- Классификация систем разработки по В.В.Ржевскому

В основу классификации, предложенной проф. Е.Ф.Шешко (табл. 9.2) положено направление перемещения вскрышных пород в отвалы. Эта классификация включает следующие группы систем.

Таблица 9.2 – Классификация систем разработки по проф. Е.Ф.Шешко

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.

В основу классификации, предложенной акад. Н.В.Мельниковым, положен способ производства вскрышных работ. Классификация включает следующие системы разработки (табл.9.3): 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.

Таблица 9.3 – Классификация систем разработки по акад. Н.В.Мельникову