Открытые горные работы Лекция 6 Вскрытие месторождений при открытом способе добычи

Основной целью вскрытия карьерного поля является создание грузотранспортной связи между рабочими горизонтами карьера и сооружениями на поверхности или в его окрестностях. Карьерное поле считается вскрытым, если все его рабочие горизонты (вскрышные и добычные) обеспечены грузотранспортной связью с соответствующими техническими сооружениями.

Установка грузотранспортной связи между рабочим горизонтом и соответствующим техническим сооружением считается завершенной (рабочий горизонт вскрыт), когда есть возможность перемещать горную массу от рабочего горизонта до технического сооружения.

Вскрытие рабочих горизонтов с использованием современных карьерных транспортных средств, таких как железнодорожный, автомобильный и конвейерный, требует создания специальных наклонных вскрывающих выработок. Параметры этих выработок должны соответствовать техническим возможностям карьерного транспорта и учитывать интенсивность его движения, а также физико-механические свойства окружающих пород.

С точки зрения фронта работ, вскрывающие выработки могут быть размещены флангово или центрально.

При использовании колесного карьерного транспорта и наличии одной вскрывающей выработки для обслуживания определенного горизонта, в пределах фронта работ происходит движение транспорта в обратном направлении. Вскрывающая выработка в данном случае обеспечивает подачу пустых транспортных средств на рабочий горизонт и выдачу груза. Такой тип фронта работ на уступе называется тупиковым и находит наибольшее применение при использовании железнодорожного транспорта.

С помощью двух вскрывающих выработок на транспортном горизонте можно организовать движение транспорта как возвратным, так и поточным в пределах фронта работ уступа. Одна выработка будет использоваться для отправки пустых транспортных средств, а другая — для доставки грузов. Такой фронт работ на уступе называется сквозным. Сквозной фронт работ с поточным движением транспорта позволяет более эффективно использовать оборудование, однако требует дополнительных средств для строительства и эксплуатации дополнительной вскрывающей выработки.

Для вскрытия рабочих горизонтов используются открытые и подземные горные выработки, при этом подземные выработки применяются значительно реже.

Открытые горные выработки, их назначение и параметры

Открытые горные выработки имеют различные названия в зависимости от их целей. Капитальные траншеи используются для вскрытия рабочих горизонтов, а разрезные траншеи предназначены для подготовки вскрытого горизонта к разработке.

Основными параметрами капитальной траншеи являются ширина В_к.т ее подошвы, глубина Н_к.т, продольный уклон I_к.т, угол откоса бортов _к.т, длина L_к.т в плане и строительный объем V_к.т.

Ширина основания капитальной траншеи зависит от вида карьерного транспорта и способа ее проведения. Минимальная ширина основания должна быть достаточной для прохождения транспортных средств с безопасными зазорами между ними, площадок, кюветов и других элементов транспортной коммуникации. Эта ширина должна удовлетворять технологической схеме и используемому оборудованию. В зависимости от продольного уклона, капитальные траншеи делятся на наклонные и крутые.

Разрезные траншеи — это горизонтальные выработки, которые редко имеют продольный уклон в диапазоне 5-10 ^о/_оо для отвода воды с рабочего горизонта к границе карьера. Разрезные траншеи проводятся на каждом рабочем горизонте для создания первоначального фронта работ и подготовки горизонта к разработке. Перед разработкой уступа производится разнос одного или обоих бортов разрезной траншеи, поэтому она является временной горной выработкой, существующей только до начала разработки уступа. Разрезная траншея всегда проводится внутри контура карьера и является продолжением капитальной траншеи, вскрывающей соответствующий рабочий горизонт. В случае разработки крутых месторождений, разрезные траншеи обычно проводятся параллельно простиранию залежи. Глубина и длина разрезной траншеи соответствуют длине и высоте подготавливаемого уступа, а ширина основания определяется так, чтобы обеспечить нормальное размещение горного и транспортного оборудования для выемки первой заходки после проведения траншеи. Угол откоса бортов разрезной траншеи выбирается в соответствии с физико-механическими свойствами пород.

Системы капитальных траншей

Система капитальных траншей — это совокупность траншей, которая обеспечивает вскрытие всех рабочих горизонтов карьера. В зависимости от расположения и наличия связей между капитальными траншеями, системы капитальных траншей могут быть разделены на отдельные, общие и групповые, с разным способом их заложения.

В случае системы отдельных капитальных траншей каждый рабочий горизонт вскрывается отдельной траншеей, которая не связана с другими траншеями системы. Грузопотоки в этом случае распределены по отдельным траншеям.

При системе общих капитальных траншей грузопотоки либо сосредоточены по направлению при внешнем заложении траншеи, либо по направлению и транспортным коммуникациям при внутреннем заложении траншеи. Общие траншеи имеют общее поперечное сечение ступенчатой формы. При внутреннем заложении траншей грузопотоки с разных горизонтов концентрируются в траншеи, лежащие выше.

При системе групповых капитальных траншей все уступы карьера разбиты на группы по определенным признакам (например, по вскрышным и добычным уступам). Каждая группа вскрывается общей капитальной траншей, при этом общие траншеи между собой не связаны. Система групповых капитальных траншей объединяет характеристики вскрытия как отдельными, так и общими траншеями, занимая промежуточное положение между ними.

Классификация способов вскрытия

Огромный вклад в разработку теоретических основ вскрытия карьерных полей был внесен профессором Е. Ф. Шешко. Он подчеркивал, что чаще всего для вскрытия рабочих горизонтов требуются специальные горные выработки. Проведение таких выработок обязательно при использовании наземных видов карьерного транспорта. Такое перемещение горной массы с помощью горных машин исключает необходимость проведения вскрывающих выработок на верхних и нижних уступах, а также при разработке месторождений с использованием кабельных кранов или аналогичного оборудования.

Исходя из этого, Е. Ф. Шешко разработал классификацию, которая учитывала наличие, количество и назначение капитальных горных выработок в качестве транспортных коммуникаций (таблица 8.1).

Таблица 8.1 – Классификация способов вскрытия

Способ вскрытия	Сущность способа вскрытия
I. Отдельными траншеями	Каждый уступ вскрыт независимой траншеей
II. Групповыми траншеями	Группы уступов вскрыты независимыми траншеями. Разные группы уступов вскрыты независимо друг от друга.
III. Общими траншеями	Все уступы вскрыты общей траншеей
IV. Парными траншеями	Каждый уступ, группа уступов или все уступы вскрыты двумя траншеями (или отдельными, или групповыми, или общими)
V. Бестраншейное вскрытие	Уступы вскрыты без проведения капитальных траншей
VI. Подземными выработками	Уступы вскрыты подземными выработками
VII. Комбинированное вскрытие	Уступы вскрыты двумя или несколькими способами

Капитальные горные выработки могут использоваться для транспортировки транспортных средств с грузом и без груза, только с грузом или только без груза, в зависимости от их назначения. Размеры поперечного сечения и продольный уклон выработки должны быть соответствующими ее фактическому назначению.

При увеличении глубины карьера, количество уступов и объем капитальных траншей увеличивается. Поэтому системы отдельных и групповых капитальных траншей, которые имеют больший объем, применяются при вскрытии небольших и средних месторождений. Для вскрытия глубоких месторождений используются системы общих капитальных траншей, а в некоторых случаях также применяются подземные горные выработки.

Трасса капитальных траншей

Трассой капитальных траншей называется их (капитальных траншей) продольная ось. В зависимости от положения трассы относительно контура карьера можно выделить внешние, внутренние и смешанные трассы. В случае смешанных трасс верхние уступы карьера вскрыты траншеями внешнего заложения, а нижние – траншеями внутреннего заложения.

Существуют стационарные трассы (трассы на нерабочем борту карьера) и временные трассы (трассы скользящих съездов), классифицируемые по сроку службы.

Основными параметрами трассы являются подъем, глубина заложения (разность высотных отметок начала и конца трассы), минимальный радиус криволинейных участков, теоретическая и действительная глубина трассы, а также число и конструкция пунктов примыкания наклонных участков к горизонтальным.

Пространственное положение трассы определяется ее продольным профилем (проекция оси капитальных траншей на вертикальную плоскость) и планом пути (проекция оси капитальных траншей на горизонтальную плоскость). Продольный профиль трассы включает горизонтальные, наклонные участки и участки сопряжения между ними. Важным элементом продольного профиля трассы является конструкция пункта примыкания наклонных участков к рабочим горизонтам. Существуют различные варианты примыкания, определяемые условиями транспортных средств в случае их остановки, такие как примыкание на руководящем подъеме, смягченном подъеме и на горизонтальных площадках.

Когда трасса имеет примыкание на руководящем подъеме, остановка транспортных средств происходит на самом подъеме. В результате этого сила сопротивления движению при трогании значительно выше, чем при равномерном движении по руководящему подъему. Это требует увеличения мощности локомотива на 10-50%. Однако такая трасса обеспечивает минимальную длину и объем в системе капитальных траншей.

Выбор способа вскрытия карьерного поля

Вскрытие карьерного поля является сложной задачей открытой разработки месторождений, которая имеет значительное влияние на технико-экономические показатели работы карьера. При выборе способа вскрытия учитываются следующие факторы: минимизация затрат на транспортировку вскрыши и полезного ископаемого, минимизация объема горно-капитальных работ и оптимальное распределение объемов вскрышных работ на протяжении всего срока работы карьерного поля (с наибольшим объемом вскрышных работ выполняемых в более поздние годы). При сравнении нескольких вариантов способов вскрытия выбирается оптимальный вариант, который обеспечивает минимальные затраты на строительство и эксплуатацию карьера в начальный период (в первые 10-15 лет).

Карьеры, разрабатывающие горизонтальные и плоские месторождения (до 10 градусов наклона), характеризуются незначительной глубиной и большими размерами в плане. Для таких карьерных полей используются системы отдельных, общих и групповых капитальных траншей.

Система отдельных капитальных траншей внешнего заложения применяется при небольшой глубине карьеров (2-3 уступа) и целесообразности концентрации грузопотоков. Остальные капитальные траншеи, имеющие небольшой объем, позволяют распределить грузопотоки и обеспечивают простоту организации горно-транспортных работ и высокую производительность карьера в целом.

Система общих капитальных траншей внешнего заложения применяется при вскрытии 2-3 уступов, когда нет необходимости и целесообразности рассредоточения грузопотоков (грузооборот небольшой, грузопотоки вскрыши и полезного ископаемого совпадают по направлению). Основным преимуществом этого способа по сравнению с предыдущим является меньший объем системы капитальных траншей. Его также применяют при большей глубине карьера (4-8 уступов), причем капитальные траншеи могут иметь внутреннее или смешанное заложение (верхние 2-3 уступа вскрываются траншеями внешнего заложения).

Система групповых капитальных траншей применяется в основном при вскрытии 4-6 уступов. Одна группа траншей служит для вскрытия вскрышных уступов, а другая — для добычи. Это позволяет рассредоточить грузопотоки между вскрышными и добывающими уступами.

При вскрытии горизонтальных месторождений часто используют фланговое или центральное расположение капитальных траншей. Центральное расположение траншей в сочетании с фланговым используется при большой длине карьерного поля, позволяя разделить карьер на два участка и работать в них независимо друг от друга.

При использовании технологических схем с перевалкой вскрыши в выработанное пространство широко применяется бестраншейное вскрытие вскрышных уступов. В случае горизонтальных и пологих месторождений обычно используется комбинированный способ, включающий бестраншейное вскрытие вскрышных уступов или их части, а также траншейное вскрытие обычного уступа.

Особенность карьеров, расположенных на крутых и крутонаклонных месторождениях глубинного типа, заключается в их значительной конечной глубине (100-150 м и более), последовательном увеличении глубины и числа вскрываемых уступов, изменчивости объемов грузопотоков, перемещении горной массы вне контуров карьера (вскрыша на внешние отвалы, а полезное ископаемое на склады или фабрику), а также наличии скальных и полускальных пород, которые обеспечивают высокую устойчивость бортов. Обычно такие месторождения разрабатываются системой общих или групповых капитальных траншей, иногда с использованием подземных выработок.

В зависимости от угла наклона месторождения трасса капитальных траншей может быть стационарной или скользящей (нестационарной). При разработке наклонных залежей с углом падения, приближенным к углу откоса нерабочего борта карьера, трасса капитальной траншеи закладывается со стороны лежачего бока залежи на нерабочем борту карьера, в его конечном положении.

Для разработки крутых месторождений (угол падения более 35°) трасса капитальных траншей является скользящей, так как находится на одном или двух рабочих бортах карьера. После достижения уступов в своем конечном положении, участки трассы становятся стационарными. Использование скользящих трасс позволяет минимизировать объемы горно-капитальных работ, однако это может вызвать дополнительные эксплуатационные трудности. На скользящих трассах высота подъема снижается на 35% от руководящего подъема. Ширина скользящего съезда определяется условиями размещения экскаватора, развалом взорванной породы и путей.

При разработке крутых месторождений часто используются тупиковая форма трассы при железнодорожном транспорте и петлевая форма при автотранспорте. Спиральная форма трассы оправдана при разработке глубоких штокообразных залежей с небольшими размерами и округлой формой в плане. Особенно рекомендуется применять спиральную форму трассы при автотранспорте.

Крутые капитальные траншеи следует использовать только для вскрытия глубоких горизонтов с глубиной более 250 м, размещая их в самых устойчивых породах нерабочих бортов или торцов карьера. Форма трассы крутых капитальных траншей может быть простой (для скиповых подъемников и ленточных конвейеров) и сложной (для ленточных конвейеров). Если угол откоса борта карьера не превышает угол подъема крутой траншеи, то последняя обычно располагается перпендикулярно к борту карьера. В противном случае капитальную траншею следует располагать под определенным углом к борту карьера.

${\varphi }_{к.т}=\frac{tgI}{tg\beta }$ , град.        (8.1)

где:

— угол откоса борта карьера, град;

I – допустимый угол подъема крутой траншеи, град.

При использовании комбинированного транспорта на концентрационных горизонтах создаются перегрузочные пункты, которые, при необходимости, могут быть оборудованы дробильными установками.

Применение подземных горных выработок используется при разработке нагорных или глубинных месторождений, когда проведение подземных выработок и их эксплуатация становится экономически более выгодным в сравнении с капитальными траншей. Это особенно актуально в случаях, когда породы являются малоустойчивыми, глубина разработки велика, а также на крутых и пересеченных участках с наличием балок, оврагов, ручьев и тому подобным. Для вскрытия таких месторождений подземными горными выработками могут использоваться вертикальные и наклонные шахты, рудоспуски, горизонтальные тоннели и квершлаги.

При вскрытии нагорных месторождений с небольшим углом косогора и ровной поверхностью применяются полутраншеи внешнего заложения. Форма этих полутраншей может быть тупиковой или петлевой в зависимости от используемого карьерного транспорта. Рабочие горизонты обычно вскрываются системой отдельных или групповых траншей, что позволяет иметь отдельные отвалы вскрышных пород для каждого уступа, находящиеся за пределами карьерного поля и непосредственно рядом с самим карьером.

.

Pro

About Author