Открытые горные работы Лекция 7 Системы открытой разработки месторождений полезных ископаемых

Общие сведения

Под системой открытой разработки месторождений полезных ископаемых понимается определенный порядок выполнения горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ. В данном карьере, система разработки должна обеспечивать безопасную, экономичную и полную выемку кондиционных запасов полезного ископаемого, с соблюдением мер по охране окружающей среды.

Структура комплексной механизации состоит из комплекса горного, транспортного, дробильно-сортировального и вспомогательного оборудования, которое обеспечивает планомерную выемку горной массы в забоях, перемещение вскрыши на отвалы, а полезного ископаемого на склады и к потребителям. Система разработки месторождения и структура комплексной механизации данного карьера тесно связаны. Система разработки определяет объемы и порядок воспроизводства горных работ, в то время как структура комплексной механизации определяет виды, мощность и расстановку оборудования для выполнения этих работ.

Элементы системы разработки и их параметры

К элементам системы разработки месторождений относятся уступы, фронт работ на уступе и в карьере, рабочая зона карьера, рабочие площадки, транспортные и предохранительные бермы. Опыт разработки месторождений простого строения показывает, что оптимальная высота уступа для экскаваторов с ковшом емкостью 3-5 м³ составляет 11-14 м, а для экскаваторов с ковшом емкостью 8-12,5 м³ — 16-19 м. Однако, в конкретных условиях высота уступа может отличаться от указанных значений. Угол откоса уступа зависит от физико-технических свойств горных пород, используемого оборудования и времени.

Минимальная достижимая ширина рабочих площадок уступов зависит от размеров экскавационно-погрузочных машин, типа карьерного транспорта, схемы движения транспортных средств и прочности пород. Ширина Ш_р.п рабочей площадки при разработке скальных пород с использованием мехлопат и колесного транспорта состоит 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, размеров и типа взрывных зарядов, их расположения на уступе и высоты уступа. Для учебных расчетов можно принять следующие значения: x=1.2h_y в легковзрываемых породах, x=2.3h_y в средневзрываемых породах и x=3h_y в трудновзрываемых породах. Ширина транспортной полосы зависит от типа транспортных средств и схемы их движения. Обычно значение С составляет 2,5-3,5 м. Ширина бермы безопасности определяется геометрической формой возможного обрушения.

Фронт работ уступа — это часть уступа, которая готова для проведения горных работ. Для подготовки фронта работ необходимо создать рабочую площадку нужной ширины на уступе и проложить коммуникации для работы оборудования. Ширина рабочей площадки зависит от типа транспорта: при использовании мехлопата ЭКГ-5 и ЭКГ-8 и железнодорожного транспорта — от 26 до 33 м в мягких породах и от 39 до 60 м в скальных, при использовании автотранспорта — от 23 до 30 м в мягких породах и от 37 до 52 м в скальных.

Фронт работ состоит из вскрышного фронта (высота которого измеряется вариациями работ вскрышных уступов) и добычного фронта (высота которого измеряется вариациями работ добычных уступов). Протяженность фронтов работ определяет протяженность работы в карьере.

Перемещение фронтов работ и нарезка уступов не могут произвольно осуществляться. Они проводятся таким образом, чтобы обеспечить заданное количество вскрышных и добычных забоев в процессе разработки.

Фронт работ уступа может перемещаться параллельно длинной или короткой оси карьерного поля (однобортовая выемка) или от промежуточного положения к границам (двухбортовая выемка). Он также может перемещаться радиально от центра к границам или от периферии к центру по вееру с поворотным пунктом на границе или рядом с карьерным полем. Длина фронта горных работ на уступе (L_ф.у) и скорость его перемещения (v_ф) должны быть такими, чтобы обеспечить работу экскаваторов с необходимой производительностью.

${П}_{э.г}=\frac{h_{у}{L}_{ф.у}{v}_{ф}}{N_{э.у}}$, м³       (9.1)

где N_э.у – число экскаваторов на данном уступе.

При работе на уступе, где задействованы два и более экскаватора, фронт работ уступа разделяется на отдельные блоки для каждого экскаватора. Длина блока зависит от типа экскаватора и используемого транспорта: для экскаваторов ЭКГ-5 и ЭКГ-8 при использовании автомобильного и железнодорожного транспорта длина блока составляет от 500 до 600 м и от 1000 до 1400 м соответственно.

Рабочая зона карьера — это зона, в которой происходит вскрытие и добыча полезного ископаемого. Она включает все одновременно работающие вскрышные и добычные уступы. Положение рабочей зоны определяется высотой рабочих уступов и длиной фронта работ. Рабочая зона является изменяющейся во времени поверхностью, в пределах которой происходят подготовка и выемка горной массы. При разработке горизонтальных или пологих месторождений высотное положение рабочей зоны изменяется незначительно, в основном из-за изменений рельефа или погружения полезного ископаемого, а размеры рабочей зоны в плане меняются только частично из-за изменения конфигурации карьерного поля. В таких случаях горно-подготовительные работы в период эксплуатации не проводятся, поэтому рабочую зону можно назвать сплошной. При разработке месторождений с равнинным рельефом и добычей с обоих бортов карьера площадь рабочей зоны

S_р.з=(h_р.з(ctg_в+ ctg_л)+Ш_д)$L_{ф.у}^{/}$ , м²(9.2)

где: h_р.з – высота рабочей зоны, м; _в, _л – угол откоса рабочих бортов со стороны висячего и лежачего бока залежи, град; Ш_д – ширина дна карьера, м; $L_{ф.у}^{/}$ — усредненная длина фронта работ уступов, м.

Число экскаваторных блоков, которое разместится в рабочей зоне карьера

$N_{б}=\frac{S_{р.з}}{S_{б}}{К}_{о}f$            (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

Классификации систем разработки, которые получили наибольшее применение в горнотехнической литературе и практике, были предложены В. В. Ржевским, Е. Ф. Шешко и Н. В. Мельниковым, входившими в состав Академии наук СССР.

Классификация, предложенная В. В. Ржевским, основывается на горно-геологических и геометрических характеристиках месторождения, определяющих порядок его разработки. Согласно этой классификации, существует существенная разница в системах разработки горизонтальных и пологих месторождений и наклонных и крутых месторождений.

Системы разработки горизонтальных месторождений характеризуются только порядком вскрышных и добычных работ, так как горно-подготовительные работы на таких месторождениях завершаются в процессе строительства карьера. Горно-подготовительные работы могут быть возобновлены только во время реконструкции карьера. Эти системы разработки называют сплошными, так как рабочая зона остается постоянной.

Системы разработки наклонных и крутых месторождений характеризуются порядком выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ, так как горно-подготовительные работы выполняются как в процессе строительства карьера, так и в процессе его эксплуатации (для создания новых фронтов вскрышных и добычных работ разрезаются последующие уступы по глубине). Такие системы разработки называют углубочными, так как рабочая зона изменяется.

В случае месторождений с сложными топографическими и горно-геологическими условиями, возможно использование смешанных (углубочно-сплошных) систем разработки.

Порядок разработки месторождения связан с развитием горных работ относительно контуров карьерного поля. В зависимости от направления выемки в плане можно выделить следующие системы:

1. Продольные однобортовые и двухбортовые — фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного поля.

2. Поперечные однобортовые и двухбортовые — фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно короткой оси карьерного поля.

3. Веерные — фронт вскрышных и добычных работ перемещается по вееру с центральным или рассредоточенными (два и более) поворотными пунктами.

4. Кольцевые — 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

Индекс группы	Группа систем	Индекс подгруппы	Подгруппа	Индекс системы	Система разработки
1	2	3	4	5	6
С	Сплошные (с постоянным положением рабочей зоны)	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 (с переменным положением рабочей зоны)	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 центральная
УС	Смешанные (углубочно-сплошные)	УСД	Углубочно-сплошные продольные	УСДО	Углубочно-сплошная, продольная однобортовая
		УСП	То же поперечные	УСПД	То же, поперечная двухбортовая
		УСВ	То же веерные	УСВР	То же, веерная рассредоточенная
		УСК	То же кольцевые	УСКЦ	То же, кольцевая центральная

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

. Группы систем разработки	Наименование систем разработки	Условное обозначение систем разработки
А. Системы разработки с перевалкой вскрыши (с поперечным перемещением вскрыши в отвалы) . . . Б. Системы разработки с перевозкой вскрыши (с продольным перемещением вскрыши в отвалы) . . В. Системы разработки с перевалкой и перевозкой вскрыши (с поперечным и продольным перемещением вскрыши в отвалы) . А-0 Системы разработки с незначительным объемом вскрышных работ, когда способы перемещения вскрыши в отвалы не имеют существенного значения	1.Система разработки с непосредственной перевалкой вскрыши 2.То же, с кратной экскаваторной перевалкой вскрыши 3.То же с перевалкой вскрыши отвалообразователями 4.Система разработки с перевозкой вскрыши на внутренние отвалы. 5.То же на внешние отвалы 6.То же на внешние и внутренние отвалы 7.Системы разработки с частичной перевозкой вскрыши на внутренние или внешние отвалы 8.То же, с частичной перевалкой вскрыши во внутренние отвалы	. А-1 . А-2 . А-3 . Б-4 Б-5 . Б-6 . . В-7 . В-8 . . . . А-0

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, в которых вскрыша перевозится поперек на внутренние отвалы, являются самыми простыми и экономичными с технологической точки зрения. Однако перевозка породы в рабочих органах экскаваторов ограничивает параметры этих систем и их область применения. В этих системах существует жесткая взаимосвязь между вскрышными и добычными работами, а объем вскрытых запасов строго ограничен.

Системы, в которых вскрыша перевозится продольно на отвалы, более сложны и менее экономичны. Однако в них отсутствует такая жесткая связь между вскрышными и добычными работами, и вскрытые запасы могут быть созданы в большем объеме. Область применения этих систем шире.

Классификация, предложенная академиком Н. В. Мельниковым, основана на способе производства вскрышных работ. В этой классификации выделены следующие системы разработки: бестранспортная, экскаватор-карьер, транспортно-отвальная, специальная, транспортная и комбинированная.

Однако классификации систем разработки, основанные на направлении перемещения вскрыши на отвалы и способе производства вскрышных работ, не полностью отражают порядок разработки месторождения. Эти классификации не описывают порядок добычных работ и развития фронта и рабочей зоны карьера. Более универсальной является классификация систем разработки, основанная на горно-геологических и геометрических предпосылках, характеризующих порядок производства вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ.

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

Система разработки	Характеристика системы	Условия применения	Применяемое оборудование
1	2	3	4
Бестранспортная (без переэкскавации или с переэкскавацией вскрыши на отвалах)	Вскрыша перемещается во внутренние отвалы непосредственно экскаваторами (возможна переэкскавация пород на отвалах)	Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности, мощность покрывающих пород ограничена рабочими параметрами экскаваторов. Наклонные и крутые месторождения при мягких вмещающих породах и глубине карьера, допускающей двойную и тройную переэкскавацию	Мехлопаты и драглайны больших размеров
Экскаватор-карьер	Вскрышные и добычные работы производятся одним драглайном попеременно. Вскрыша переваливается в выработанное прос-	Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности (до 25 м) при покрывающих породах мощностью до 30 м	Драглайн, подвижный бункер с питателем, мехлопата для погрузки из навала
1	2	3	4
.	транство, полезное ископаемое грузится в передвижной бункер, устанавливаемый на поверхности, или внавал; из бункера полезное ископаемое поступает на конвейер или в средства железнодорожного транспорта	.	.
Транспортно-отвальная	Вскрыша перемещается во внутренние отвалы при помощи транспортно-отвальных мостов	Горизонтальные и пологие месторождения с мягкими покрывающими породами	Цепные и роторные экскаваторы и мехлопаты; транспортно-отвальные мосты и консольные отвалообразователи.
Специальная	Вскрыша удаляется башенными экскаваторами, колесными скреперами, гидромеханизированным способом или кабель-кранами	Горизонтальные и пологие месторождения с мягкими покрывающими породами. При применении кабель-кранов – крутые пласты в крепких породах	Кабельные экскаваторы, колесные скреперы, гидромониторы и землесосные установки, кабель-краны
Транспортная	Вскрыша транспортными средствами перемещается на внутренние или внешние отвалы	Месторождения различной формы с породами любой крепости	экскаваторы любых типов; рельсовый, автомобильной или конвейерный транспорт
Комбинированная	Комбинация различных систем	Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности с мягкими покрывающими породами.	Экскаваторы любых типов, рельсовый или автотранспорт, транспортно-отвальные установки

.

.

Pro

About Author