/
Текст
И.В. Деревяшкин
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 6
1. Общие сведения об открытых горных работах 9
1.1. Сущность открытых горных работ, понятие о
предприятии открытой добычи полезных иско¬
паемых 9
1.2. Условия применения открытых горных работ 11
1.3. Терминология и горнотехнические понятия от¬
крытых горных работ 15
1.4. Периоды развития открытой разработки место¬
рождений полезных ископаемых 24
1.5. Краткая характеристика периодов подготовки и
осушения месторождений для открытой разра¬
ботки 26
1.6. Производственные процессы основных периодов
открытых горных работ 32
2. Подготовка горных пород к выемке 36
2.1. Общие положения подготовки горных пород к
выемке 36
2.2. Буровые работы 38
2.3. Зарядка скважин ВВ, средства и способы их
взрывания 44
2.4. Методы взрывных работ 48
2.5. Основы расчета параметров буровзрывных работ... 49
2.6. Безопасность взрывных работ на карьерах 57
3. Выемочно-погрузочные работы 61
3.1. Средства и способы выемочно-погрузочных работ... 61
3.2. Рабочие параметры и забои одноковшовых экс¬
каваторов 65
3.3. Рабочие параметры и забои многочерпаковых
экскаваторов 80
3.4. Производительность экскаваторов 89
3.5. Специальные средства и способы выемочно¬
погрузочных работ 93
4. Транспортирование горных пород 98
3
4.1. Особенности работы карьерного транспорта 98
4.2. Железнодорожный транспорт 100
4.2.1. Характеристика железнодорожного по¬
движного состава.. 105
4.2.2. Основы тягового расчета карьерного же¬
лезнодорожного транспорта 109
4.2.3. Перемещение временных железнодорож¬
ных путей 117
4.3. Автомобильный транспорт 120
4.3.1. Основы тягового расчета карьерного авто¬
транспорта 127
4.4. Конвейерный транспорт 132
4.5 Комбинированный транспорт 139
4.6. Гнлромеханизация открытых горных работ 144
5. Разгрузка и складирование горных пород 153
5.1. Отвалы, способы и средства отвалообразования... 153
5.2. Огвалообразование при железнодорожном транс¬
порте 154
5.3. Огвалообразование при автомобильном транс¬
порте 163
5.4. Огвалообразование при конвейерном транспорте... 165
5.5. Организация отвалов и их расчет 170
5.6. Разгрузка полезных ископаемых 175
6. Горно-капитальные работы 178
6.1. Открытые горные выработки 178
6.2. Способы проведения траншей 186
7. Вскрытие карьерных полей 195
7.1. Понятие о способах вскрытия карьерных полей
и их классификация 195
7.2. Вскрытие карьерных полей без горных вырабо¬
ток 201
7.3. Траншейное вскрытие (открытыми горными
выработками) 202
7.3.1. Вскрытие наклонными внешними тран¬
шеями 203
7.3.2. Вскрытие наклонными внутренними
(стационарными) траншеями 204
4
7.3.3. Вскрытие групповыми внутренними
траншеями 209
7.3.4. Вскрытие внутренними парными тран¬
шеями 210
7.3.5. Вскрытие наклонными внутренними
(сколыящими) траншеями 211
7.3.6. Вскрытие наклонными внешними по-
луграншеямн 212
7.3.7. Вскрытие крутыми траншеями 214
7.4. Вскрытие подземными выработками 215
7.5. Комбинированное вскрытие 216
8. Рациональное использование недр и охрана окружа¬
ющей среды при открытых горных работах 219
8.1. Характеристика запасов полезного ископаемого и
их потерь в карьере 219
8.2. Воздействие открытых горных работ на окружа¬
ющую среду 222
8.3. Защита окружающей среды от негативного воз¬
действия открытых разработок 224
8.4. Рекультивация земель, нарушаемых открытыми
горными работами 230
9. Системы открытой разработки месторождений и
структуры их комплексной механизации 235
9.1. Классификация систем открытой разработки 235
9.2. Параметры элементов и технологические показа¬
тели систем разработки 241
9.3. Комплексная механизация открытых горных ра¬
бот 252
Список рекомендуемой литературы 259
5
Введение
Добыча полезных ископаемых является важнейшей отрас¬
лью материального производства, уровнем которой определя¬
ется экономическая мощь и независимость государств. Горнодо¬
бывающее производство обеспечивает страны необходимыми
природными ресурсами (углем, нефтью, газом, рудами черных и
цветных металлов, химическим сырьем, строительными матери¬
алами и т.п.), на основе которых обрабатывающей промышлен¬
ностью создаются средства труда и предметы потребления.
Известно, что история горнодобывающего производства
берет свое начало с открытых разработок месторождений по¬
лезных ископаемых. Вместе с тем горная наука начинается с
изучения и исследований в области подземных горных работ.
Простота условий залегания месторождений, разрабатыва¬
емых первоначально открытым способом и примитивность
средств ведения открытых горных работ не вызывало проблем
для решения и проведения исследований в этой области горно¬
го дела.
С внедрением в горное производство машин и механизмов
стала ощущаться разница в условиях их применения при веде¬
нии подземных и открытых работ.
Более благоприятные условия применения открытых гор¬
ных работ неограниченных раїмеров мощных высокопроизво¬
дительных машин с возможностью полной их автоматизации,
являются одним из преимуществ этого способа добычи полез¬
ных ископаемых. Следствием применения мощных машин и
механизмов на открытых работах являются наиболее легкие и
производительные условия труда и низкая себестоимость до¬
бычи полезного ископаемого. Наряду с этим открытые горные
работы по сравнению с подземными являются наиболее без¬
опасными и гигиеническими, что имеет большое социальное
значение.
В связи с этим в мировой практике горнодобывающего
производства за последние десятилетия произошло заметное
прогрессивное развитие открытой добычи полезных ископае¬
мых. При этом распространение ее на месторождения с относи-
б
тельно сложными горно-геологическими условиями в сочета¬
нии с мощным горным и транспортным оборудованием спо¬
собствовало формированию отдельных технологических схем
открытой разработки полезных ископаемых, что потребовало
развития науки в этой области горного дела.
Судя по данным современной технической литературы,
большой объем научно-технических исследований в области
открытых горных работ проведен российскими специалистами
и работниками науки горного производства. Известно, что одно
из ведущих мест в этом направлении принадлежит профессору,
заслуженному деятелю науки и техники РФ Евгению Фомичу
Шешко (1901-1961 гг.).
В 1940 г. в Московском горном институте Е.Ф Шешко орга¬
низовал первую в России кафедру открытых горных работ дія
подготовки горных инженеров-открытчиков. В 1949 г. им был
издан первый фундаментальный учебник, в котором были зало¬
жены основы теории открытых горных работ. В 1951 г. учебник
был издан вторично и получил Государственную премию.
Важную роль в становлении теории и практики открытых
горных работ сыграл академик Николай Васильевич Мельни¬
ков (1909-1980 гг.). Возглавив научно-техническую обще¬
ственность в области открытой разработки полезных ископае¬
мых бывшего Советского Союза, он проявил незаурядною
энергию в создании научных коллективов и внедрению их до¬
стижений в практику горных предприятий.
Придавая особое значение научным разработкам Е.Ф. Шеш¬
ко. он отмечал, что сформулированные им классификации си¬
стем разработки и вскрытия карьерных полей аргументированы
практикой и теорией, они строго логичны и долгое время не
потеряют своего значения.
Итогом совместной творческой деятельности Н.В. Мель¬
никова и Е.Ф. Шешко было создание новых научных, проект¬
но-конструкторских центров открытых горных работ, воспита¬
ние молодых кандидатов и докторов технических наук в этой
области. В эти годы получили развитие кафедры открытых
горных работ в Петербургском. Екатеринбургском институтах
и других учебных заведениях).
7
К концу 80-х годов благодаря прогрессирующему внедре¬
нию машин в горное производство значительно расширилась
терминология по способам добычи и процессам горных работ
Характерной особенностью этого периода стала дифференциа¬
ция горной терминологии по крупным производственным от¬
раслям горного дела с углублением содержания локальных
терминологий, в том числе по открытым горным работам. При
этом рост терминологического фонда по всем отраслям горного
дела до сего времени происходит в рамках издания специали¬
зированных учебников и монографий.
В области открытых горных работ главная роль в этом при¬
надлежит продолжателю и ученику Е.Ф. Шешко академику Вла¬
димиру Васильевичу Ржевскому (1919-1992 гг.). С первого изда¬
ния фундаментального труда - учебника «Технология и ком¬
плексная механизация открытых горных работ» (1968 г.) им был
выдвинут ряд новых технологических понятий, которые корен¬
ным образом изменили традиционные положения теории и прак¬
тики открытой разработки месторождений полезных ископае¬
мых, сформулированных Е.Ф Шешко и Н.В. Мельниковым.
В итоге на сегодня примерно равнозначные явления и про¬
цессы получили различные толкования и определения среди
широкого круга специалистов открытых горных работ, в том
числе крупных ученых, к числу которых следует отнести акад.
К.Н. Трубецкого, проф. А.И. Арсентьева. Ю.И. Анистратова.
К.Е. Вниицкого. ВС. Хохрякова М.Г. Потапова, II И Томако-
ва, М.И. Щадова. Н.Я. Репина и многих других ученых.
8
1. ОБЩИЕ С ВЕДЕНИЯ ОБ ОТКРЫТЫХ
ГОРНЫХ РАБОТАХ
1.1. С ущность открытых горных работ, понятие
о прслпрнялпі открытой лобьрпі полезных ископаемых
Открытые горные работы - способ разработки месторож¬
дений. при котором извлечение полезного ископаемого из горного
массива осуществляется на дневной поверхности в результате
предварительного удаления покрывающих его пустых пород
При открытой разработке месторождения извлечение само¬
го полезного ископаемого - относительно простой и нетрудо¬
емкий процесс, не требующий ограждения рабочего простран¬
ства от обрушения покрывающих пород, как это необходимо
при подземных работах. Однако процесс удаления этих пород
обычно является более сложным и трудоемким, чем извлечение
полезного ископаемого. Поэтому способ удаления покрываю¬
щих полезное ископаемое пустых пород и составляет основное
содержание процесса открытой добычи полезных ископаемых.
Характерной особенностью открытого способа разработки
месторождений, является превышение в несколько раз объемов
перемещаемых пород относительно объемов добываемых по¬
лезных ископаемых.
Горное предприятие, осуществляющее разработку место¬
рождений полезного ископаемого открытым способом, в об¬
щем случае называется карьером. Если разрабатывается уголь¬
ное месторождение, то такое горное предприятие называют
разрезом. Предприятие открытой разработки рудного место¬
рождения иногда называют рудниками. Открытая разработка
россыпей называется прииском.
В производственно-техническом понимании предприятие
открытой добычи полезного ископаемого - это совокупность
открытых горных выработок, оборудованных для разработки
месторождений с дневной поверхности
В административно-хозяйственном понимании предприятие
открытой добычи полезного ископаемого являются самостоя¬
тельным промышленным объектом, которое имеет необходи¬
9
мый для открытой добычи полезного ископаемого комплекс
основного и вспомогательного оборудования, определенное
число рабочих и инженерно-технический персонал, осуществ¬
ляющий общее руководство производством.
Рис. 1.1. Общий лид предприятия открытой добычи полезных
ископаемых (карьера, разреза, рудника)
На современном уровне развития техники и технологии от¬
крытых горных работ предприятия открытой добычи полезных
ископаемых относят к опасным производственным объектам.
Это обуславливается несколькими существенными обстоя¬
тельствами:
- зависимостью предприятий открытой добычи полезного
ископаемого от горно-геологических условий как территори¬
ально. так и по существу проявления неблагоприятных при¬
родных факторов;
- постоянным перемещением рабочих мест, сопровожда¬
ющимся изменением условий работы, перемещением сложных
транспортных и мощных электрических коммуникаций.
- разбросанностью и территориальной разобщенностью
рабочих мест, затрудняющих иногда необходимую оператив¬
ную связь между ними.
10
С учетом проявления экстремальных природных климати¬
ческих явлений в сочетании с аварийными производственными
ситуациями все это требует от руководителей производства от¬
крытой добычи полезных ископаемых глубоких инженерных
знаний теории и практики их ведения.
1.2. Условия применения открытых горных работ
Объектами открытых горных работ являются залежи твер¬
дых полезных ископаемых, которые имеют самые разнообраз¬
ные формы залегания (пласты и пластообразные залежи, лин¬
зы, гнезда, жилы, штоки).
Основными факторами, определяющими возможность
применения открытой разработки месторождения, являются
природные условия его залегания: рельеф земной поверхности,
угол падения залежи, ее строение и мощность, физико¬
механические свойства покрывающих пород и полезного иско¬
паемого. гидрогеологические и климатические условия.
Рельеф земной поверхности месторождения может быть
равнинным, холмистым и гористым (рис. 1.2).
Рис. 1.2 Рельеф іемнои поверхности:
а - равнинный. 6 - холмистым, в, г - гористый и типы .месторождений:
а б-глубинны й, в- высотный, г-глубинно-высотный
+ + + + + +
II
При равнинном или холмистом строении рельефа суще¬
ствует средний - господствующий, уровень земной поверхно¬
сти. Месторождения, залегающие непосредственно на земной
поверхности или под наносами небольшой мощности, называ¬
ются месторождениями поверхностного типа. а залегающие
ниже господствующего уровня земной поверхности - место¬
рождениями глубинного типа (рис. I 2а, 6).
При гористом строении рельефа господствующим уровнем
земной поверхности является обычно подошва склона возвы¬
шенности. Если месторождение расположено на возвышенно¬
сти или ее склоне выше господствующего уровня земной по¬
верхности. его называют месторождением высотного типа.
Месторождение глубинно-высотного типа - это месторожде¬
ние. расположенное в склоне горы и распространяющееся вглубь
ниже господствующего уровня земной поверхности (рис. 1.2г).
По углу падения выделяют три класса залежей: горизон¬
тальные и пологие (от 0° до 8-10°); наклонные (от 8-10° до
25-30°), крутые (более 25 -30°). При значительных размерах
месторождения с частым изменением угла падения залежи и
наличием различных геологических нарушений имеет место
сложное залегание. В таких случаях понятия горизонтального,
пологого, наклонного и крутого падения залежи относятся
только к отдельным участкам месторождения полезного иско¬
паемого.
По строению месторождения делятся на простые, сложные
и рассредоточенные залежи (рис. 1.3).
а 6 в
Рис. 1.3. Строение месторождений полезных ископаемых:
а б- сложное, в - рассредоточенное
12
Крупные пластовые н массивные рудные месторождения без
породных прослойков и включений неполноценных полезных ис¬
копаемых (бедных руд) называются простыми залежами и явля¬
ются наиболее удобными объектами открытой разработки
Залежи, которые наряду' с полноценным полезным ископа¬
емым содержат бедные сорта, включения или прослойки пу¬
стых пород с четко выраженными контактами называются
сложными залежами.
Залежи, в которых полноценное, бедное полезное ископаемое
и пустые породы распределены без определенной последова¬
тельности и четко выраженных контактов, называются рассре¬
доточенными залежами.
Flo форме различают изометрические, плитообразные и
трубообразные (столбообразные) залежи.
Изометрические залежи имеют примерно одинаковые
размеры во всех направлениях (массивные залежи, штоки др.).
Плитообразные залежи - вытянутые преимущественно в двух
направлениях пласты и пластообразные залежи относительно
небольшой мощности. Труюообрспные залежи вытянуты, как
правило, в одном направлении
По мощности залежи подразделяются на следующие клас¬
сы: залежи весьма малой мощности - до 3-5 м. залежи малой
мощности - от 3-5 до 15—20 м. залежи средней мощности - от
15-20 до 30 40 м. залежи большой мощности - более 30-40 м.
Принятые понятия о пределах мощности залежей полезших ис¬
копаемых при открытых разработках в некоторой степени
условны и зависят от уровня техники и технологии ведения гор¬
ных работ.
Па соотношение мощности залежи полезного ископаемого
и покрывающих пород определенное влияние оказывают рель¬
еф земной поверхности и строение залежи. При этом важно от¬
метить. что определенным условиям залегания и строению за¬
лежей полезных ископаемых свойственны своя технология и
механизация открытых работ. Пределы соотношений мощно¬
сти залежи полезного ископаемого и покрывающих его пород с
учетом условий их залегания являются показателями, которые
устанавливаются на основе технико-экономических расчетов.
13
Во всех случаях открытой разработки месторождений по¬
лезных ископаемых существенное значение имеет мощность
покрывающих и вмещающих полезное ископаемое пустых по¬
род. Однако пределы мощности покрывающих и вмещающих
пород при открытых работах нельзя рассматривать отвлеченно
от мощности и угла падения залежи. В любых слу чаях основ¬
ным условием открытой разработки месторождения является
обеспечение определенного соотношения мощности залежи
полезного ископаемого и покрывающих его пород (при поло¬
гом залегании) или подлежащих удалению боковых (вмещаю¬
щих) пород (при наклонном и крутом падении). При прочих
равных условиях чем ближе к поверхности земли расположено
месторождение, тем привлекательней его открытая разработка.
Если месторождение имеет весьма большую мощность залежи,
его целесообразно разрабатывать открытым способом даже при
значительной глубине залегания.
Физико-механические свойства полезных ископаемых и
покрывающих пород определяют степень их добываемостн.
под которой понимается сопротивление отделению их от мас¬
сива. Величина этого сопротивления в основном зависит от
твердости, вязкости и упругости пород.
По совоку пности этих свойств они имеют различную сте¬
пень добываемоеги. По этому признаку их делят на 10 катего¬
рий. которые предложены проф. М М. Протодъяконовым и
определяются значениями так называемого коэффициента кре¬
пости - /
Коэффициент крепости породы -/по шкале проф. М М. Про¬
тодьяконом можно считать примерно равным 0.1 (Тсж, где гтсж
предел прочности пород при сжатии. Мпа.
По коэффициенту' крепости все горные породы можно раз¬
делить примерно на пять категорий:
• рыхлые и сыпучие (/'< 1) - песок, растительная земля;
• мягкие (J 1 +3) - глина, мел. уголь;
• средней крепости ft 4т8) - сланцы, аргилиты;
• крепкие (f 9+15) - гранит, песчаник;
• весьма крепкие (f > 15) - кварциты, крепкие граниты.
14
Коэффициент крепости горных пород оказывает суще¬
ственное влияние на средства и способы ведения открытых
горных работ.
При открытых разработках особое значение приобретают
гидрогеологические условия (обводненность) месторождения.
Обводненность месторождений при открытой их разработке
определяется величиной притока подземных вод и атмосфер¬
ных осадков, выпадающих в виде дождя или снега. Количество
притекающей воды к открытым горным выработкам может со¬
ставлять от нескольких кубических метров до нескольких со¬
тен. а иногда и тысяч кубических метров в час. Большая обвод¬
ненность месторождений при современном уровне развития
техники не представляет серьезных препятствий для открытой
добычи полезных ископаемых, а в некоторых случаях является
положительным фактором.
Влияние климатических условий на производство откры¬
тых работ при современном развитии техники в настоящее
время утрачивает свое прежнее значение.
Самыми благоприятными для открытых работ являются
районы с мягким умеренным климатом. В районах с резко кон¬
тинентальным климатом не исключается остановка горного
оборудования в зимний период. Во всех случаях излишнее вы¬
падение атмосферных осадков и резкое колебание температуры
в течение года требуют проведения ряда мероприятий, которые
в определенной степени приводят к удорожанию открытых
горных работ.
1.3. Терминология н горнотехнические нон ятя
открытых горных работ
Удаление пустых пород, покрывающих полезное ископае¬
мое, а затем выемка самого полезного ископаемого при откры¬
той разработке месторождения производится горизонтальными
слоями, последовательно, сверху вниз, начиная с поверхности.
При этом разработка каждого вышележащего слоя горных по¬
род и полезного ископаемого опережает разработку нижеле¬
жащего слоя.
15
В результате последовательного удаления слоев горных
пород н полезного ископаемого в земной поверхности образу¬
ется определенных размеров и формы выемка, которая называ¬
ется - выработанным пространством карьера (рис. 1.4).
Paipei по 11-11
Рис. 1.4. І^рафическое построение элементов карьера:
1 - нерабочие уступы: 2 — вскрышнойу'ступ: 3 - добычной уступ:
4 - рабочая площадка; 5 - берма (предохранительная): 6 - горизонты
разработки: 7 - рабочий борт: 8 — нерабочий борт; 9 - дно карьера:
10- верхний контур: 11 - нижний контур: 12- конечный контур
(техническая граница) карьера: 13 - капитальная траншея;
14 - породный отваї; 15 - отвальный уступ; /; и ft-углы откосов,
соответственно рабочего и нерабочего бортов карьера
Боковые поверхности, ограничивающие выработанное
пространство карьера, в процессе послойной разработки место¬
рождения приобретают ступенчатую форму.
16
Отдельная ступень боковой поверхности выработанного
пространства, являющаяся результатом разработки слоя поро¬
ды или полезного ископаемого, называется-уступом.
Если разработка слоя пустых пород или полезного ископа¬
емого закончена или в определенный момент не производится,
то соответствующий ему уступ называется - нерабочим. Если
слой породы или полезного ископаемого разрабатывается, то
соответствующий ему усту п называется - рабочим. При этом в
слу чае разработки слоя пустой породы его называют - пород¬
ным или вскрышным уступом, а при разработке слоя полезного
ископаемого - добычным (угольным, рудным и т.п.) уступом.
Уступ является главным технологическим элементом от¬
крытых разработок (карьера). Он имеет ряд своих элементов,
которыми определяется характер ведения и организации гор¬
ных работ в карьере (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Элементы уступа:
1 — верхняя площадка; 2 - нижняя площа Ока; 3 —откос;
4 - верхняя площадка; 5 - нижняя бровка; 6 - забои; 7 - захоока;
а-угол откоса у'стута: И - высота уступа
Горизонтальные поверхности, ограничивающие уступ по
высоте сверху и снизу называются соответственно верхней и
нижней площадками уступа. Иногда верхнюю площадку усту¬
па называют кровлей, а нижнюю подошвой уступа
Понятия верхняя и нижняя площадки справедливы только
относительно одного уступа. Естественно, что для двух смеж¬
ных (расположенных друг над другом) уступов нижняя пло¬
17
щадка верхнего уступа является одновременно верхней пло¬
щадкой нижнего уступа и т.д.
Расстояние между площадками (верхней и нижней) одного
уступа по вертикали называют высотой уступа - Л.
Наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны
выработанного пространства карьера, называется от косом уступа.
Угол, образуемый откосом уступа с нижней горизонтальной
площадкой (подошвой) начывается углом откоса уступа - а.
Линин пересечения откоса уступа с верхней и нижней
площадками его называются соответственно, верхней и ни ле¬
ней бровками.
Разработка уступа обычно осуществляется узкими полоса¬
ми. параллельными его откосу, которые называются - заход ко¬
ми (рис 1.6).
Торец заходкн. являющийся местом непосредственной разра¬
ботки уступа называется - забоем. Забоем уступа иногда может
быть весь его откос. Эго зависит от того оборудования, которое
применяется для разработки пород и полезного ископаемого.
Заходку иногда делят на два и более блоков, представляю¬
щих ее участки, разрабатываемые самостоятельными сред¬
ствами выемки (рис. 1.6).
Протяженность заходки определяемая длиной уступа в
границах карьера составляет фронт работ уступа. Суммарная
протяженность фронта работ всех уступов определяет фронт
горных работ карьера.
Перемещение положения фронта горных работ в направле¬
нии перпендикулярном его протяженности в единицу времени
(месяц, год) называют скоростью подвигания фронта горных
работ (рис. 1.7).
Рис. 1.6. Деление заходки на блоки
18
Площадки рабочих уступов, на которых размещается обо¬
рудование, осущест вляющее их выемку, называются рабочими
площадками. Площадки свободные от оборудования являются
нерабочими площадками и относятся большей частью к нера¬
бочим уступам. Обычно они имеют небольшую ширину и
называются бермами.
Нели по бермам производится перемещение вскрышных
пород или полезного ископаемого какими-либо средствами
транспорта, их называют транспортными бермами. Свобод¬
ные бермы, не используемые для средств транспортировки
вскрышных пород или полезного ископаемого, называются
аТ
Рис I 7 Фронт работ уступа и скорость его подвигапия
предохранительными бермами.
Бермы и рабочие площадки в процессе разработки уступов
определяют собой горизонты разработки карьера
Положение горизонтов разработки карьера, а, следователь¬
но соответствующих им берм и рабочих площадок уступов
принято определять их вертикальным расстоянием от наивыс¬
шей точки поверхности, принятого в топографии.
19
А-А
Уф.р.
//
/
/
t
В первом случае эти расстояния характеризуются относи¬
тельными. а во втором слу чае - абсолютными отметками, так
как это показано в разрезах карьера (рис. 1.4).
В большинстве случаев рабочие площадки уступов служат
как для размещения оборудования, разрабатывающего породу
или полезное ископаемое, так и для транспортных средств,
осуществляющих перемещение их из карьера на его поверх¬
ность. В таком случае соответствующие этим рабочим площад¬
кам горизонты разработки карьера называют транспортными
горизонтами.
В общем случае транспортный горизонт принято считать
определяющим технологическим признаком рабочего уступа
карьера. Ибо слой породы или полезного ископаемого, разра¬
батываемый самостоятельными средствами выемки, но обслу¬
живаемый транспортным горизонтом выше или ниже лежащего
слоя, определяет собой подуступ (рис. 1.8в).
В соответствии с этим условием, подуступ является частью
уступа и характеризуется аналогичными его элементами (пло¬
щадками. бровками, откосами, углами откоса, высотой и т.д.).
При этом данное ранее определение усту па относится к част¬
ному случаю, когда разрабатываемые слои толщи горных по¬
род карьера обслуживаются самостоятельными рабочими и
транспортными горизонтами (рис. 1.8а б).
а б Лк в
Рис. 1.8 Положение транспортных горизонтов карьера
по отношению к рабочим площадкам уступа:
а - общее положение транспортного гориюнта
и рабочей площадки; б - раздельное положение рабочей площадки
и транспортного горизонта:
в - расположение транспортного гориюнта
на прачежучпочнoil площадке
I
20
It
о
H
_ * T" и/и /ш/п / — k »
Л v ? l>ГіЩКЕ^ІЗ7 #■
"£ui\u' Mfn/m/n~-U' і
^Тч \/»/~ ^
nK Vu «-*-■/- - *
tr
p _a
4° Q° °F
~CT
9 4
~Г
\ХУ» uhfi 1 /, \
V
_ LLjJmjnjl
_ . ,\-ІІИ/иі. *».?7р
jlj\ _v
~ч * ♦ -,т ~ V
# У в/т /» frj"! -
/ и/т Л/% 0 о °/ I
.. * v и О <-» л
4+ ♦ ♦ А УіГ/ *>*°о°оУ
/ \+ . f Т" д о о" о й /
V ♦ т +\ \ о П a Q у
Vr\ ~1<£Г
Рис. 1.9. Принципиальные схемы открытой разработки:
а - горизонтальных: б - наклонных: в - крутых: 1 - выработанное
пространство: 2. 3 - внутренние и внеиіние отвалы; 4. 5- рабочий
и нерабочий борта; 6 — конечный контур карьера; 7 —бермы;
8 - рабочие площадки; 9 - дно карьера:
I. II. Ill, IV- последовательность развития работ на у'стутіах;
Ня- конечная глубина карьера: ур и у„ - углы откоса рабочего
и нерабочего бортов: Ушш Ушш- углы откоса нерабочего борта
по лежачему и висячему бокаи
21
Таким образом. в общем технологическом определении ра¬
бочим уступом является часть толщи горных пород в карьере,
имеющая рабочую поверхность в форме одной ступени или не¬
скольких ступеней, разрабатываемых самостоятельными сред¬
ствами выемки при наличии одного транспортного горизонта.
Боковые поверхности карьера, состоящие из отдельных
уступов, ограничивающие его выработанное пространство,
называется бортами карьера (рис. 1.9).
Положение бортов карьера определяется его откосом, кото¬
рый условно принимают за плоскость, проходящую через верх¬
нюю бровку самого верхнего уступа и нижнюю бровку самого
нижнего уступа карьера. Углом наклона этой плоскости к гори¬
зонту определяется угол наклона борта карьера - у. Борт карье¬
ра образованный рабочими уступами, называется рабочим бор¬
том, соответственно, нерабочими - нерабочим бортом карьера.
При этом угол откоса рабочего борта карьера - ур обычно мень¬
ше угла откоса нерабочего борта карьера - ут (рис 1.4).
Горизонтальная плоскость, ограничивающая выработанное
пространство карьера по его глубине, называют дном карьера.
Линия пересечения плоскости бортов с земной поверхно¬
стью образует верхний контур карьера; линия пересечения их с
дном карьера образует нижний контур карьера.
Положением верхнего и нижнего контуров карьера опре¬
деляются его рабочие границы. При разработке неглубоких го¬
ризонтально залегающих месторождений размеры верхнего
контура карьера незначительно отличаются от размеров ниж¬
него его контура.
При разработке наклонных и кругопадающих месторожде¬
ний размеры верхнего контура карьера существенно зависят от
его глубины и могут значительно отличаться от нижнего кон¬
тура. В данном случае определенной конечной глубине разра¬
ботки месторождения будет соответствовать конечный верхний
контур карьера.
Как конечный верхний контур карьера при разработке
наклонных и крутопадающих залежей, так и границы переме¬
щения верхнего контура при разработке пологих и горизон¬
тальных залежей называют технической границей карьера.
22
Технические границы карьера зависят от размеров карьер¬
ного поля, которым считают месторождение или его часть, раз¬
рабатываемые одним карьером. Карьерное поле в большинстве
случаев имеет форму, близкую к прямоугольной (рис. 1.4).
Совокупность уступов, находящихся в одновременной раз¬
работке. представляет рабочу ю зону карьера. Положение этой
зоны определяется положением рабочих площадок самого
верхнего и самого нижнего разрабатываемых уступов.
При открытой разработке горизонтальных и пологих ме¬
сторождений положение рабочей зоны обычно остается посто¬
янным. При разработке мощных горизонтальных, а также
наклонных и крутых месторождений рабочая зона перемещает¬
ся с углублением карьера.
Связь рабочих площадок уступов или горизонтов разра¬
ботки с поверхностью при открытых разработках осуществля¬
ется проведением наклонных открытых горных выработок, ко¬
торые называют капитальными траншеями.
По капитальным траншеям на поверхность карьера выдается
полезное ископаемое и вскрышные породы от забоев рабочих
уступов. При этом полезное ископаемое отправляется к потреби¬
телю, а вскрышные породы разгружаются в специальные насы¬
пи. которые располагаются на свободных площадях за пределами
карьера или (при соответствующих условиях) в его выработан¬
ном пространстве. Эти насыпи называются отвалами.
Отвалы, размещаемые в выработанном пространстве карь¬
ера называются внутренними, а за пределами его технической
границы - внешними.
Насыпи отвалов образуют отвальные уступы, которые
определяются такими же элементами, что породные и добыч¬
ные уступы (рабочими и нерабочими площадками, откосами,
углами откосов и высотой). Аналогично отвальные уступы мо¬
гут состоять из нескольких подусту по в с промежуточными ра¬
бочими площадками
Большинство рассмотренных элементов карьера (углов от¬
коса рабочих и нерабочих уступов, положение рабочей зоны и
отвалов) в порядке унификации терминов следует определять с
учетом горно-геологических условий разрабатываемого место¬
рождения (угла падения залежи и ее мощности) (рис. 1.9).
23
1.4. Периоды развития открытой разработки
место рожле ні пі по.іеіньїх ископаемых
Развитие открытых горных работ по разработке месторож¬
дения полезного ископаемого осуществляется рядом последо¬
вательных периодов, содержание которых составляют:
- подготовка поверхности;
- осушение месторождения и ограждение его от воды;
- горно-капитальные (горно-строительные) работы;
- вскрышные работы;
-добычные работы;
- рекульгивационные работы.
Подготовка поверхности карьерного поля заключается в
удалении естественных и искусственных препятствий, затруд¬
няющих или не допускающих производство открытых работ на
данном месторождении.
Осушение месторождения и ограждение его от воды в
общем случае необходимы в целях облегчения нормальной
эксплуатации оборудования и общей безопасности ведения от¬
крытых горных работ.
Степень обводненности месторождения зависит от клима¬
та района, гидрогеологических условий месторождения, релье¬
фа местности, наличия водоемов вблизи карьера. В зависимо¬
сти от гидрогеологических условий месторождения типа при¬
меняемого горного и транспортного оборудования, физико¬
технических характеристик вмещающих пород для создания
нормальных и безопасных условий ведения горных работ на
карьере выполняют специальные работы по осушению место¬
рождений. Периоды предварительной подготовки поверхности
и осушения месторождения способствуют нормальному вы¬
полнению собственно горных работ по обеспечению открытой
добычи полезного ископаемого: горно-капитальных, вскрыш¬
ных и добычных.
Горно-капитальные работы заключаются в проведении
определенного объема горных работ (обычно капитальных
траншей), создающих доступ с поверхности земли к горизон¬
там разработки карьера и обеспечивающих фронт для даль¬
нейших горных работ (вскрышных и добычных).
24
Вскрышные работы представляют собой процесс удаления
пустых пород, покрывающих или вмещающих залежь полезно¬
го ископаемого. Они обеспечивают непосредственный доступ к
полезному ископаемому и по своему назначению являются
подготовительными работами. Добычные работы представляют
собой процесс непосредственного извлечения полезного иско¬
паемого, который осуществляется путем разработки соответ¬
ствующими средствами механизации добычного уступа вслед
та разработкой вышележащего вскрышного уступа. По своему
назначению они являются очистными работами.
Рекультивационные работы представляют собой плани¬
ровку поверхности внешних или внутренних отвалов в целях
восстановления нарушенных открытыми разработками земель
для последующего использования их в народном хозяйстве.
Все перечисленные периоды открытых горных работ начи¬
наются в последовательном порядке и проводятся далее парал¬
лельно с взаимным опережением в пространстве: подготовка
поверхности и осушение месторождения опережают горно¬
строительные и вскрышные работы, а последнее предшествует
добычным и рекультивационным работам. При этом до начала
систематической выдачи продукции (плановых объемов полез¬
ного ископаемого) все эти периоды составляют в целом единый
период строительства предприятия. В последующем наступает
аналогично единый период эксплуатации месторождения. В
итоге выполняемые последовательно работы отдельных перио¬
дов открытой разработки становятся эксплу атационными.
Горно-капитальные, вскрышные и добычные работы явля¬
ются главными периодами открытых разработок, определяю¬
щими их производственную структуру. В процессе эксплуата¬
ции месторождения в зависимости от условий его залегания
горно-строительные работы могут отсутствовать. Подготовка
поверхности, как в начальный период, так и при эксплуатации
месторождения производится при необходимости в этом.
В общем случае периоды подготовки поверхности карьер¬
ного поля и осушения месторождения не имеют единой техно¬
логии и выполняются в различных вариантах, в зависимости от
конкретных природных, гор но-геологических и гидрогеологи¬
ческих условий.
25
Однако, горно-строительные, вскрышные, добычные и ре¬
культивационные работы характеризуются общими производ¬
ственными процессами. При этом установление необходимой
технологической взаимосвязи между ними составляет опреде¬
ленную часть теории открытых горных работ.
1.5. Краткая характеристика периодов подготовки
н осушения месторождений Д.ІЯ огкрытой ра ірабогки
Подготовка поверхности карьерного поля к разработке
необходима, как при наличии естественных так и искусствен¬
ных препятствий для выполнения открытых горных работ.
Естественными препятствиями являются леса. реки, озера,
болота. При подготовке поверхности леса вырубают и выкор¬
чевывают пни. русла рек и ручьев отводят за пределы карьер¬
ного поля, спускают или откачивают воду из озер и осушают
болота. Особое внимание на этапе подготовки поверхности
уделяется снятию и складированию почвенного слоя в целях
его последующего использования при восстановлении нару¬
шенных земель. Искусственными препятствиями могут явиться
различные сооружения и здания шоссейные и железные доро¬
ги и др. В случае необходимости решается вопрос о сносе зда¬
ний и сооружений, а также переносе за пределы карьерного по¬
ля шоссейных и железных дорог.
Осушение месторождения и ограждение его от воды в
общем случае необходимы в связи с тем. что обнаженные в
процессе разработки уступов породы, насыщенные грунтовой
водой, теряют устойчивость и становятся опасными для после¬
дующего ведения открытых горных работ.
В задачу осушения месторождения входит удаление воды
из полезного ископаемого и окружающих его пород, поступа¬
ющей из поземных водоносных горизонтов
В задачу ограждения месторождения от воды входит отвод
поступающей с поверхности воды в виде атмосферных осадков
или от других внешних источников (расположенных вблизи
ручьев и каких-либо водоемов).
26
Осушение месторождения до периода его эксплуатации
называется предварительным. Дальнейшее осушение его в пе¬
риод нормальной эксплуатации называют текущим осушением
или дренажом.
Объемы и способы предварительного осушения и дренажа
могут существенно различаться в соответствии с объемом ра¬
бот по эксплуатации месторождения.
Как предварительное, так н текущее осушение месторожде¬
ний осуществляется тремя основными способами: поверхност¬
ным (бесшахтным), подземным (шахтным) и комбинированным.
Поверхностный (бесшахтный) способ осушения применя¬
ют при неглубоком (до 100 м) расположении водоносных гори¬
зонтов в породах с хорошей водоотдачей (пески, супеси и т.д.).
При расположении уровня грунтовых вод близко к земной по¬
верхности карьерное поле ограждают от воды поверхностными
канавами - дренами (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Ограждение карьерною паля от подъемных
и атмосферных вод дренами
27
Дрены располагают так. чтобы они пересекали направле¬
ние течения грунтовой воды, охватывая часть периметра карь¬
ера. Дно дрены должно проходить по водоупорной породе, чем
и определяется ее глубина. Вода из дрен откачивается или са¬
мотеком отводится за пределы карьерного поля.
Аналогичные дрены применяют для ограждения карьера от
атмосферных осадков, стекающих по земной поверхности.
При более глубоком расположении горизонтов подземных
вод осушение карьера производится бодопонижающими сква¬
жинами. Их пробуривают с поверхности до пересечения с во¬
доносными пластами и оборудуют насосами для откачки воды
на поверхность (рис. 1.11).
Рис. 1.11. Понижение уровня подземных грунтовых вод
водопонижающими скважинами
Водопонижающие скважины располагают в один или не¬
сколько рядов по контуру карьерного поля. Расстояние между
скважинами и их рядами зависит от конкретных условий.
Скапливающаяся в скважинах вода выкачивается на поверх¬
ность с помощью глубинных насосов и отводится по трубопро¬
водам или канавам за пределы карьерного поля. При этом уро¬
вень подземных вод в пределах осушаемого массива понижает¬
ся (рис. 1.11).
При расположении уровня водоносного горизонта ниже за¬
лежи разрабатываемого полезного ископаемого осушение его
производят водопоглащающими скаважинами. Их пробурива¬
ют также с поверхности, но воду откачивают и сбрасывают в
вышележащие изолированные водоносные горизонты.
28
Важным элементом водо понижающих и водопоглощаю¬
щих скважин является фильтр, от конструкции которого зави¬
сят эффективность и продолжительность работы насосов и
скважин (рис. М2).
в
а И*
I I
I I
I I
"
I I
Рис. 1.12. Конструкция фильтров дренажных скважин.
а - металлический фильтр; 6 - гравийный; в - фильтр
Оля мелкозернистых песков
Подземный (шахтный) способ осушения, применяют при
глубоком (более 100 м) расположении водоносных горизонтов.
Он заключается в проведении сети подземных дренажных вы¬
работок и специальных водосборных устройств. При подзем¬
ном способе сооружают систему подземных дренажных выра¬
боток с водосборником, который оборудуют насосной станци¬
ей для откачки воды на поверхность и отвода ее за пределы ка¬
рьерного поля (рис. 1.13).
/
Рис. 1.13. Осушение подземными дренажными выработками:
1 — дренажный ствол шахты; 2 - насосная станция;
3 - дренажные выработки (штреки)
29
В конкретных условиях отметки дренажных выработок
выбирают так. чтобы они проходили ниже глубоких отметок
карьера. Густота сети дренажных выработок определяется в за¬
висимости от притока подземных вод и физико-механических
свойств осушаемых пород.
При наличии нескольких водоносных горизонтов приме¬
няют специальные водосборные устройства: забивные, сквоз¬
ные фильтры и дренажные колодцы, которые проводятся из
горных выработок (рис. 1.14а. б. в).
0WI
омямгаикшмя
Ппм
, /ІПМ
«г
Й W и и м м м м м
•I pi М W М 9
в Of к нам
Рис. 1.14. Водосборные устройства подъемных дренажных
выработок: а - забивной фильтр; б - сквозной фильтр:
в - дренажный колооец
Забивные фильтры применяют для осушения водоносных
пород, которые залегают в непосредственной близости от дре¬
нажных выработок (рис. 1.14а). Они закладываются в кровлю,
почву или стенки выработок. Вода из фильтров поступает са¬
мотеком.
При условии залегания водоносных слоев высоко над
дренажными выработками применяются сквозные фильтры
(рис. 1.146).
30
Эти фильтры представляют собой скважины, которые про*
водят с поверхности до горизонта дренажных выработок. По
своему устройству они являются обычными водопоннжающн-
ми скважинами, но без глубинных насосов (рис. 1.146).
При безнапорных водах в почве дренажных выработок со¬
оружаются дренажные колодцы, откачка воды из которых для
снижения напора в водоносном горизонте производится непре¬
рывно (рис. 1.14в). Дренажные колодцы могут быть использова¬
ны также для сбора воды, поступающей из выработок по дре¬
нажным канавам, с последующей ее откачкой в водосборник.
Комбинированный способ осушения представляет собой
сочетание водопонижающих скважин и поверхностных дрен с
системой подземных дренажных выработок, оборудованных
забивными и сквозными фильтрами или дренажными колодца¬
ми (рис. 1.15).
—'"'Л ~''n
.ymwirw киры’ри ^
Рис. 1.J5. Схема комбинированного способа осушения
При комбинированном способе осушения можно приме¬
няют головной и кольцевой дренажи. Головным дренажом
называют ряд дренажных скважин, заложенных за контуром
31
карьерного поля для перехвата потока подземных вод. Он мо¬
жет быть целесообразным в сочетании с подземным способом
осушения Кольцевой дреиалс представляет дренажные сква¬
жины. заложенные вокруг проектного контура карьера, кото¬
рые необходимы для создания необходимого снижения напора
или уровня подземных вод.
Выбор способа осушения месторождений зависит от коли¬
чества горизонтов подземных вод, их расположения, рельефа
земной поверхности и интенсивности водоотдачи горных по¬
род. Подземный способ осушения карьера применяют при
наличии в толще разрабатываемых породе низкой водоотдачей
(глина). При разработке пород с хорошей водоотдачей целесо¬
образно проводить осушение поверхностным способом.
При любом залегании водоносных горизонтов и малом
притоке подземных вод ограничиваются поверхностным водо¬
отливом путем устройства на дне карьера водосборника в виде
зумпфа.
Из зумпфа скапливающаяся вода откачивается насосами и
по трубопроводам выдается на поверхность за пределы карьер¬
ного поля По мере понижения дна карьера в процессе ведения
горных работ соответственно углубляется зумпф.
1.6. Производственные процессы основных периодов
открытых горных работ
Из всех периодов развития открытой разработки место¬
рождений полезных ископаемых производственную основу со¬
ставляют вскрышные и добычные работы. Они осуществляют¬
ся в определенной последовательности, как на стадии строи¬
тельства карьера, так и в период его эксплуатации. При этом
как вскрышные, так и добычные работы представляют собой
разработку уступов: в первом случае - породных, во втором -
добычных. Вскрышные и добычные работы включают в себя
следующие основные производственные процессы:
- подготовку горных пород к выемке;
- выемочно-погрузочные работы;
-транспортирование горной массы;
32
- ран ручку и складирование горных порол (отвальные работы
для вскрышных пород, складские - для полезного ископаемого).
Все эти процессы в определенном объеме относятся к пе¬
риоду горио-капитальных работ и частично к рекультивации
Процесс подготовки горных порол к выемке в основном
сводится к процессу отбойки ее от массива (целика) уступа.
Если уступы слагаются твердыми породами или полезными
ископаемыми, то процесс отбойки их осуществляется с приме¬
нением буровзрывных работ. При этом отделение от массива и
рыхление их производится энергией взрыва ВВ. которые раз¬
мещаются в скважинах, пробуренных с кровли разрабатывае¬
мого усту па буровыми станками.
При разработке уступов, сложенных мягкими породами,
применения буровзрывных работ не требуется. В данном слу¬
чае отбойка их от массива уступа осуществляется одновремен¬
но с погрузкой, что составляет единый выемочно-погрузочный
процесс, выполняемый тем или иным средством механизации.
Таким образом, процесс выемочно-погрузочных работ
представляет собой перемещение породы непосредственно из
целика уступа (мягкие породы) или из ее навала после разрых¬
ления взрывчатыми веществами (твердые породы) в средства
транспортировки.
Процесс транспортирования горной массы представляет
собой перемещение от забоев уступов пустой породы на отва¬
лы. полезного ископаемого на склады или приемные пункты
потребителей.
Разгрузка пустых пород и полезного ископаемого является
завершающим производственным процессом вскрышных и до¬
бычных работ. Для вскрышных работ разработка заключается в
размещении пустых пород в отвале. Поэтому иначе этот про¬
цесс называют отвачообразованием или отвальными работа¬
ми. Способ отвалообразования зависит от вида применяемых
средств транспорта пустых пород и их крепости. Во многих
случаях он связан также с условиями залегания месторожде¬
ния Процесс разгрузки полезного ископаемого помимо специ¬
альной конструкции перемещающих его транспортных средств
и устройства стационарных приемных пунктов не требует ка¬
33
ких-либо дополнительных сооружений и машин, за исключе¬
нием устройства в некоторых случаях специальных сортиро¬
вочных и аварийных складов. В большинстве случаев полезное
ископаемое из карьера направляется непосредственно к потре¬
бителю (на электростанции, металлургические заводы, обога¬
тительные фабрики и т.п.), где оно разгружается на соответ¬
ствующих приемных пунктах.
Перечисленные выше основные производственные процес¬
сы находятся в тесной технологической, иногда конструктив¬
ной, взаимосвязи и в совокупности составляют единый техно¬
логический процесс производства открытых горных работ,
имеющий конечной целью экономичною и безопасную разра¬
ботку месторождений полезных ископаемых.
Трудовые и материальные затраты на выполнение основ¬
ных производственных процессов в современной практике от¬
крытой разработки весьма различны в зависимости от условий
залегания полезного ископаемого, крепости пород и мощности
оборудования.
Сочетания различных технических средств (оборудования),
с помощью которых осуществляются производственные про¬
цессы вскрышных и добычных работ представляют собой ком¬
плексы оборудования горных работ карьера, определяя слож¬
ность и экономичность их выполнения. Поэтому существенное
значение имеет выбор наиболее выгодных сочетаний средств
выполнения производственных процессов (комплексов обору¬
дования) особенно, вскрышных работ.
Если затраты на 1 м* вскрышных пород по отбойке - С1* но
погрузке - С2Ф по транспортированию - С*я и отвалообраюва¬
нню - С4,, то полные затраты на удаление 1 м породы составят:
С. * C‘e+ С2#+ C3e+ руб/м3. (1.1)
Соответственно затраты на выемку 1 т полезного ископае¬
мого по добычным работам составят:
С„ - с'0+ с\+ С\,+ С„ рубт (1.2)
34
Естественно, что при наличии всех процессов производ¬
ства вскрышных и добычных работ общая себестоимость до¬
бычи полезного ископаемого будет наибольшей:
Ся - С9 + руб/т, (1.3)
где К - некоторый коэффициент вскрыши, представляющий
показатель объема вскрышных пород, приходящийся на едини¬
цу добываемого полезного ископаемого (т).
В некоторых случаях в зависимости от горнотехнических
условий разработки месторождения возможно упрощение вы¬
полнения того или иного процесса или совмещение его с дру¬
гим процессом, например, как совмещение отбойки и погрузки
при разработке мягких пород или полезного ископаемого.
С упрощением или совмещением отдельных производ¬
ственных процессов добычных и. особенно, вскрышных работ,
упрощается производство открытых работ в целом, повышает¬
ся его экономичность и безопасность. В определенных услови¬
ях это осуществимо путем применения соответствующих ком¬
плексов горного оборудования, обеспечивающих наиболее ра¬
циональную технологию производства горных работ карьера.
Построение возможных рациональных комплексов обору¬
дования карьера осуществимо на основе изучения существую¬
щих средств выполнения производственных процессов
вскрышных и добычных работ во взаимосвязи с горнотехниче¬
скими условиями их применения.
Контрольные вопроси
1. В чем заключается сущность открытых горных работ и осо¬
бенность предприятия открытой добычи полезных ископаемых?
2. Дайте характеристику горно-геологических условий, вли¬
яющих на применение открытой разработки месторождений
3. Дайте определения основных элементов открытых гор¬
ных работ и производственно-технических понятий.
4. В чем сущность основных периодов развития открытой
разработки месторождения?
35
5. Дайте характеристику периода подготовки месторожде¬
ния к открытой его разработке и осушения карьерных полей.
6. В чем заключается сущность производственных процес¬
сов вскрышных и добычных работ, основные направления эф¬
фективности и экономичности их выполнения?
2. ПОДГОТОВКА ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ
2.1. Общие положення подготовки
горных пород к выемке
Подготовка горных пород к выемке представляет собой все
возможные средства и способы обеспечения производительной
разработки породного или добычного уступа. Немаловажным
элементом этого процесса является предохранение горных по¬
род от промерзания путем их рыхления Выполнение этих ра¬
бот осуществляется с помощью специальных рыхлителей или
других механических средств и является эпизодическим.
В конечном итоге подготовка горных пород к выемке свя¬
зана с процессом отбойки их от массива уступа с одновремен¬
ным рыхлением
При разработке уступов, состоящих из твердых пород и
полезных ископаемых, как известно (п. 1.6) является самостоя¬
тельным производственным процессом и осуществляется
обычно с помощью буровзрывных работ.
Буровзрывные работы в карьерах проводятся в два этапа.
Первый этап заключается в бурении на вскрышных или до¬
бычных уступах карьера глубоких скважин. На втором этапе
производят зарядку этих скважин взрывчатыми веществами
(ВВ) и собственно взрывание. При выполнении буровзрывных
работ необходимо соблюдение следующих требований:
- разрушение пород уступа на куски, не превышающие
нужных размеров;
- получение развала взорванной породы уступа необходи¬
мой ширины и высоты;
- создание определенного запаса разрыхленной породы,
обеспечивающего длительную работу погрузочных средств.
- обеспечение безопасности и экономичности работ.
36
Получение взорванной горной массы в кусках определен¬
ных размеров предусматривается в соответствии с вместимо¬
стью ковшей погрузочных средств, размерами приемных от¬
верстий погрузочных бункеров или дробильных установок,
прочностью транспортных средств, а также требованиями по¬
требителей
Максимальный размер отдельных кусков разрыхленной
породы в двух взаимно перпендикулярных направлениях (а)
определяют:
- по условию вместимости ковша погрузочных средств:
а £0.5-гО,8\[Ё % м, (2.1)
где Е - вместимость ковша погрузочной машины, .и3.
- по размеру приемного отверстия погрузочного бункера
или дробилки:
а*0,75Ь, м. (2.2)
где Ь - меньшая сторона отверстия бункера или дробилки, м;
- по условию погрузки на конвейер:
а <0,5В - 100, мм. (2.3)
где В - ширина ленты конвейера, мм.
Все куски породы, получившиеся при взрывании крупнее
ну жных размеров (негабарит), требуют дополнительного (вто¬
ричного) дробления непосредственно в забое уступа.
Требуемые размеры по высоте и ширине развала взорван¬
ной породы принимаются согласно размерам и мощности по¬
грузочных машин.
Создание определенного запаса разрыхленной породы
необходимо в целях обеспечения бесперебойной и производи¬
тельной работы погрузочной машины и создания независимо¬
сти погрузочных и буровзрывных работ. Для этого фронт работ
уступа делят на три участка (блока) (рис. 2.1). Когда в одном из
них производится погрузка взорванной породы, второй подго¬
тавливается к взрыву, а третий находится в резерве Объем раз¬
рыхленных горных пород ограничивается свойствами самих
пород (слеживаемостъю), условиями работ (смерзаемостью)
или экономическими соображениями.
37
блок
I-погрузка 11-резерв III-бурение
Рис. 2 1. Деление фронта работ уступа (блока) на участки:
1 - погрузка породы; II - резерв; III - подготовка
к взрыву (бурение схваясин)
Обеспечение безопасности и экономичности буровзрывных
работ является основным условием выполнения любого произ¬
водственного процесса открытых горных работ.
Выполнение всех необходимых требований, предъявляе¬
мых к производству буровзрывных работ, осуществляется пу¬
тем выбора эффективных средств бурения, дешевых и безопас¬
ных взрывчатых веществ, соответствующего расположения
скважин на уступе, а также на основе правильного расчета ве¬
личины зарядов ВВ и выбора наиболее эффективного метода
взрывания.
2.2. Ьуровыс работы
В целях рыхления пород взрывом в карьерах на вскрыш¬
ных и добычных уступах бурят вертикальные или наклонные
скважины. Для этого применяют специальные буровые станки:
- вращательного шнекового бурения (шнековые станки);
- вращательного бурения с шарошачными долотами (ша¬
рошечные станки);
- термического (огневого) бурения.
- пневмоударники.
38
Основное применение ш них на открытых горных работах
получили шнековые (рис. 2.2) и шарошечные станки (рис. 2.3).
Рис. 2.2. Схема станка вращательного шнекового бурения:
1 - гусеничные тележки; 2 - корпус с силовым и механическим
оборудованием; 3 - буровой инструмент (шнек); 4 - вращатель:
5 - мачта
Общее представление об этих станках можно иметь по ха¬
рактеристике главных конструктивных узлов, которыми явля¬
ются: ходовое устройство, корпус с силовым и механическим
оборудованием, мачта и буровой инструмент.
Основное различие этих станков заключается в устройстве
бурового инструмента, чем и определяется способ бурения
скважин.
39
Шнековые станки (рис. 2.2) имеют буровой инструмент в
виде полого вала с укрепленной на нем полосы толстого листо¬
вого железа в виде спирали, образующей винтовую поверх¬
ность. шнековую штангу (рис. 2.3а).
6
Рис. 23. Буровой инструмент станка вращательного шнекового
бурения: а - шнековая штанга. 6- реъец (долото^
Рис. 2.4. Схема станка шарошечного бурения:
I - гусеничная тележка; 2 - корпусе с силовым и механическим
оборудованием; 3 - буровой инструмент: 4 - мачта
40
Конец этой штанги имеет резец (рис. 2.36). долото, кото¬
рым в процессе вращения его порода разрушается -за счет ее
среза и выносится по винтовой плоскости на поверхность бу¬
римой скважены
У шарошечных станков (рис. 2.4) буровой инструмент со¬
стоит из полой трубчатой штат и. на конце которой закрепля¬
ется долото - шарошка (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Шарошечное долото
Бурение шарошечным долотом в данном случае осуществ¬
ляется за счет ударного воздействия на породу твердых шты¬
рей перекатывающихся конусов шарошки в процессе вращения
буровой штанги станка. Разрушенная порода при этом выдает¬
ся из скважины силой сжатого воздуха, который подается к
шарошечному' долоту через внутреннюю полость буровой
штанги. Как при шнековом, так и при шарошечном бурении
вращение буровых штанг осуществляется вращателем, который
перемещается по направляющим мачты станка по мере погру¬
жения бурового инструмента в скважину. При этом длина бу¬
ровых штанг определяется высотой мачты станков и может
быть от 2 до 10 м (табл. 2.1, 2.2).
Поэтому для глубоких скважин (15-25 м) в комплект буро¬
вого инструмента станка входит несколько буровых штанг, ко¬
торые свинчивают по мере проходки скважины в буровой став.
В связи с этим процесс бурения скважин сопровождается опе¬
рациями свинчивания и развинчивания буровых штанг.
41
Таблица 2.1
Техническая характеристика станков вращательного
шнекового бурения (Россия)
Пока та тел и
Буровые станки
2СБР-І25
СБР-160
Номинальный диаметр скважнн. мм
115
160
Глубина скважин, м
25
25
Угол наклона скважнн к горизонту, град
45-90
60-90
Максимальное осевое усилие, кН
20
30
Частота вращения бурового става, мин'1
240
до 120
Установленная мощность электродвигателя.
кВт
68
135
Ходовое устройство
шагающее
гусеничное
Скорость передвижения, км/ч
0.3
0,66
Масса (с буровым инструментом), кг
8500
20000
Длина буровой штанги, м
4.2
8.2
В результате эксплуатационная производительность стенка
определяется скоростью чистого бурения скважины с учетом
времени на вспомогательные операции по свинчиванию и раз¬
винчиванию буровых штанг.
Таблица 2.2
Техническая характеристика станков
шарошечного бурения (Россия)
Буровые станки
Показатели
2СБШ-
2СБШ-
СБШ-
20011
250МН
320
Номинальный диаметр скважин, мм
200
214
250-270
Глубина скважин, м
60
Угол наклона скважин к горизонту,
гряд
90. 75;
60
90. 75.60
90. 60
Максимальное осевое усилие. кН
300
300
300
Частота вращения бурового става, мин'1
0-150
до 90
0-150
Установленная мощность электродви¬
гателя, кВт
300
384
550
Ходовое устройство
гусеничное
Скорость передвижения, км'ч
0,7
0,7
0.7
Масса (с буровым инструментом), т
165
55
70
Длина буровой штанги, м
12
8
7-8
42
Для определенных условий бурения и принятого типа
станка можно считать, что время бурения и выполнения вспо¬
могательных операций, приходящиеся на ] м скважины, явля¬
ется величиной постоянной. Тогда сменная производитель¬
ность бурового станка
Г
ем
Пбсм “ т _ г К** м. (2.4)
О ' I
где Тсм - продолжительность смены, ч;
То, Тв — соответственно продолжительность выполнения
основных и вспомогательных операций, прихо¬
дящиеся на 1 м скважины, ч;
Кя - коэффициент использования сменного времени:
Та.-(Тт+Т,+Т.л)
к. - f . (2.5)
СИ
где Тлг> Тр. Тли - соответственно продолжительность подгото¬
вительно-заключительных операций, регла¬
ментированных перерывов и внеплановых
простоев в течение смены, ч;
Тл, и Тр - составляет в сумме практически от 0.5 до 1 ч\
Тлн определяется по хронометрическим данным.
Продолжительность основных операций, приходящихся на
1 м скважины зависит от технической скорости бурения сква¬
жины. что прямо определяется типом станка и крепостью гор¬
ных пород.
Как правило, для бурения пород мягких и средней крепо¬
сти (f= 2-і-6) применяют шнековые станки с долотами режуще¬
го типа (СБР-125, СБР-160). Для бурения пород от средней
крепости до очень крепких (f ш 6*16) применяют шарошечные
станки (типа СБШ с диаметром долота от 200 до 270 мм).
Как шнековые, так и шарошечные станки могут бурить вер¬
тикальные и наклонные скважины с наклоном к горизонту’ до 60°.
Станки термического бурения имеют применение в особых
случаях при разработке весьма крепких пород с/ш 18ч-20. Осо¬
бенно эффективно их применение при бурении скважин по
кварцитам.
43
Пневмоударники на карьерах имеют еще более ограничен¬
ное применение из-за малого диаметра буримых скважин, хотя
ими можно бурить весьма крепкие породы с/> 15.
2.3. 'Зарядка скважнн ВВ, средства
н способы их взрывания
Для непосредственного взрывного разрушения пород усту¬
па пробуренные в нем скважины заполняют (заряжают) взрыв¬
чатыми веществами (ВВ).
Взрывчатые вещества представляют неустойчивые хими¬
ческие соединения или их смеси, которые под воздействием
внешнего импульса (нагрева, удара, трения и т.д.) быстро пре¬
вращаются в газообразные продукты с большой температурой
и высоким давлением, способные совершать работу по разру¬
шению горных пород. Мгновенное превращение ВВ в газооб¬
разное состояние называется взрывои. Возбуждение этого
взрыва называется взрыванием ВВ.
Наибольшее распространение на карьерах в настоящее
время получили аммиачно-селитренные ВВ. представляющие
собой механическую смесь аммиачной селитры (до 80 %), тро¬
тила и органических горючих добавок в виде древесной или
торфяной муки. К их числу относятся сыпучие гранулирован¬
ные ВВ (грану лотол, гранул иты, грам мои и ты и игданиты) и
водонаполненные ВВ(акватолы, ифзаниты).
В большинстве случаев гранулированные ВВ упаковывают
по 40 кг в крафт-целлюлозные мешки, которые специальными
транспортными средствами доставляют на склады или к месту
взрыва.
Из существующих в настоящее время ВВ большое распро¬
странение получил игданит. который изготовляется на месте
взрывных работ. Он состоит из 95-96 % гранулированной се¬
литры и 4-5 % солярового масла. Это ВВ является наиболее
дешевым, достаточно эффективным и особенно безопасным.
Определенное количество ВВ, которое помещают в сква¬
жину, называют зарядом. Процесс размещения ВВ в скважине
называют зарядкой.
44
Для заряжения скважнн применяются зарядные машины
различных конструкций. Для гранулированных ВВ использу¬
ются однобункерные машины, доставляющие ВВ от пункта
приготовления до места заряжения, и двухбункерные (под ам¬
миачную селитру и тротил) для приготовления на месте заря¬
жения различных по составу граммонитов. Из бункера в сква¬
жину ВВ подается сжатым воздухом, шнеком или под действи¬
ем силы тяжести.
Масса заряда в скважине регулируется дозатором. На карь¬
ерах применяются универсальные пневмозарядные машины.
Они могут заряжать скважины как грануллированным троти¬
лом. так и граммоннтом.
Для приготовления игданита и заряжения скважин приме¬
няются смесительно-зарядные машины МЗ-З, МЗ-4 и др. По¬
давляемая из бункера шнеком-дозатором аммиачная селитра в
смесительном устройстве опрыскивается соляровым маслом,
посту пающим через форсунки под давлением.
Для забойки скважин после их зарядки ВВ применяются
забоечные машины (СУЗН-1, ЗС-1Б и др.). В качестве забойки
скважин используют песок, отходы обогатительных фабрик,
мелкий щебень
Для взрывания зарядов ВВ в скважинах могут быть приме¬
нены три способа: огневой, электрический и взрывание с помо¬
щью детонирующего шнура (ДШ).
Огневой способ взрывания на открытых работах применяют
только для взрывания одиночных зарядов в скважинах (или шпу¬
рах) глубиной не более 10 м. Средствами взрывания при этом
служат капсюли-детонаторы и огнепроводный шнур (рис. 2.6).
Огнепроводный шнур, соединенный с открытым отверсти¬
ем капсюля-детонатора, называют зажигательной трубкой.
Помещенная в патрон ВВ она образует патрон-боевик.
Огневое взрывание осуществляется размещением пагрона-
боевнка в основном заряде скважины с последующим зажига¬
нием выходящего из нее свободного конца огнепроводного
шнура, длина которого определяется необходимым временем
удаления взрывников в безопасное место.
45
а
I
Рис. 2.6 Средства взрывания:
а - капсюль-детонатор (I - гильза: 2 — чашечка с отверстием;
3 - первичное ВВ (гремучая ртуть); 4 - вторичное ВВ. (тетрил);
б - огнепроводный шнур (1 - хлопчатобумажная оплетка,
2 - пороховая сердцевина): в — электродетонатор (I — гильза,
2- первичное ВВ: 3 - вторичное ВВ: 4 - воспалительный состав;
5 - мостик накаливания: 6 - проводник)
Электрическое взрывание зарядов ВВ в скважинах осуществ¬
ляется с помощью электродетонатора. который представляет со¬
бой тот же капсюль-детонатор, но с эле ктровос плаче шпелем
(рис. 2.6в). При соединении электродетонатора с патронами ВВ
образуют пагроны-боевикн. которые размещают в основном заря¬
де скважин. Выходящие при этом из скважин металлические про¬
водники электродетонаторов монтируют в электровзрывную цепь.
Взрыв осуществляют путем подачи с безопасного расстояния в
эту цепь тока от специальной взрывной машинки.
Электрический способ позволяет взрывать группу зарядов
ВВ в скважинах (до 200-300) значительной глубины.
46
Однако он исключается в случаях возникновения блужда¬
ющих токов, например, от применения электрифицированного
транспорта или каких-либо мощных токоприемников, что име¬
ет место на современных карьерах
Взрывание с помощью детонирующего шнура (ДШ) явля¬
ется самым главным и безопасным способом ведения взрывных
работ на карьерах. Применение его возможно для группового
взрывания скважин значительной глубины
Основным средством взрывания при этом является детони¬
рующий шнур (ДШ). который по своему строению подобен ог¬
непроводному шнуру, но отличается от него тем. что его серд¬
цевина состоит не из пороха, а из мощного чувствительного ВВ
(тэна). Диаметр ДШ около 5.5 мм Наружная оплетка его в от¬
личие от огнепроводного шну ра окрашивается в ярко-красный
цвет или в белый с красной нитью.
Для группового взрывания скважин в заряды ВВ помеща¬
ют соответствующие отрезки ДШ с боевиками, которые соеди¬
няют магистральным ДШ в общую взрывную сеть (рис. 2.7).
При этом взрыв зарядов скважин осуществляется путем элек¬
трического взрывания самого ДШ, т е. с помощью электроде¬
тонатора. Применение в данном случае огневого взрывания со¬
временными правилами безопасности исключается.
Рис. 2.7. Групповое взрывание сквамеим с помощью детонирующего
шнура (ДШ): 1 - заряо ВВ: 2- забойка: 3 - магистральный ДШ:
4 - электродетонатор: 5 - отрезки Д)11
47
2.4. Методы взрывных работ
Рассмотренной в предыдущем разделе 2.3 порядок (техно¬
логия) зарядки скважин ВВ и их взрывания представляет ос¬
новной метод взрывных работ, применяемый на современных
карьерах по открытой разработке месторождений всех полез¬
ных ископаемых. Он называется методом взрывания удлинен¬
ными (колонковыми) зарядами в скважинах.
Помимо этого метода в открытых горных работах суще¬
ствует ряд методов взрывных работ, которые применяются
редко и в особых горнотехнических условиях. Такими метода¬
ми являются метод котловых зарядов, шпуровых зарядов, ка¬
мерных и накладных зарядов (рис. 2.8).
Метод котловых заряоов состоит в размещении сосредо¬
точенных зарядов ВВ массой 400-2000 кг в котлах, образуемых
при бурении скважин с помощью специальных буровых рас¬
ширителей: он применяется при невозможности размещения в
скважинах заряда ВВ. наличии трудно взрываемых пород (осо¬
бенно в нижней части уступа) и др.
а
JC
о
:/|
jrJ
*:
д
* /
#
і
*
/ *
ш
t
И
г *
/
в
ду
А!1:
е
") ^
с
и
Рис. 2& Тилы нарядов, применяемых при ведении взрывных работ на
карьерах: а - скважинный заряд: 6 - котловой
заряд: в - шпуровые заряды: г — камерный заряд в шурфе:
д - камерный заряд в штольне: е - накладной заряд:
1 - заряд ВВ: 2 — забойка
48
Метод шпуровых зарядов представляет собой размещение
зарядов ВВ в шнурах (диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м)
и применяется при малом объеме взрывных работ, раздельной
выемке руд различного качества, добыче особо ценных полез¬
ных ископаемых, дроблении негабарита и др.
Метод камерных зарядов предусматривает размещение со¬
средоточенных зарядов ВВ массой до нескольких сотен тонн в
специальных камерах и используется при массовых взрывах на
гидротехническом строительстве при создании котлованов,
плотин и насыпей
Метод накладных зарядов заключается в размещении за¬
рядов ВВ на поверхности разрушаемых объектов и применяет¬
ся при дроблении негабаритных кусков и на вспомогательных
работах в труднодосту пных местах.
2.5. Основы расчета пи раме і ров буровзрывных работ
Основой расчета параметров буровзрывных работ является
определение показателей взрывания методом удлиненных (ко¬
лонковых) зарядов в вертикальных или наклонных скважинах.
Параметрами скважин являются диаметр </<„,. глубина
скважины перебур скважины 1„р и угол наклона скважины
Ржі рис. 2.9).
Рис. 2.9. Параметры взрывных скважин
49
Диаметр скважины выбирается с учетом физико¬
технических характеристик горных пород, требуемой степени
их дробления и объемов горных работ. Обычно диаметр сква¬
жин составляет 10S-320 мм
Глубина скважины зависит от высоты усту па и угла накло¬
на и определяется по формуле:
Перебур скважины необходим для хорошей проработки
подошвы уступа при взрыве заряда ВВ с целью создания нор¬
мальных условий для работы погрузочного оборудования и
размещения транспортных коммуникаций на уступе. Ориенти¬
ровочно величина перебура определяется по формуле:
Угол наклона скважин. Наибольшее применение на карье¬
рах получили вертикальные скважины, при бурении которых
обеспечивается высокая производительность буровых станков
и хорошие условия для механизированного заряжания сква¬
жин. Наклонные скважины бурятся под утлом 0сжв ■ 6(Н85° и
наиболее эффективны при взрывании трудновзрываемых по¬
род, а также при раздельном рыхлении полезного ископаемого
и пустых пород. При Рт ш а (а - угол откоса уступа) сопро¬
тивление породы взрыванию постоянно но всей высоте уступа,
что обеспечивает высокую степень дробления и хорошую про¬
работку уступа.
Расположение скважнн в уступе может быть как одноряд¬
ное, так и многорядное (рис. 2.10).
При подготовке горных пород к взрыву в соответствии с
установленными параметрами основных элементов буровзрыв¬
ных работ скважины располагают в один или несколько рядов
вдоль откоса уступа. При этом считают, что после взрыва заря¬
дов, размещаемых в скважинах, порода отделяется от целика
уступа по плоскости, параллельной откосу его до взрыва
/ ш Н* ./ ч
А»
(2.6)
Inrp “ (10+15) dae. м.
(2.7)
50
В таком случае объем взорванной породы в целике уступа,
приходящийся на заряд скважины первого ряда:
V- ahW. м\ (2 8)
где а - расстояние между центрами скважин в ряду,
W- (СПП) - расстояние от оси скважины до нижней бров¬
ки уступа или линия сопротивления по подошве, jм;
h - высота взрываемого уступа, м.
Ь Ь
Рис. 2.10. Схема расположения скважин на уступе:
W — линия сопротивления по пооошве уступа, м; а - расстояние
между скважинами в ряду, м: Ь - расстояние
между рядами скважин, м
Величина самого заряда скважины определяется:
Q^qahW. кг (2.9)
q - удельный расход ВВ на единицу объема взрываемой
породы, кг/м*.
Заряд, который может быть помещен в скважину известно¬
го диаметра, определится величиной:
Qlmg{La»-li\ кг, (2.10)
где длина забойки скважины, ju;
g - количество ВВ. вмещаемое в 1 п. м скважины, кг/м.
51
В данном слу чае, количество ВВ - g, вмещаемого в 1 м
скважины, зависит от диаметра скважины - d и плотности за¬
ряжания. которая определяется по характеристике применяе¬
мого ВВ
Очевидно, для требуемой степени дробления пород усту па
заряд скважины - Q\y установленный в соответствии с удель¬
ным расходом ВВ, должен быть равен величине заряда по
условию размещения его в скважине - Q<
На основании опыта ведения буровзрывных работ допус¬
кают взаимозависимость их основных элементов (a, W, /„ /,*,,):
где т - коэффициент сближения скважин, т — * 0,8 1.0
где р - коэффициент перебура; р ц- «0,1;
1„ - перебур скважины, м.
Тогда после подстановки а, I, и 1тр в формулу (2.11) полу¬
чим величину W\
qahW = g(l^-l,\}a.
(2.11)
а - т IV, м.
(2.12)
а
/.-гИ'.м,
(2.13)
(2.14)
W-
-gC-P>, м (2.15)
2qmh
или, если принять численные значения 2 и р:
W -
52
Как видно. на основании значения величины линии сопро¬
тивления по подошве - W могут быть установлены все элементы
буровзрывных работ. При этом исходными элементами для
определенных заданных условий будут величины - h. q, g и ко¬
эффициенты т, z, р. регламентируемые опытом взрывных работ.
Однако, величина W по формуле 2.16 справедлива при раз¬
работке крепких пород, допускающих большой угол откоса ра¬
бочего усту па (а> 70°). когда устье скважины располагается не
менее чем на 3 м от его верхней бровки
В противном случае, когда разрабатываются менее крепкие
породы (а < 70і5, линия сопротивления по подошве определя¬
ется из условия безопасного положения скважины:
ir=/ictga+ Ь, м. (2.17)
Тогда остальные элементы буровзрывных работ по усло¬
вию размещения заряда в скважине устанавливаются из выра¬
жения 2.11, откуда:
1- <2|8>
При двухрядном расположении скважин на уступе скважи¬
ны второго ряда размещаются в шахматном порядке по отно¬
шению к скважинам первого ряда. т.е. создают шахматную
сетку скважин.
При этом расстояние между рядами скважин - Ь прини¬
мается таким, чтобы расстояние между ближайшими сква¬
жинами разных рядов равнялось расстоянию между скважи¬
нами в ряду - а (рис. 2.9). В таком случае расстояние между
рядами скважин составит:
Ь « a sin60° • 0,865а. (2.19)
Величина удельного расхода ВВ для второго ряда скважин
обычно увеличивается и составляет примерно: qi a ],4q.
Приведенный порядок определения величины элементов
буровзрывных работ служит основанием проведения опытных
взрывов, по результатам которых принимаются определенные
изменения и уточнения.
К тому же существует ряд опытных расчетных положений,
которые могут быть использованы в соответствующих услови¬
ях ведения открытых горных работ.
53
В случае подготовки к взрыву больших объемов породы
применяют многорядное бурение с квадратной сеткой скважин,
при которой расстояние между рядами скважин равно расстоя¬
нию между скважинами в ряду.
В развитии массового взрывания на открытых работах по¬
лучило большое распространение коротокозамедленное взры¬
вание. При этом взрывании заряды скважин объединяются от¬
резками ДШ в отдельные группы, которые взрываются в опре¬
деленной последовательности с замедлением между ними в не¬
сколько миллисекунд (20-30 мс).
В качестве средств замедления применяют пиротехниче¬
ские замедлители (КЗДШ). которые включают во взрывную
сеть ДШ между отдельными отрезками его. объединяющими
соответствующие группы зарядов (рис. 2.10).
Рис. 2.11. Схема короткозамедленного многорядного взрывания
скважин на уступе карьера
Короткозамедленное взрывание скважин дало существен¬
ные преимущества по сравнению с мгновенным взрыванием:
- улучшение равномерности и увеличение степени дробле¬
ния породы;
- снижение расхода взрывчатых веществ;
- снижение сейсмического действия взрыва и. как след¬
ствие увеличение количества одновременно взрываемого объ¬
ема породы.
54
Взрывание сосредоточенными котловыми зарядами
(рис 2.86) применяют тогда, когда располагают скважинами
малого диаметра и разрабатывают породы небольшой крепости
(Ґ- Зч-5).
В таком случае линия сопротивления по подошве уступа
определяется по условию безопасного положения скважины
(2.17), а расстояние между скважинами в ряду устанавливается
в пределах
W + а -г0.8И. (2.20)
При таких условиях заряд требуемой ве.тнчины (Q = qaИ7і. кг)
в скважине малого диаметра, как правило, не размещается Для
размещения такого заряда скважину предварительно простре¬
ливают небольшим зарядом ВВ, образуя зарядную камеру (ко¬
тел) в подошве уступа. Заряд просгрелки принимают в зависи¬
мости от крепости пород в размере от 5 до 15-20 °/о от величи¬
ны основного заряда. При этом высота заряда прострелки в
скважине не должна быть более десяти диаметров скважины. В
противном случае скважину простреливают в несколько прие¬
мов. Заряд прострелки засыпают небольшой забойкой. Вслед¬
ствие сложности организации нрострелки скважин взрывание
котловыми зарядами на открытых работах в настоящее время
встречается в исключительных случаях.
Взрывание сосреаоточенными камерными зарядами в мин¬
ных штольнях или шурфах также как и взрывание котловыми
зарядами является редко применяемым методом буровзрывных
работ (рис. 2.9г, д).
Взрывание камерными зарядами в штольнях (рис. 2.9д)
применяют при разработке крепких вскрышных пород уступа¬
ми большой высоты (Я “ 30 м и более). Для этого с откоса
уступа у его подошвы проходят небольшого сечения штольни
(от 0,8x1.2 м до 1.5x1.8 м) на глубину линии сопротивления по
подошве: IV т 1,67-Ю,8И.
Затем в обе стороны от конца штольни параллельно откосу
уступа проводят рассечку общей длинной а = 0,8т-1.0ЇГ. По
концам рассечки делают зарядные камеры, в которых и разме¬
щают заряд ВВ требуемой величины (О ж qalVh, кг).
55
Редкое применение такого метода взрывных работ объяс¬
няется его существенными недостатками, к которым относятся:
большие затраты на подготовительные работы, сложность за¬
ряжания камер, неравномерность дробления горных пород.
Нередко такой метод применяют при строительстве карье¬
ров для проходки траншей взрывами породы на выброс. В та¬
ком случае проходят минные шурфы (рис. 2.9г). Заряд разме¬
щают в камере шурфа.
Все крупные куски породы (негабарит) и неровности (по¬
роги) рабочих площадок уступов, оставшиеся в карьере от ос¬
новного (первичного) взрывания подвергаются дополнитель¬
ному дроблению: вторичному взрыванию или механическому
разрушению специальными машинами (бутобоями).
Вторичное взрывание осуществляют взрывом ВВ, которое
помещают в шпурах, пробуриваемых в негабаритных кусках
породы или неровностях («порогах») подошвы уступа.
Для бурения шпуров используют обычные ручные или ко¬
лонковые бурильные молотки, которые применяют на подзем¬
ных работах; питание бурильных молотков сжатым воздухом
осуществляется от передвижных компрессоров в карьере. По¬
мимо шнурового метода для вторичного взрывания применяют
открытые (накладные) заряды, которые размещают непосред¬
ственно на взрываемом куске породы или «пороге» подошвы
уступа. В таком случае негабарит или порода подошвы усту па
разрушаются внешней силой удара заряда ВВ.
Вторичное взрывание накладными зарядами (рис. 2.9е) яв¬
ляется более простым и удобным методом. Однако он более
безопасный и дорогой по сравнению со шпуровым. При взры¬
вании накладных зарядов возможен большой разлет осколков
породы. Расход взрывчатых веществ при вторичном дроблении
накладными зарядами составляет 1-2,5 кг/м3, что примерно в
5 8 раз больше, чем при взрывании шнуровыми зарядами, при
которых он принимается примерно таким же, как и при пер¬
вичном взрывании скважин
Как накладные, так и шпуровые заряды взрывают чаще ог¬
невым способом.
56
2.6. Безопасность взрывных работ на карьерах
При ведении взрывных работ на карьерах первостепенное
значение имеет соблюдение Правил безопасности. Практика
показала, что при строгом соблюдении существующих Правил
безопасности взрывные работы содержат не больше опасно¬
стей, чем любой другой производственный процесс открытых
разработок.
Взрывные работы можно разделить на несколько произ¬
водственных операций: подготовку взрывчатых материалов,
доставку их к месту взрыва, заряжение скважин, взрывание и
осмотр результатов взрыва.
Подготовка взрывчатых материалов к взрыву осуществля¬
ется обычно за пределами карьера взрывниками в соответствии
с требованиями Единых правил безопасности взрывных работ.
Взрывчатые материалы к месту взрыва доставляют специаль¬
ным транспортом в сопровождении ответственных лиц.
К моменту доставки ВВ к местам взрывных работ необхо¬
димо знать: величину' радиуса опасной зоны в районе взрывных
работ по поражающему радиусу действия осколков взорванной
породы на людей, места укрытия взрывников и рабочих на
время взрыва; длину забойки скважин и общее количество за¬
боечного материала; расположение постов оцепления опасной
зоны. В соответствии с этим с момента доставки взрывчатых
материалов к месту взрыва начинаются собственно взрывные
работы в карьере.
Для обеспечения безопасности работ в карьере перед нача¬
лом каждой операции производства взрывных работ подаются
соответствующие звуковые сигналы свитком, рожком или си¬
реной. Сигналы к началу взрывных работ в карьере подаются
по команде руководителя работ. Значения сигналов должны
знать все работники карьера.
Первый сигнал - предупредительный (один продолжитель¬
ный). Он подается перед началом заряжения скважин и по нему
все, не занятые взрыванием люди удаляются в безопасное ме¬
сто, заранее указанное руководителем работ, а у пунктов воз¬
можного доступа к месту заряжения скважин выставляются по¬
сты охраны.
57
Второй сигнал - боевой (два продолжительных). По этому
сигналу за пределы опасной зоны удаляются все рабочие, кото¬
рые были связаны с заряжением скважин, и взрывники присту¬
пают непосредственно к взрыванию.
Третий сигнал - отбой (три коротких) - подается после
осмотра взрыва и означает окончание взрывных работ.
При выполнении операций взрывных работ рабочие долж¬
ны знать правила обращения с взрывчагыми материалами. В
данном случае необходимо помнить, что ВВ должны перено¬
ситься к месту взрывания (к заряженным скважинам) в завод¬
ской упаковке Детонаторы и патроны-боевики могут перено¬
ситься только взрывниками. Переноска ВВ в заводской упаков¬
ке (мешках) весом до 40 кг допускается на расстояние не более
300 м. При больших расстояниях или при необходимости пе¬
ремещения ВВ с уступа на уступ требуется применение специ¬
альных транспортных средств. При заряжении большого числа
скважин применяют зарядные машины.
Особое значение имеет забойка. Для забойки скважины
должна быть использована измельченная порода или буровая
мелочь, в которой не должны содержаться включения крупных
кусков скальных пород, особенно щебня, гальки и валунов, так
как при определенных условиях забойка может быть выброше¬
на взрывом с нанесением травмы рабочим, даже находящимся
за пределами опасной зоны.
При засыпке ВВ или материала забойки в скважину необ¬
ходимо осторожно обращаться с выходящим из нее детониру¬
ющим шнуром (при взрывании с его помощью) или электриче¬
скими проводами (при элкеторовзрывании). Нельзя тянуть вы¬
ходящий из скважины детонирующий шнур, резать его ножом
или наступать на него, так как этим можно вызвать взрыв шну¬
ра. а вместе с ним и всего заряда ВВ в скважине.
Производство взрывных работ, в том числе и заряжение
скважин, запрещается во время грозы.
По окончании заряжения скважин все связанные с ними ра¬
бочие удаляются за пределы опасной зоны. Наряду с этим необ¬
ходимо своевременно удалить имеющиеся в районе взрыва гор¬
ное оборудование (буровые станки, погрузочные машины и т.д.)
58
на безопасное расстояние, обеспечить линии электропередач и
контактную сеть (при электровозном транспорте в карьере).
Границы опасной зоны, как для людей, так и для оборудова¬
ния устанавливаются технологической картой или разовым про¬
ектом. но ни в коем случае не принимаются меньше 200 м от ме¬
ста взрыва для людей и от 50 до 100 м для оборудования в зави¬
симости от положения его по отношению к направлению взрыва.
Границы опасной зоны для людей оцепляются работника¬
ми вахтерской охраны или проинструктированными рабочими
Рабочие оцепления должны быть расставлены с таким расче¬
том. чтобы полностью исключить возможность прохода или
проезда людей в опасную зону до получения установленного
сигнала об окончании взрывных работ. Для ограждения опас¬
ной зоны используют также зрительные знаки в виде красных
флажков.
Убедившись в выполнении предупредительного сигнала все¬
ми рабочими, связанными с заряжением скважин, руководитель
взрывных работ дает указание о боевом сигнале. По этому сигна¬
лу у места взрыва остаются только взрывники, которые присту¬
пают к самому ответственному моменту взрывных работ - взры¬
ванию: производят присоединение зажигательной трубки к ма¬
гистральной сети Д11І и зажигают ее. удаляясь в безопасное ме¬
сто. При электрическом взрывании магистральная сеть ДШ
инициируется электродетонатором.
После непосредственного взрыва массива породы через опре¬
деленное время установленное Едиными правилами взрывных
работ для каждого способа взрывания, лица технического надзора
и взрывники осматривают место взрыва. Только после установле¬
ния ими. что работа на месте произведенного взрыва безопасна,
подается сигнал отбоя. По этому сигналу рабочие возвращаются
на свои места в карьере и приступают к работе.
При обнаружении «отказа» (или при подозрении на него) по¬
сле осмотра результатов взрыва в районе заряда выставляется от¬
личительный знак. Выемка пород или полезного ископаемого из
уступа в районе «отказа» до его ликвидации запрещается.
Ликвидация «отказа» весьма ответственна, сложна и опас¬
на. особенно при электрическом взрывание, когда в заряде
59
остаются элекзродетонаторы. При его ликвидации все рабочие,
не связанные с этой операцией, остаются за пределами опасной
юны до окончания работ. Сама работа по ликвидации «отказа»
выполняется наиболее опытными взрывниками под наблюде¬
нием руководителя взрывных работ, начальника участка или
сменного мастера.
При взрывании ДШ, когда в заряде скважин детонаторы
отсутствуют, породу уступа предполагаемого «отказа» разре¬
шается разбирать машиной. В данном случае не требуется пре¬
кращения работ на ближайших участках, но присутствие по¬
сторонних лиц, не связанных с ликвидацией «отказа» у места
разборки породы до обнаружения зарядов ВВ и его удаления,
исключается.
При подготовке большого объема горных пород скважин¬
ными зарядами общим весом 200-300 т и более после произ¬
водства взрыва образуется значительная концентрация ядови¬
той двуокиси азота, имеющей красновото-бурый цвет. Осмотр
таких забоев взрывниками рекомендуется производить в спе¬
циальных распираторах, а последующее возобновление работ
разрешается только после полного проветривания (рассеивания
продуктов взрыва).
Производству крупных массовых взрывов вскрышных и
добычных уступов на карьерах обычно предшествует этап со¬
ставления специального проекта работниками технической
службы карьера. Он содержит необходимые расчеты по обос¬
нованию всех элементов буровзрывных работ: диаметра и глу¬
бины скважин, размеров сетки скважин, величины их зарядов,
а также обосновании схемы коммутации взрывной сети, опре¬
деления границ опасной зоны ведения взрывных работ.
Подготовительный проект массового взрыва утверждается
главным инженером предприятия (карьера) и передается для
исполнения руководству взрывного участка В соответствии с
проектом работники взрывного участка подготавливают необ¬
ходимые объемы ВВ. средства взрывания, которые в установ¬
ленное время доставляют к месту ведения взрывных работ За¬
ряжение скважин осуществляется в соответствии с паспортом
взрывных работ, который предусматривается проектом массо¬
вого взрыва.
60
Контрольные вопросы
1. Назовите основные требования, предъявляемые прове¬
дению буровзрывного рыхления горных пород в карьере.
2. Какие способы и средства бурения взрывных скважин
применяют на карьерах?
3. Какие взрывчатые вещества применяют на карьерах,
средства и способы их инициирования?
4. Основные методы производства взрывных работ, харак¬
теристика и условия их применения.
5. Назовите параметры буровзрывных работ и основной
принцип их расчета.
6. В чем содержание основных требований безопасности
ведения взрывных работ на карьерах?
3. ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫЕ РАБОТЫ
3.1. Средства н способы выемочно-погрузочных работ
Выемка и погрузка горных пород представляет собой про¬
цесс отделения породы от массива или разрыхленного навала и
погрузки ее в транспортные средства или в отвал. Основным
средством механизации выемочно-погрузочных работ на карь¬
ерах являются экскаваторы.
Экскаватором называется самоходная машина предназначен¬
ная для механического отделения горной породы от целика (или
зачерпывания разрыхленной горной массы) и перемещения ее к
месту разгрузки в ковше (в транспортное средство или в отвал).
Все применяемые на открытых горных работах экскавато¬
ры имеют три основных конструктивных элемента:
- рабочее оборудование, обеспечивающее непосредствен¬
ную выемку и погрузку породы:
- силовое и механическое оборудование, приводящее в
действие рабочее оборудование;
- ходовое оборудование, как средство, являющееся опор¬
ной базой рабочего и силового оборудования и обеспечиваю¬
щее передвижение экскаватора в целом.
61
По виду рабочего оборудования экскаваторы делятся на
одноковшовые и многочерпаковые (рис. 3.1).
К одноковшовым экскаваторам относятся прямая механи¬
ческая лопата, обратная механическая лопата, драглайн и
грейфер. Многочерпаковыми экскаваторами являются цепные
и роторные экскаваторы К выемочно-погрузочным машинам
относятся таюке колесные погрузчики.
По силовому оборудованию экскаваторы различают на
электрические, дизельные и дизель-электрические. По кон¬
струкции ходового оборудования - гусеничные, шагающие, на
рельсовом ходу, шагающе - рельсовые и колесные.
Деление экскаваторов по роду силового оборудования и
конструкции хода имеет второстепенное значение в способе
выемки горной породы. Главную роль в этом играет рабочее
оборудование экскаватора, определяющее принцип его работы
и характеризующее взаимодействие со средствами смежного
процесса транспортирования.
В общем случае функционирование рабочего оборудова¬
ния экскаватора можно разделить на несколько операций:
- внедрение рабочего органа (ковша или черпака) в породу
(горную массу);
- наполнение ковша (черпака) породой;
- перемещение наполненного ковша (черпака) от забоя
экскаватора к месту разгрузки;
- разгрузка ковша (черпака);
- возвращение ковша (черпака) от места разгрузки в ис¬
ходное положение к забою.
У одноковшовых экскаваторов все эти операции протекают
последовательно, составляя в совокупности его рабочий цикл,
который измеряется единицами времени (обычно в секундах).
Каждый новый цикл одноковшового экскаватора по зачерпы¬
ванию породы может быть начат после окончания последней
операции предыдущего цикла. В силу этого они получили
название экскаваторов цикличного действия. Соответственно
этому осуществляемый одноковшовыми экскаваторами способ
выемки и погрузки горных пород получил название циклично¬
го способа.
62
Рис. 3.1. Основные типы выемочно-погрузочных
и выемочно-транспортных машин:
а - прямая механическая лопата: 6 - обратная гиОравлическая лопата:
в - драглайн; г - грейфер; д - цепной и е - роторный экскаваторы: ж -
скрепер; я - бульдозер, и - шнекобуровая машина: к - колесный погрузчик
При работе многочернакового экскаватора в связи с наличием
у него нескольких черпаков (ковшей), выполняющих одновре¬
менно различные операции, выемка и погрузка породы происхо¬
дит непрерывно. В связи с этим много черпак о вые экскаваторы
получили название машин непрерывного действия* а осуществля¬
емый ими способ выемочно-погрузочных работ - непрерывным.
63
Очевидно, понятие рабочего цикла для экскаваторов не¬
прерывного действия в целом утрачивает свое значение и мо¬
жет быть отнесено только к работе одного его черпака.
Наряду’ с разделением способов выемочно-погрузочных
работ на цикличные и непрерывные необходимо выделить спо¬
собы по положению мест разгрузки рабочих органов экскава¬
тора относительно горизонта его стояния или транспортных
площадок уступа.
Но этому признаку’ при разработке уступов различают три
основных способа выемочно-погрузочных работ:
- выемку породы с нижней погрузкой;
- выемку породы с верхней погрузкой;
- выемку породы со смешанной (верхней и нижней) по¬
грузкой.
В первом случае породы после выемки их экскаватором из
забоя разгружаются в транспортные средсгва или в отвал, рас¬
положенные на нижней площадке разрабатываемого уступа, во
втором случае - на верхней, и в третьем - на промежуточной
площадке уступа (при разделении уступа на подуступы). При¬
менение того или иного способа выемочно-погрузочных работ
зависит от конструкции рабочих органов экскаваторов.
Нижняя погрузка осуществляется обычно механическими
лопатами, роторными и цепными многочерпаковыми экскава¬
торами. При этом работу роторных и цепных многочерпаковых
экскаваторов называют выемкой породы с верхний черпаньем.
Верхняя погрузка осуществляется механическими лопата¬
ми (с удлиненным рабочим оборудованием), драглайнами и
многочерпаковыми цепными, реже роторными, экскаваторами
При этом работу драглайнов, роторных и цепных экскаваторов
называют выемкой породы с нижним черпанием.
Смешанная погрузка осуществляется различным сочетани¬
ем экскаваторов, работающих при отработке уступов с верхней
и нижней погрупкой.
Валовая разработка добычных уступов представляет собой
выемку полезного ископаемого по всему забою уступа любыми из
перечисленных выше способов выемочно-погрузочных работ
64
(цикличным, непрерывным, с нижней, верхней и смешанной по¬
грузкой).
Нередко при разработке залежи полезного ископаемого
сложного строения возникает задача по выемке его раздельным
(селективным) способом.
Раздельная или селективная выемка представляет собой
разработку уступа не по всей его высоте, а отдельными слоями
или участками в соответствии со строением и качеством полез¬
ного ископаемого. Раздельную выемку в той или иной степени
можно осуществить любыми из перечисленных способов, как н
при валовой выемке. Однако наибольшая эффективность ее
обеспечивается в случае применения роторных и цепных экс¬
каваторов с шарнирной рамой.
Применение того или иного вида выемочно-погрузочных
работ зависит от горно-геологических условий разработки ме¬
сторождения и является проектной задачей. Каждому способу
выемки горных пород соответствуют определенные формы и
размеры забоя разрабатываемого уступа, для построения и
обоснования которых необходимо знать, прежде всего, пара¬
метры рабочего оборудования применяемых экскаваторов.
3.2. Рабочие параметры и забои
одноковшовых экскаваторов
Из числа одноковшовых экскаваторов, выполняющих вые¬
мочно-погрузочные работы (рис. 3.1) наибольшее распростра¬
нение на открытых горных работах получили прямая механи¬
ческая лопата и драглайн.
Прямая механическая лопата (рис. 3.2) базируется, как
правило, на гусеничном ходу и имеет электрическое силовое
оборудование. Ее рабочее оборудование составляют ковш, ру¬
коять и стрела.
Конструкция и прочность рабочего оборудования меха¬
нических лопаг позволяют работать им в самых неблагоприят¬
ных условиях. Поэтому они являются наиболее универсальны¬
ми экскаваторами и незаменимыми при погрузке крепких по¬
род после их буровзрывного рыхления.
65
«2:
Размерами ковша, длиной стрелы и рукояти определяются
параметры рабочего оборудования механической лопаты кото¬
рыми являются (рис. 3.2):
- радиус черпания R4 - горизонтальное расстояние от оси
вращения экскаватора до режущей кромки ковша при черпа¬
нии: максимальный радщ>с соответствует максимально
выдвинутой в горизонтальном направлении рукояти.
- высота черпания //, - вертикальное расстояние от гори¬
зонта установки экскаватора до режущей кромки ковша: мак¬
симальная высота черпания #/“* соответствует высоте режу¬
щей кромки ковша при максимально поднятой рукояти:
- радиус разгрузки Rp - горизонтальное расстояние от оси
вращения экскаватора до центра ковша в момент разгрузки
горной массы; максимальный радиус разгрузки RpMU соответ¬
ствует горизонтальному положению максимально выдвинутой
рукояти при разгрузке:
- высота разгрузки Нр - вертикальное расстояние от гори¬
зонта установки экскаватора до нижней кромки днища открыто-
«ІМІ
. . . „ 4 _ р
соответствует максимально поднятому ковшу при разгрузке.
66
В настоящее время в мировой практике, в том числе в Рос¬
сийской Федерации, заводами тяжелого машиностроения вы¬
пускаются механические лопаты для погрузки породы в сред¬
ства транспорта с ковшами вместимостью от 4 до 40 м\
Наибольшее применение на открытых работах имеют карьер¬
ные механические лопаты на гусеничном ходу (в России марки
ЭКГ) с ковшами вместимостью 3-20 м\
Таблица 3.1
Рабочие параметры карьерных механических лопат России
Параметры
Марка звсскаавгара
ЭКГ-5
ЭКГ-SI I
ЭКГ-12,5
ЭКГ-20
Вместимость ковша, м1
5
8
12.5
20
Радиус черпання на
уровне стояння. м
10.2
11.9
14.8
13,7
Максимальны Л радиус
черпания. Л,"*, м
15.3
18.2
22.5
24
Максимальная высота
черпання. Н,“п, м
11.7
12.5
15.6
18
Максимальный радиус
разгрузки. Л.""", м
13,3
16.3
19.9
21.6
Максимальная высота
разгрузки. Я.*", м
6.3
9.1
10
И.6
Продолжігтельность
цикла, с
25
28
32
30
Масса экскаватора, т
250
370
685
1060
В последние годы в мировой практике открытых горных
работ получили применение прямые и обратные механические
лопаты, у которых поворотная платформа, ходовое и рабочее
оборудование приводятся в действие с помощью гидропривода
(рис. 3.4). В отличие от обычных карьерных экскаваторов они
получили название гидравлических экскаваторов (в России
марку ЭГ).
Гидропривод этих экскаваторов представляет собой двига¬
тель, в котором используется энергия сжатой до определенного
давления жидкости.
67
и
f •* Г О Т‘*
■ ■ ' ' ”
——-
Рис. 3.J. Прямая (а) и обратная (6) .гидравлические
механические лопаты
По сравнению с электродвигателями обычных экскавато¬
ров гидропривод легко воспринимает переменные нагрузки в
процессе выемки горной массы и от прочих рабочих движений
машины. Благодаря этому, существенным преимуществом гид¬
равлических экскаваторов является более высокая их манев¬
ренность и значительное снижение общей массы при равных
линейных параметрах рабочего оборудования обычных карь¬
ерных экскаваторов.
В мировой практике созданы гидравлические экскаваторы с
ковшами вместимостью от 2.5 до 50 mj и массой то 60 до 800 т, в
том числе в России экскаваторы ЭГ-12 и ЭГ-20 с ковшами вме¬
стимостью соответственно 12 м3 и 20 м\
Для механической лопаты различают следующие типы за¬
боев: тупиковый (траншейный), торцовый (боковой) и фрон¬
тальный (рис. 3.4).
68
Забой является площадью отделения горной массы от мас¬
сива (навала) и рабочим местом экскаватора. Параметры и
форма забоя зависят от параметров экскаваторов и характери¬
стики горной массы.
а . б . в
Рис. 3.4. Типи забоев механической лопаты:
а - тупиковый; б - торцевой; в - фронтальный
Тупиковый забой применяется при проведении траншей в
основном при использовании конвейерного и автомобильного
транспорта. При работе на железнодорожном транспорте на
экскаваторе применяется, как правило, верхняя погрузка.
Торцовый забой обеспечивает высокую производитель¬
ность экскаватора за счет небольшого среднего угла (не более
90°) поворота и удобной подачей транспортных средств под
погрузку, а также минимальными простоями при перемещении
транспортных коммуникаций
Фронтальные забои применяются редко, так как угол по¬
ворота экскаватора составляет 120 140° и из-за малой ширины
заходки возникает необходимость более частого наращивания
и перемещения транспортных коммуникаций, что значительно
снижает производительность экскаватора.
При валовой выемке мягких пород механической лопатой с
нижней погрузкой (рис. 3.5) зависимость размеров забоя от ра¬
бочих параметров экскаватора устанавливается на основе тре¬
бований правил эксплуатации и условий безопасности выемоч¬
но-погрузочных работ.
69
Рис. 3.5. Формы и размеры забоя уступа при валовой выемке
мягких пород механической лопатой с нимсней (а)
и верхней (б) погрузкой
Согласно этим требованиям ширина забоя (заходки):
А - (sin<pi + sin<p2). м. (3.1)
где (р\ - угол поворота экскаватора от оси его хода в сторону
целика уступа, ірад.;
<р2 - угол поворота экскаватора от оси его хода в сторону
выработанного пространства карьера, град.
В соответствии с опытом работы механических лопат в
мягких породах с нижней погрузкой и рекомендациями правил
технической эксплуатации, максимальные значения указанных
углов принимаются: <р\ = 90°, <р2 = 30°.
Тогда максимальная ширина забоя (заходки) при работе
механической лопаты в данном случае:
м. (З.Г)
Высота забоя, равная высоте уступа - И при работе меха¬
нических лопат в мягких породах с нижней погрузкой в соот¬
ветствии с правилами выемочно-погрузочных работ принима¬
ется не более максимальной высоты черпания экскаватора, т е.:
И г Я,"”, м. (3.2)
При валовой выемке мягких пород механическими лопата¬
ми с верхней погрузкой (рис. 3.46) взаимосвязь размеров забоя
уступа с размерами рабочего оборудования экскаватора нахо¬
дится в несколько иной технологической зависимости.
Ширина забоя (заходки) усту па также как и при нижней
погрузке составляет
А * Rv (sinpi + sin<pi), м. (3.3)
Однако, практически максимальные значения углов пово¬
рота экскаватора в данном слу чае принимаются <р2 - 30°. а <р\ -
менее 90°, что зависит от конструкции экскаватора (размеров
и RpMtat) и крепости разрабатываемых пород, т.е. от вели¬
чины угла откоса рабочего уступа (обычно а = 50-г60°>
Следовательно, максимальная ширина забоя (заходки)
уступа при верхней погрузке механическими лопатами:
Amm = R*(simp, + 0,5), м.
Высота забоя или. соответственно высота уступа, в случае
верхней погрузки породы механическими лопатами устанавли¬
вается из условия:
hi - ///■" - Л м. (3.4)
где / - высота транспортного сосуда с учетом зазора между ним
и ковшом экскаватора с открытым днищем, м.
При этом необходимо, чтобы hi <hi- высоте усту па. допу¬
стимой радиусом разгрузки экскаватора при максимальной вы¬
соте разгрузки - Л^*гп:
L ^ _ЯГт-Я,**і-с
1 г~ ciga <35>
где с - расстояние от линии устойчивого откоса уступа, т е. от
возможной верхней бровки его при угле устойчивого от¬
коса (а;) до середины транспортной полосы (с ■ 0,5Г, и);
Т- ширина транспортной полосы, м.
Очевидно, если по размерам рабочего оборудования экска¬
ватора Л, > /ь, высота разрабатываемого забоя (уступа) И при¬
нимается равной И}.
71
В случае разработки крепких пород размеры забоя, опреде¬
ляемые но целику уступа, только косвенно зависят от размеров
рабочего оборудования экскаватора и находятся в определен¬
ной взаимосвязи с элементами буровзрывных работ, осуществ¬
ляемых для предварительного рыхления пород. При этом обес¬
печиваются соответствующие технологические требования к
условиям безопасности выемочно-погрузочных работ.
В целях обоснования параметров забоя по крепким поро¬
дам пользуются формулой, устанавливающей взаимосвязь
между высотой уступа - И и шириной развала породы после
взрыва -В:
- при однорядном расположении скважин:
Н = 0.7В
I
si па • sinfi
sm(a - Р)кг1 ' М; (3 6)
Isinfa -
в=‘■Nh'i~z—zdr-м- <3 7>
У sinastnfi v 7
где а - угол откоса уступа. градг%
р - угол откоса развала породы после взрыва. гра&,
кр - коэффициент разрыхления породы (обычно 1,2+1,4)\
Ч - коэффициент равный отношению W/h (#/ - 0,5т0,7);
- при двухрядном расположении:
А = 0.ТВ1—„ (38)
sm(a -р)крп(1 ♦ q)' м’ '
.«7
„ (39)
] si па sinp ’Vу’
W
где п —; расстояние между рядами скважин, м.
П
Как видно, в равных условиях ширина развала породы по¬
сле взрыва уступа зависит главным образом от его высоты - И.
При этом, очевидно, что рациональная выемка разрыхленной
породы механической лопатой с нижней погрузкой возможна
72
тогда, когда ширина заходки, обеспечиваемая размерами его
рабочего оборудования (l.SAw). равна ширине развала - В или
кратна ей.
При таком условии в случае выемки разрыхленной поро¬
ды механической лопатой с нижней погрузкой в средства
транспорта, не требующих специальных дорожных устройств
(автотранспорт) разрабатываемый уступ может иметь неогра¬
ниченную высоту. Однако по условиям безопасности вые¬
мочно-погрузочных работ ее принимают не более 1.5///“*.
При этом ширина забоя (заходки) экскаватора по целику со¬
ставит: А = 1,5 rj НГ”.м-
Возможные схемы выемочно-погрузочных работ зависят
от принятого вида транспорта. При использовании железнодо¬
рожного транспорта применяются следующие схемы
Схема 1. Взорванную горную породу грузят за один
проход экскаватора. Взрывные работы производятся перед
укладкой железнодорожного пути или после его укладки
Ширина заходки по целику и шаг передвижки пути выбира¬
ются так, чтобы пути не были завалены породой при взрыве
(рис 3.6(1 )а). При этом ширина развала В (м) определяется:
B<R4V +RP-C. м, (3.10)
где С - безопасное расстояние от подошвы развала до оси же¬
лезнодорожного пути, м; С = 2,5*3 м.
Рис. 3.6(1). Схемы к определению ширины развала породы
после взрыва: а - отработка за один проход экскаватора:
б - отработка за два прохода экскаватора
73
Схема 2. Взорванную породу отгружают за два прохода экс¬
каватора. После отработки первой заходки пути перекладывают
в новое положение, которое служит для отгрузки горной массы
при втором проходе и первом при проходе следующей заходки
(рис. 3.6(2)б). При этом ширина развала В, м. определяется:
B<R%y +RP+A-C, м. (3.11)
где/1 - шаг переукладки пути. м.
В случае многорядного взрывания скальных пород ширина
развала составляет 50-70 м. который отрабатывается несколь¬
кими заходками. Пути перед взрывом убираются за пределы
предполагаемого развала или выносятся за пределы взрываемо¬
го блока.
При многорядном расположении скважин на уступе, что
присуще современной практике открытых работ, условие вы¬
годности погрузочно-тра не портных работ нарушается, ибо при
любой высоте уступа ширина развала разрыхленной породы
будет очевидно такой, при которой необходимо более двух за-
ходок экскаватора для полной ее выемки
В таком случае высота уступа или забоя по целику прини¬
мается только из условия безопасности не более \,5R4HWXtэкска¬
ватора. При этом ширина заходки или забоя экскаватора по це¬
лику' теряет свой обычный технологический смысл. Здесь име¬
ет место лишь ширина заходки по развалу породы, определяе¬
мая как по мягким породам (3.1).
При выемке разрыхленных пород механической лопатой с
верхней погрузкой в любые средства транспорта развал породы
после взрыва уступа в любом случае должен быть выгружен за
один проход экскаватора. В данном случае ширина этого раз¬
вала не должна превышать ширину заходки экскаватора по
разрыхленной породе, определяемой также, как и по мягким
породам (рис. 3.6(2)). Тогда соответствующая ей высота уступа
ограничивается высотой и радиусом разгрузки экскаватора
(3.4, 3.5). При этом максимальная ширина заходки по целику
определяется из условия соотношения элементов буровзрыв¬
ных работ, т.е. hq, где tj - коэффициент, равный 0,5т0.8. Прак¬
тически верхняя погрузка исключает для подготовки забоя
применение многорядного взрывания.
74
ф ^д\VA\V^\\
І— Ич.у ->
— A —
Рис. 3.6(2). Схема к определению высоты уступа при работе
мехлопаты в транспортное средство с верхней погрузкой
При верхней погрузке (рис. 3.6(2)) возможная высота забоя
определяется:
К 5 Hp”*** - Нв- а. м. (3.12)
где Н^' максимальная высота разгрузки экскаватора. ju;
Ив~ высота транспортного средства, jи;
а - расстояние между верхом вагона и днищем ковша экс¬
каватора в момент разгрузки. м\а * 0,7+1 м.
Драглайны используются в основном для разработки забоев,
расположенных как ниже, так и выше горизонта установки экска¬
ватора. для перевалки породы в выработанное пространство, а
также для погрузки непосредственно в транспортное средство
(емкость ковша не превышает 14 м*) (рис. 3.7).
Драглайны малой мощности базируется на гусеничном хо¬
ду; при большой мощности он имеет шагающий ход, обеспечи¬
вающий наименьшее давление на грунт. Силовое оборудование
драглайнов в основном электрическое.
Рабочим оборудованием драглайна являются ковш и стре¬
ла. которая является основой тягового и подъемного канатов.
Вследствие гибкой (канатной) связи ковша со стрелой драглай¬
ны менее универсальны, чем механические лопаты. Их приме¬
няют для разработки любых пород, но при выемке крепких по¬
род требуется более тщательное их буровзрывное рыхление.
75
Размерами ковша и длиной стрелы определяются рабочие
параметры драглайна, которыми являются:
- радиус черпания Ящ - горизонтальное расстояние от оси
вращения экскаватора до режущей кромки ковша при черпа¬
нии: различают радиус черпания без учета заброса ковша и с
учетом его заброса Л,""*;
- глубина черпания Ич - расстояние по вертикали от уровня
стояния экскаватора до подошвы разрабатываемого уступа:
- радиус разгрузки Rp - расстояние по горизонтали от оси
вращения экскаватора до середины ковша при разгрузке;
- высота разгрузки Нр - вертикальное расстояние от гори¬
зонта установки экскаватора до нижней кромки ковша при его
разгрузке.
Рис. 3.7. Общий вид и рабочие параметры драглайна
Наклон стрелы драглайна составляет 20-35° и может из¬
меняться с соответствующим изменением рабочих параметров.
Угол наклона стрелы уменьшают для увеличения глубины и
радиу са черпания драглайна.
Операции рабочего цикла драглайна выполняются в сле¬
дующей последовательности: заброс ковша в забой, установка
ковша в рабочее положение, черпание, выведение ковша из за¬
боя. поворот к месту разгрузки, разгрузка, поворот к забою.
76
В случае работы драглайна в навал продолжительность
цикла уменьшается, так как разгрузка ковша совмещается с по¬
воротом экскаватора и осуществляется без его остановки для
изменения направления движения при повороте.
В настоящее время в мировой практике, в том числе в Рос¬
сии, строятся драглайны, работающие в основном с отсыпкой
породы в отвал с ковшами вместимостью от 5 до 168 м\ В Рос¬
сии для выпу скают драглайны на шагающем ходу марки ЭШ с
ковшами от 5 до 80 м (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Рабочие параметры драглайнов России
Параметры
Марка экскаватора
ЭШ
5/45
ЭШ
10/70
ЭШ
15/90
ЭШ
25/100
ЭШ
40/80
ЭШ
80/110
Вместимость ков¬
ша. Е м3
5
10
15
25
40
80
Максимальны Л ра¬
диус черпання,
Я,—, м
42.5
66.5
83.2
94.6
82
97
Максимальная глу¬
бина черпання,
Я."”, ы
22
35
42.5
49.8
40
47
Максимальный ра¬
диус разгрузки,
Я,Га м
48.5
66,5
83.2
94.6
82
97
Максимальная вы¬
сота разгрузки.
//»**. м
19.5
27,5
37,3
43.6
32
43
Масса экскаватора,
т
295
650
1620
2800
3200
10300
Продолжительность
цикла, с
42
55
63
69
60
60
Применение драглайнов наиболее благоприятно при разра¬
ботке мягких пород Разработка драглайнами трудных пород
возможна при достаточно тщательном их рыхлении.
77
Драглайн так же. как и механическая лопата, обычно чер¬
пает породу из забоя уступа с торца заходки.
Основные схемы работы торцевым и тупиковым забоями
показаны на рис. 3.8. При погрузке драглайном горной массы в
транспортное средство или бункерное устройство применяется
схема работы драглайна веерным забоем.
Рис. 3.& Основные схемы работы драглайна я забое:
торцевой забой: а-с разгрузкой в отвал tutu транспортные средства;
6-е разгрузкой в отвал при установке на промежуточном горизонте;
в-с разгрузкой в отвал при установке на почве уступа;
тутшковый забой: г - с разгрузкой на борт или транспортные средства
78
Высота забоя при отработке нижним черпанием определя¬
ется возможной (по техническим условиям) глубиной черпа¬
ния. углом откоса забоя и условиями разгрузки ковша. Про¬
филь забоя драглайна обычно имеет прямолинейную или слег¬
ка вогнутую форму, при этом угол откоса забоя в рыхлых по¬
родах составляет 35-45° (рис. 3.9).
UJL LL
ПЛ
: [ =
-! =
~
—
-1 -
»
-1 —
~ і
і .
-t
и ч
WM
/
т
у £
- і -
Г1
41
Рис. 3.9. Схема к определению ширины заходки драглайна
Максимальная ширина заходки м, драглайна опреде¬
ляется:
Лет H^sincoi sina>2). (3.13)
где Ш|, ct>2— углы разворота драглайна в каждую сторону от его
оси, град, (см] = а>2 = 30+45°).
Высота забоя (уступа) - м составляет:
h * м. (314)
При работе драглайна в отвал щ = 0. так как драглайн по¬
ворачивается только в одну сторону и угол разворота может
достигать 90°. Ширина заходки мощных драглайнов обычно
равна 60-100 м, а глубина отрабатываемого уступа - 25 45 м.
79
3.3. Рабочие параметры и іабон миоі очернаковых
экскаваторов
Многочерпаковые экскаваторы (цепные и роторные) нс-
полыуются при разработке в основном мягких пород, не тре¬
бующих буровзрывного рыхления.
Многоковшовые цепные экскаваторы выпускаются на же¬
лезнодорожном. гусеничном и пневмоколесном ходу. Рельсо¬
вые пути для передвижения цепного экскаватора укладываются
на общих шпалах совместно с путями подвижного состава. Не¬
большие цепные экскаваторы выпускаются с дизельным и дн-
зель-электрнческнм приводом, а мощные цепные экскаваторы с
электрическим.
Многочерпаковые цепные экскаваторы бывают неповорот¬
ними. неполно поворотными и полно повороши ми У полно¬
поворотных экскаваторов верхняя часть с направляющей рамой
может поворачиваться на 360°, что обеспечивает возможность
разработки уступа попеременно верхним и нижним черпанием
с одной рабочей площадки.
Параметры рабочего оборудования многочерпаковых
цепных экскаваторов определяются в основном глубиной Нч" и
высотой черпания Н* (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Схема многоковшового цепного экскаватора
80
При этом величина их зависит от мощности экскаватора.
410 определяется величиной черпаковой рымы, соответствую¬
щей числу и вместимости черпаков (табл. 3.3).
Таблица 3.3
Рабочие параметры некоторых многочерпаковых цепных
экскаваторов
Показатели
Чехия
Г ермання
ES-
800
ES-
1600
ERS- ERS-
700 1600
ERS-
2240
Производительность по раз¬
рыхленной uacce.
1050
2100
1300
3950
5500
Высота черпания, м
22
22
12.5
29
32
Глубина черпания, м
23.5
26.5
12.5
29
32
Емкость черпаков, л
800
1600
700
1600
2240
Число черпаков
37
43
35
43
45
Скорость передвижения,
м/мин
5-15
3-10
5,5
2-6
2-6
Установленная мощность
двигателя. кВт
1320
2200
1180
2830
3850
Число разгрузок черпаков в
минуту
22,2
нд
30
22.8
19.4
Рабочая масса, т
1100
2180
1000
2680
3500
Наибольшее применение получили цепные экскаваторы
с жесткой рамой и применяются для валовой выемки Экска¬
ваторы с шарнирной рамой используют для селективной
разработки уступов полезного ископаемого сложного строе¬
ния (рис. 3.11). У большинства цепных экскаваторов рама
имеет планирующее звено.
Цепные экскаваторы различают с одной ковшевой цепью
для верхнего или нижнего черпания, а также для последова¬
тельного верхнего или нижнего черпания. При верхнем черпа¬
нии уменьшается расход энергии на подъем и резание породы
По способу разгрузки различают экскаваторы с боковой и пор¬
тальной разгрузкой. Портальная разгрузка применяется при по¬
грузке в железнодорожный транспорт.
81
Параметры рабочего оборудования цепных экскаваторов
определяются в основном глубиной черпания или высотой
черпания. При этом их величина іависит от мощности экскава¬
тора. размеров черпаковой рамы и соответственно числа и вме¬
стимости черпаков.
а
у .." ,п 'Т... Т.-.'.'Т11. . .‘vt .v.v.v.v.y
' • «..»«• а ...... . •
/
X-V'
•
Ж * • • * I fill II IjTUnrrfl II • ill і 11 • ■ • 0jTj • I >3
Ci • f • Л і і і Л • • « ■ f і і f » і і і > к і • » і t і « і і і і « *
ГяХТПГяХХХХТОГяХХХХяХннХпХяЖХКжЮОО»"'"»*"»*"»
в
у «•■•aaataliiaailtaaaa ■■■■■■••■■«»
Vi • •*і # • ішіУУгУЛУї'Л-'^—'-^'Л'іУУлУїУ^тУї'ггУ
.V.V.... .r... ЛГЛ!.-.'.!.'Л.
i a a a a a a a •«». a • a .
-■■■_• __________
Рис 3.11. Раздельная выемка цепным экскаватором
с выдвижной черпаковой рамой: а - первого слоя; б - второго слоя;
в - третьего слоя
Цепные экскаваторы на рельсовом ходу разрабатывают
уступы фронтальными забоями, а на гусеничном ходу -
торцевыми.
Разработка уступа фронтальным забоем осуществляется
параллельными однорядными, параллельными многорядными
и веерными стружками (рис. 3.12).
Наполнение черпаков горной породой в забое происходит
в результате углубления их на толщину стружки, перемещения
черпаков по забою и движения экскаватора вдоль фронта забоя.
82
а быв
Рис. і. 72 Схемы выемки горной массы цепными
многоковшовыми ткскаваторами: а - параллельными одиночными
стружками; 6 - параллельными многорядными стружками:
в - веерными стружками: 14 величина выдвижения
направляющеії рамы
Ширина заходки равна толщине стружки, а максимальная
толщина стружки определяется вместимостью ковша цепного
экскаватора и бывает «Г*" - 504 00 см. В слу чае разработки за¬
боя нижним черпанием и наличия выдвижной рамы наиболее
рациональна выемка горной массы многорядными параллель¬
ными стружками
Высота и угол откоса уступа, ширина и толщина стружки
находятся во взаимосвязи с технической производительностью
экскаватора Qamx. которая определяется:
QmtK т 60 v,l^ 6% м'/ч; (3.15)
I** * sina, м; (3.16)
где v, - скорость движения экскаватора, м/мин;
/я* - наклонная высота забоя, ді;
hy - высота уступа, м;
а - угол откоса уступа, град.\
S - толщина срезаемой стружки, м.
Регулирование углубления черпаков может осуществлять¬
ся поднятием или опусканием черпаковой рамы экскаватора.
Необходимое наполнение горной массой ковшей достигается
путем изменения рабочей скорости движения экскаватора или
регулированием толщины срезаемой стружки. Для современ¬
ных цепных экскаваторов v, ■ 4* 12 м/мин.
83
При разработке уступа торцевым забоем применяются
верхнее и нижнее черпание. Максимальная ширина забоя при
выемке горной массы серповидными стружками определяется
длиной, углом поворота и наклона рамы Для мощных цепных
экскаваторов она составляет 2(НЗО м.
Высота забоя цепных экскаваторов зависит от высоты чер¬
пания. длины направляющей рамы и угла ее наклона и изменя¬
ется в пределах от S до 40 м. при этом угол наклона рамы опре¬
деляется устойчивостью разрабатываемых пород и не превы¬
шает 45°.
Роторные экскаваторы чаще сооружаются на гусеничном
ходу и имеют электрическое оборудование.
Рабочим органом роторных экскаваторов является ротор¬
ное с ковшами колесо, которое устанавливается на конце стре¬
лы экскаватора (рис. 3.13). При работе роторного экскаватора
роторное колесо вращается, ковши срезают стружку породы,
заполняются и разгружаются на конвейер, расположенный на
стреле экскаватора.
Параметрами рабочего оборудования роторных экскавато¬
ров являются (рис. 3.13):
- высота черпания Н*, - вертикальное расстояние от
уровня стояния экскаватора до оси вращения ротора при мак¬
симально поднятой стреле его;
- глубина черпания Н*. - вертикальное расстояние от уровня
стояния экскаватора до режу щей кромки ковша в нижнем его по¬
ложении при максимально опущенной стреле ротора:
- радиус черпания R4 - горизонтальное расстояние от оси
вращения экскаватора до кромки ковша в положении резания
породы уступа: для экскаваторов с выдвижной стрелой макси¬
мальный радиус черпания R4 нт - соответствующий макси¬
мально выдвинутой стреле:
— минииачьный радиус черпания RH ныя - соответствующий
минимальному выдвижению стрелы.
Величина этих параметров определяется диаметром ро¬
торного колеса, вместимостью и количеством черпаков (ков¬
шей) его. длиной роторной стрелы и ее конструкцией (с вы¬
движением или без выдвижения). Согласно этим параметрам в
84
мировой практике существует большое количество типоразме¬
ров роторных экскаваторов, параметры, некоторых применяе¬
мых в России роторных экскаваторов даны в табл. 3.4.
/
ъШШ я
.[гТ'О V
ш
• •
I
*»
'. *
Кч ят
R Ч 4
6 і
Рис 3J3. Схема роторного экскаватора:
1 ■ роторное колесо: 2 - сш/жла; і - гусеницы: 4 - разгрузочная
консоль: 5 - противовес; 6 - поворотная платформа
Таблица 3.4
Рабочие параметры роторных экскаваторов
Пока штс. ні
Марка экскаватора
ЭРП-
1250
ЭРП
2500
ЭРПР- ЭР1 IP-
5250 5250В
Теоретическая производи¬
тельность в разрыхленном
массиве м* ч
1250
2500
5250
5000
Высота черпания, м
16
21.4
30
30
Глубина черпания, м
1
1
2,1
3
Максимальный радиус
черпания, м
24.5
32,7
48.1
50.5
Диаметр ротора, м
6.5
8.1
11.5
11.5
Число ковшей
9
18
22
22
Вместимость ковша, л
400
330
600
600
Число разгрузок в минуту
76.5
130
50-140
50-140
Установленная мощность
двигателей. кВт
1500
3550
7850
7850
Рабочая масса, т
1040
1680
4150
6050
85
Роторные экскаваторы разрабатывают в основном мягкие
сыпучие породы, однако, в настоящее время существуют спе¬
циальные конструкции их с повышенными усилиями резания
на кромке зубьев ковшей, которые могут разрабатывать отно¬
сительно крепкие породы без буровзрывного рыхления.
Различают роторные экскаваторы верхнего и нижнего чер¬
пания. Максимальная высота черпания определяет высоту' раз¬
рабатываемого уступа и достигает 50 м. при этом максимальная
глубина черпания роторных экскаваторов не превышает 10 м.
Стрела роторных экскаваторов бывает выдвижной и невы¬
движной. Роторные экскаваторы с выдвижной стрелой приме¬
няются в основном при раздельной выемке, при этом макси¬
мальное выдвижение стрелы составляет 25-31 м (рис. 3.14).
Экскаваторы с невыдвижной стрелой более надежны и имеют
на 20-25 °о меньшую массу.
Выемку отдельных слоев в забое уступа экскаватор может
осуществлять в различном порядке: горизонтальными и верти¬
кальными стружками, толщину которых принимают в зависимо¬
сти от физико-механических свойств разрабатываемых пород
По виду стружек и последовательности их выемки (1-8)
различают четыре способа разработки (рис. 3.15):
- вертикальными однорядными стружками;
- горизонтальными стружками:
- вертикальными многорядными стружками:
- комбинированными стружками.
Рис. 3.14. Схема раздельной выемки роторным экскаватором:
а - при разработке породного прослоіїка; б - при разработке
полезного ископаемого
86
Роторные экскаваторы разрабатывают уступы торцевым,
фронтальным и тупиковым забоями (рис. 3.15). На практике
наибольшее распространение получили схемы разработки тор¬
цевым забоем.
а
11'
II 1
✓ ■
ЇГ
•
-г“
і' л
*
,
і
і ;
T7V
I
ч.
•
_ V
\
'А
■.Ш
1
Рис 3. IS. Основные схемы работы роторных экскаваторов:
а - торцевоіі забой: б - фронтальный забой
При торцевом забое роторный экскаватор стоит на месте, а
стрела с ротором поворачивается относительно оси экскаватора
на угол « = 90-135°. Разработка уступа торцевым забоем зна¬
чительно уменьшает объем работы по передвижке рельсовых
путей и расходы электроэнергии на передвижение экскаватора.
При фронтальном забое роторный экскаватор располага¬
ется со стороны откоса уступа и. разрабатывая его горизон¬
тальными слоями, передвигается с постоянной скоростью
вдоль фронта работ Подобная схема расположения забоя ис¬
пользуется при работе роторных экскаваторов с погрузкой на
отвально-транспортные мосты.
87
Тупиковый забой при отработке уступа роторным экскава¬
тором применяется при проведении траншей, подготовке но¬
вых горизонтов, а также в других случаях проведения горизон¬
тальных и слабонаклонных открытых горных выработок.
Выемку отдельных слоев в забое уступа экскаватор может
осуществлял» в различном порядке: горизонтальными и верти¬
кальными стружками, толщину которых принимают в зависимо¬
сти от физико-механических свойств разрабатываемых пород.
По виду стружек и последовательности их выемки (1 8)
различают четыре способа разработки (рис. 3.16):
- вертикальными однорядными стружками;
- горизонтальными стружками:
- вертикальными многорядными стружками:
- комбинированными стружками.
Рис, 3.16 Схемы отработки уступов роторными
экскаваторами: а - вертикальными однорядными стружками;
6- вертикальными многорядными стружками; в - горизонтальными
стружками: г— комбинированным способом
(очередность выемки стру'жек показана цифрами)
Опытом работы установлено, что наиболее удобным явля¬
ется разработка уступа вертикальными многорядными стружка¬
ми, при которой имеется широкая возможность селективной вы¬
емки пород уступа В таком случае форма и размеры забоя ротор¬
ного экскаватора определяются следующим зависимостями:
h ш Я/, м; (317)
88
А = R4 (sinpi + sin^b) - (h - h')ciga\, m, - (3.18)
ширина заходки (для экскаватора с невыдвижной стрелой),
где q>\ - угол поворота роторной стрелы от оси хода экскавато¬
ра в сторону целика уступа в самом верхнем ее поло¬
жении (pi может быть принят до 90°);
(р2 - угол поворота роторной стрелы от оси хода экскаватора в
сторону выработанного пространства карьера в самом
нижнем ее положении при отработке последнего слоя
(ф>2 может приниматься не более 45-50°).
Высоту отдельного слоя (h') при этом принимают равной
(0,5^0,7S)D, w где D - диаметр роторного колеса) из того расчета,
чтобы общее число их было кратным высоте уступа - И. т.е. от¬
ношение h/h' было целым числом. Ширина отдельного слоя - в
(рис. 3.15) принимают в зависимости от условий разработки.
Формы и размеры забоя роторных экскаваторов при других
способах разработки уступ могут быть установлены соответ¬
ствующими построениями, исходя из очередности выемки сло¬
ев и стружек породы.
Также можно установить форму и размеры забоя роторно¬
го экскаватора при нижнем черпании породы с верхней погруз¬
кой. При этом высота забоя при нижнем черпании, очевидно,
определяется глубиной черпания Н".
Последнее время практикуется работа роторных экскава¬
торов при верхнем черпании с верхней погрузкой породы в
транспортные средства, расположенные на кровле вышележа¬
щего уступа, путем применения специальных перегружателей.
3.4. Производительность экскаваторов
Производительность экскаваторов определяется количе¬
ством кубических метров или тонн горной массы (пустой по¬
роды или полезного ископаемого) в целике уступа, которое из¬
влекается в единицу времени (час. смену, сутки и т.д.).
Различают:
- теоретическую производительность - От (м At) - произво¬
дительность экскаватора в час чистого времени работы без учета
свойств породы и организационно-технических факторов;
89
— техническую производительность — Q4 (4і/ч или т/ч) —
производительность за один час работы экскаватора с учетом
организационно-технических факторов (разрыхления пород,
наполнения ковшей, неустранимых простоев и т.п.);
- действительную (эксплуатационную) производитель¬
ность — Qcm, производительность экскаватора с учетом органи¬
зационно-технических факторов в соответствующий период
времени (смену, сутки и т.д.); она зависит в основном от орга¬
низации погрузки и вида транспортных средств.
В случае определения технической и действительной про¬
изводительности в весовых единицах (тоннах) соответствую¬
щий объемный показатель умножают на плотность разрабаты¬
ваемых пород.
Производительность одноковшовых экскаваторов (меха¬
нических лопат и драглайнов):
-теоретическая производительность:
Qrm36£°E. м5 ч, (3.19)
где Е- вместимость ковша, м3;
іщ - конструктивная продолжительность рабочего цикла. с\
- техническая производительность:
^ 3600 с 1
м*/ч. (3.20)
S
где - фактическая производительность цикла в данных усло¬
виях. с;
rj3 - коэффициент экскавации (//, = rj^Kp)\
- коэффициент наполнения ковша (цн Е+Е 0,8- 1,1):
Еф - фактическое наполнение ковша, л#5;
Кр - коэффициент разрыхления породы, определяемый от¬
ношением объема разрыхленной породы к первона¬
чальному объему ее в целике (Кр = 1,1+1,5);
tje - коэффициент использования экскаватора во времени,
как машины (rj, 0,9)\
90
- действительная (эксплуатационная) производитель¬
ность:
где Т- продолжительность рабочей смены (суток) экскаватора, ч:
rj'- коэффициент использования экскаватора во времени (в
течении смены, суток), зависит от вида транспорта и
организации движения.
- при железнодорожном транспорте:
где /„ - время погрузки состава. /„ * nq/Q^ ч;
tQ - время обмена груженого состава на порожний (интер¬
вал времени подачи поездов иод погрузку), ч;
q - полезный груз вагона, т,
п - число вагонов в составе.
Как видно, коэффициент использования экскаватора во
времени можно представить выражением:
тогда производительность экскаватора в сутки составит:
В том случае, если задан объем работы карьера - fW
(т/сут), где W - количество породы или полезного ископаемого,
которое необходимо вывезти из карьера в течении суток, т/сут.
/- коэффициент резерва, учитывающий неравномерность рабо¬
ты транспорта (f = 1,20-1,25)\
- потребное число экскаваторов:
Практически из-за ожидания погрузки коэффициент ис¬
пользования экскаватора во времени может быть достаточно
ощутимым. Для ориентировочных расчетов действительной
производительности экскаваторов в зависимости от вида
транспортных средств и организации перевозок принимают:
Qcm * Qn Trj\ М3/см,
(3.21)
Пш'т ta/(tH + U.
(3.22)
(3.23)
(3-25)
91
- при железнодорожном транспорте /// = 0,60-0.70:
- при автомобильном транспорте ija' = 0,65-0,75\
- при конвейерном транспорте = 0.70-0,80-.
- гфи работе экскаватора в отвал = 0,80-0,95.
Коэффициенты экскавации rj3 и использования экскаватора
во времени rja' в значительной степени зависет от опыта и ква¬
лификации обслуживающего персонала (машиниста экскавато¬
ра). Это является существенной особенностью цикличных спо¬
собов погрузки горных пород, выполняемых одноковшовыми
экскаваторами.
При определении годовой производительности экскаватора
учитывается общее количество суток в году, которое обычно
меньше календарного за счет нерабочих праздничных дней,
простоев на планово-предупредительных ремонтах, а также по
случаю перехода в новые забои и остановки в связи с неблаго¬
приятными климатическими условиями, что для экскаваторов
цикличного действия бывает крайне редко.
Производительность многочерпаковых экскаваторов
(цепных и роторных):
Теоретическая производительность:
Qm = бОЕп. м5/ч, (3.26)
где t - вместимость черпака, м ;
п - число разгрузок черпаков в минуту, зависящее от ско¬
рости движения цепи или вращения ротора:
п « 607г (3.27)
где Г, - продолжительность цикла (полного оборота) черпака, с.
Техническая производительность:
-для цепных экскаваторов:
Q, - 60Еп г]^ м*/ч. (3.28)
- для роторных экскаваторов:
Q, ш 60Е п 4,4» м*/ч, (3.29)
где rj3 - коэффициент экскавации;
//, - коэффициент забоя, учитывающий потерю времени на
дополнительные операции в зависимости от способа разработ¬
ки забоя (рис. 3.13):
92
р
т 4. т ♦ (3.30)
1 р ~ * §
где Тр - чистое время работы экскаватора;
7.- время вспомогательных операций;
обычно П) = 0,80 т 0,95 действительная (эксплуатационная)
производительность.
QcMmQ,TПш. ЬЛJ/CM. (З.з 1)
где - коэффициент использования экскаваторов во времени.
который принимается в зависимости от вида транспор¬
та в пределах 0,75^-0,85.
Годовая производительность многочерпаковых экскавато¬
ров. так же как и одноковшовых устанавливается с учетом про¬
стоя в праздничные дни. на ППР, в период технологических
переходов и по климатическим условиям. При этом для цепных
и обычных роторных (с нормальным усилием резания) экскава¬
торов простои их по климатическим условиям относятся к ра¬
боте в зимний период и могут быть значительными (1-2 зим¬
них месяца), особенно в районах с неблагоприятными метеоро¬
логическими условиями
3.5. С'лешія.іьньїе средства и способы
выемочно-погрузочных работ
При небольшом объеме горной массы выемочно¬
погрузочные работы могут выполняться специальными спосо¬
бами с помощью бульдозеров, скреперов, рыхлителей и колес¬
ных одноковшовых погрузчиков.
Бульдозеры или скреперы часто применяются в карьере
для зачистки кровли добычных уступов от остатков вскрыш¬
ных пород, удаления рыхлых наносов небольшой мощности
или выемки тонких пластов полезного ископаемого. Бульдозе¬
ры, как правило, работают с мощными драглайнами на плани¬
ровке трассы для их перемещения.
Бульдозер представляет собой агрегат, состоящий из базо¬
вого гусеничного или колесного трактора (тягача) и навесного
оборудования (металлический отвал), который является его ра¬
бочим органом (рис. 3.17).
93
Рис. 3.17. Бульдозер - рыхлитель
Скрепер представляет собой ковш специальной конструк¬
ции. смонтированный на колесном ходу с собственным двига¬
телем (рис. 3.18).
Рис. 3.18. Самоходный скрепер
Применение этих машин позволяет производить одновре¬
менную выемку породы слоями требуемой толщины и пере¬
мещение ее на небольшие расстояния к местам разгрузки на
отвалах или к определенным пунктам в карьере.
Для повышения производительности скреперов и бульдо¬
зеров при разработке плотных и смерзающихся рыхлых пород,
средней крепости пород и полезного ископаемого бульдозер
оборудуют рыхлителем (рис. 3.18).
Рыхлитель представляет собой специальное навесное обо¬
рудование в виде массивного металлического клина (зуба), ко¬
94
то рое крепите я к раме базового трактора. Сущность работы
рыхлителя заключается в том. что при его опускании на по¬
верхность разрабатываемого горного массива в процессе дви¬
жения трактора происходит заглубление зубьев в породу и ее
последующее разрушение (рыхление) в пределах требуемой
площади.
На эффективность работы рыхлителя существенное влия¬
ние оказывает трещиноватость горного массива При сильной
трещиноватости или развитой слоистости эффективность рых¬
ления возрастает. В соответствии с этим при работе в полус-
кальных и сильнотрещиноватых скальных породах используют
однозубые рыхлители, а в породах небольшой крепости - мно¬
гозубые (с целью увеличения их производительности).
При разработке уступов относительно небольшой высоты,
сложенных рыхлыми или хорошо раздробленными крепкими
породами, на карьерах по добыче природных строительных ма¬
териалов применяют одноковшовые погрузчики (рис. 3.19).
Рис. 3.19. Одноколшолый погрузчик
Одноковшовый погрузчик представляет собой самоходное
шасси с короткой стрелой, на конце которой шарнирно закреп¬
лен ковш. При опущенной стреле под действием ходового ме¬
95
ханизма или гидравлического напора, ковш погрузчика внедря¬
ется в породу. После его наполнения он поднимается, и по¬
грузчик перемешается к месту разгрузки
При одинаковой вместимости ковша погрузчики по срав¬
нению с механическими лопатами имеют в 6 8 раз меньшую
массу. При этом, обладая простой конструкцией, высокой ма¬
невренностью и большой скоростью движения они пригодны
не только для погрузки в сложных забоях, но и для транспор¬
тирования горной массы и многозабойного обслуживания.
В результате эксплуатация погрузчиков в определенных
условиях в 2-3 раза дешевле эксплуатации механических ло¬
пат. В связи с чем. может быть рациональным не только на ка¬
рьерах по добыче строительных материалов, но и при разра¬
ботке других полезных ископаемых на крупных карьерах.
В практике открытых горных работ последних двадцати
лет появились новые выемочно-погруючные машины нетради¬
ционного конструктивного исполнения и технологического ис¬
пользования - машины послойного фрезерования (рис. 3.20).
Рис. 3.20. Конструктивная схема машин послойного фрезерования
с консольным расположением рабочего органа:
1 - радений орган: 2 - ходовые тележки; 3 - поворотно-разгрузочная
консоль; 4 — рама машины: 5 - опорный башмак
Процесс экскавации этих машин осуществляется за счет
вращения широкозахватного рабочего органа роторного или
шнекового типа и непрерывного горизонтального перемещения
96
всей машины. Транспортирование в пределах машины и по¬
грузка в средства транспорта экскавируемой горной массы
осуществляется ленточными конвейерами и совмещаются во
времени с процессом экскавации По характеру работы маши¬
ны этого типа относятся к машинам непрерывного действия.
Рабочий орган машин закреплен непосредственно на их
раме. Отсутствие традиционных для роторных экскаваторов
поворота верхнего строения и стрелы ротора позволяет суще¬
ственно снизить влияние усилий копания на конструктивные
элементы машины, уменьшая ее габариты и массу, расширить
диапазон разрабатываемых горных пород по крепости. Как
правило, такая техника обеспечивает возможность отработки
горных пород средней крепости (до/= 7+8) без предваритель¬
ной буровзрывной подготовки.
Такие положительные качества фрезерных экскаваторов
служат основанием перехода их из разряда специальных вые¬
мочно-погрузочных машин в разряд основного горного обору¬
дования крупных карьеров по разработке твердых полезных
ископаемых.
Контрольные вопросы
1. Какие типы экскаваторов применяются в карьерах, об¬
ласть их применения и осуществляемые ими способы выемоч¬
но-погрузочных работ?
2. Определите основные рабочие параметры одноковшо¬
вых экскаваторов (механических лопат и драглайнов) и опиши¬
те связь их с главными элементами уступа: высотой и шириной
заходки.
3. Определите основные рабочие параметры многочерпа-
ковых (цепных и роторных) экскаваторов и представьте связь
их с элементами разрабатываемого уступа.
4. Дайте принцип расчета эксплуатационной и технической
производительности экскаваторов цикличного и непрерывного
действия.
5. Специальные средства выемочно-погрузочных работ,
область их применения и перспективы развития.
97
4. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
4.1. Особешюстії работы карьерного транспорта
Основным назначением карьерного транспорта является
перемещение горной породы от мест их погрузки до пункта
разгрузки.
Пунктами погрузки в карьерах в основном служат экскава¬
торные забои или промежуточные склады, а пунктами разгрузки
для вскрышных пород - отвалы, для полезного ископаемого - по¬
стоянные или временные склады, приемное оборудование по¬
требителей.
Масштаб горных работ на карьере определяется величиной
грузооборота. Грузооборотом называется количество груза в
тоннах или кубометрах, перевозимого в единицу времени Он
состоит из грузооборота пустых пород, полезного ископаемого
и хозяйственно-технических грузов.
По направлению перевозок грузооборот карьера разделяет¬
ся на групопотоки. Грузопоток называется сосредоточенным.
если все грузы перемещаются из карьера на поверхность в од¬
ном направлении по одним транспоргным коммуникациям, и
рассредоточенным. когда отдельные виды грузов перемеща¬
ются но различным направлениям. Обычно на карьерах разде¬
ляют ірузопотоки вскрышных пород и полезного ископаемого
(рис. 4.1).
/KiprxJu ли tctmx- м ггмогмиг тхрыыш tmtpuikil шнеїшх исюяикмое
“ Лі L ~
а
І ‘ IL А
Карьерное шиє І
ҐІ
V
Каркртк тче
mite тог матммґмоґ
т. крыши
у. : j
■ . •
шгіетое шкітаелмк-)
І і ш Ш)ШШШ
I nkfHiiuj
Рис. 4.1. Схемы грузопотоков на карьерах:
а - сосредоточенный: б - рассредоточенный
98
Специфика горных работ обусловливает следующие ос¬
новные особенности работы карьерного транспорта:
- относительно небольшое расстояние транспортирования.
- периодическая передвижка транспортных коммуникаций
В СВЯЗИ с постоянным изменением положения пунктов погрузки
(забоев) и разгрузки горной массы;
- перемещение горной породы из карьера со значительным
углом подъема;
- повышенная прочность и мощность транспортного обо¬
рудования;
- взаимоувязка параметров выемочно-погрузочного и
фане портного оборудования.
По принципу действия карьерный транспорт подразделяют
на два основных вида - цикличный и непрерывный.
Цикличные способы перемещения горных пород характери¬
зуются продолжительностью оборота (рейса) соответствующих
им транспортных средств /р, который складывается из несколь¬
ких элементов:
tp — tn + ta\ + j + Іра* Ч* (^- О
где /я- время погрузки горной массы в транспортные средства, ч;
/а| - время движения транспортных средств с грузом от за¬
боя к месту разгрузки, ч;
/*2 - время движения транспортых средств от места раз¬
грузки к забою, ч;
1/яп - время разгрузки гранспортных средств, ч.
При непрерывных способах перемещения горных пород
вышеуказанные операции совмещаются.
Средствами цикличных способов перемещения вскрыш¬
ных пород и полезного ископаемого являются железнодо¬
рожный и автомобильный транспорт и специальные транс¬
портные установки наподобие кабельных кранов, скиповых
подъемников и т.п.
Средствами непрерывных способов перемещения вскрыш¬
ных пород и полезного ископаемого являются ленточные кон¬
вейеры и особые виды транспорта: гидравлический, пневмо-
контейнерный и подвесные канатные дороги
99
Основными средствами перемещения вскрышных пород и
полезного ископаемого в карьерах являются железнодорожный,
автомобильный и конвейерный транспорт.
Выбор вида карьерного транспорта для конкретных усло¬
вий открытой разработки производится с учетом элементов за¬
легания полезного ископаемого, величины грузооборота,
свойств горных пород, расстояния и направления их переме¬
щения, глубины карьера и т.п.
4.2. Железнодорожный транспорт
Железнодорожный транспорт применяется на карьерах с
большими размерами карьерного поля, при выдержанном зале¬
гании пластов или рудных тел, и большим фузооборотом (от
5,0 млн т и более в год). Рациональное расстояние транспорти¬
рования обычно 5т 10 км и более.
Основу железнодорожного транспорта составляют желез¬
нодорожный путь и подвижной состав.
Железнодорожный путь. Железнодорожные пути в карье¬
рах делятся на стационарные, передвижные или временные.
Стационарные рельсовые пути сохраняют свое положение
постоянно или в течение длительного времени. К стационар¬
ным путям относятся: траншейные - пути внешних и внутрен¬
них капитальных траншей: поверхностные, соединяющие
траншеи со станциями или непосредственно с отвалами, обога¬
тительными. брикетными фабриками: станционные.
Передвижные рельсовые пути периодически перемещают¬
ся. Передвижные пути разделяют на забойные (на вскрышных
или добычных уступах), пути отвальных уступов, временных
съездов и соединительные внутри карьерные.
Особенности стационарных и передвижных путей опреде¬
ляются различием в условиях движения по ним транспортных
средств. Скорость движения по стационарным путям ограни¬
чивается 40+50 км/ч, а по передвижным - 20+25 км/ч.
Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего
строения.
100
Нижнєє строение пути в карьере обычно представляет со¬
бой земляное (породное) полотно в виде площадки с водоот¬
водными канавками Однако на поверхности карьера оно мо¬
жет сооружаться в зависимости от рельефа местности в виде
насыпей, выемок, иолу вые мок и полунасыпей.
Верхнее строение пути состоит из балласта, шпал, рельсов
и скреплений (рис. 4.2).
4 I 2 4 5 )
Рис. 4.2. Верхнее строение мселетодоромсного пути:
J - земляное полотно, 2 - балласт. 3 - шпала. 4 - рельс,
5 - стыковое соединение
Балласт необходим для равномерного распределения дав¬
ления и смягчения ударов от подвижного состава на земляное
полотно, отвода от него поверхностных вод и защиты от про¬
мерзания. Материалом для балласта служат щебень, галька,
гравий, крупнозернистый песок, которыми покрывается земля¬
ное полотно слоем 200-300 мм. Балласт обычно применяют для
постоянных путей. Временные пути балластируются только
при слабых и влажных породах в карьере и на отвале.
Шпалы служат основанием для рельсов и для равномерно¬
го распределения давления от подвижного состава на балласт¬
ный слой или земляное полотно. Число шпал на километре пу¬
ти зависит от нагрузок на оси подвижного состава, грузона¬
пряженности линий, скоростей движения поездов, типа рельсов
и балластного слоя, качества земляного полотна, плана и про¬
филя пути Материалом для шпал служат дерево, железобетон
и металл.
Длина шпал принимается по ширине нормальной колеи
рельсового пути, которая определяется расстоянием между
внутренними гранями головок рельсов и составляет 1520 мм.
101
Рельсы служат для направления колес подвижного состава
и передачи давления от них на шпалы. Для колеи 1520 мм вы¬
пускаются рельсы длиной 12.5 и 25 м. Переход к рельсам дли¬
ной 25 м или сваривание стыков приводит к уменьшению их
числа, улучшению условий взаимодействия пути и подвижного
состава, снижению расхода металла на стыковые рельсовые
скрепления.
Рельсовые скрепления делятся на промежуточные и сты¬
ковые.
Промежуточные скрепления служат для соединения рель¬
сов со шпалами и состоят из подкладок и прикрепнтелей (ко¬
стыли. шурупы или болты) (рис. 4.3).
Стыковые скрепления предназначены для соединения
рельсов между собой и состоят из накладок различной формы и
стыковых болтов
Рис. 4.3. Скрепление рельсов со шпалами:
а - utypynuoe: б - болтовое; 1 - рельс; 2 - подклабка; 3 - шпала;
4 - шуруп; 5 - зажии; б - клин
Линия, определяющая положение оси железнодорожного пу¬
ти в пространстве, называется трассой пути. Проекцию трассы
пути на горизонтальную плоскость называют планом пути.
Проекцию трассы пути на вертикальную плоскость называют
продольным профилем пути.
В стесненных условиях карьера трасса железнодорожных
путей в плане имеет петлевую, тупиковую или спиральную
форму либо является смешанной в виде сочетания различных
форм трассы (рис. 4.4).
102
Рис. 4.4. Формы трассы карьерных железнодорожных путей:
а - петлевая. 6 - ту пиковая, в - спиральная г - смешанная
При петлеsoil и спиральной формах трассы отдельные
прямолинейные участки пути разных направлений сопрягаются
мевду собой криволинейным радиусом кривой RK. Величина
радиуса этих кривых участков зависит от вида пути и тина по¬
движного состава и принимается не менее 200 м на постоянных
и 100 м на временных путях.
Прямолинейные участки пути разных направлений при ту¬
пиковой форме грассы соединяются стрелочными переводами
Стрелочным переводом называется устройство, служащее для
перевода подвижного состава с одного пугн на другой.
Продольный профиль nymeii карьера состоит из горизон¬
тальных участков, уклонов и подъемов Понятие «гподъема» и
«уклона» в карьере определяется направлением перемещения
груза. Если груз перемещается но наклонному пути вниз, то го¬
ворят о его уклоне: при перемещении груза но тому же пути
вверх говорят о его подъеме.
В большинстве случаев в карьерных условиях имеет значе¬
ние подъем пути, так как он создает дополнительное сопротив¬
ление движению транспортных средств и определяет возмож¬
ность перемещения вскрышных пород и полезного ископаемо¬
го на поверхность карьера
Уклон или подъём измеряется величиной тангенса угла
наклона пути /. выраженного в виде десятичной дроби или
числом тысячных её (°/oJ, обозначается буквой і. Тангенс угла
наклона пути определяется разностью отметок начала и конца
пути - Л к величине его заложения - С;.
И
Так как угол наклона пути / - при железнодорожном
транспорте обычно менее 8, в пределах которого igl = sinl ве¬
личину заложения пути заменяют его длиной и считают, что:
h
'■7. (43)
Пример: длина путей £ - 400 м% отметка начала пути - 125
м, отметка конца пути - 115 м.
125-115 я
1 ~ —— - °°25 или 25 /со. (4.4)
В зависимости от горно-геологических условий для желез¬
нодорожных путей карьеров устанавливается руководящий
подъем - 1р.
Руководящим подъёмом считают максимальный подъём
пути в карьере, по величине которого определяется полезная
масса поезда при установившемся движении с расчетно-
миниматыюй скоростью и одиночной тягой (при одиночном
локомотиве).
Величина руководящего подъема в карьерах принимается
от 20°/оо до 40°/оо (иногда 60°/*,). При этом полная его величи¬
на возможна только на прямолинейных участках пути. На кри¬
волинейном участке величина руководящего подъема умень¬
шается, (подъём смягчается) на величину /„ эквивалентную до¬
полнительному сопротивлению движению поезда на кривой.
Величина смягчения руководящего подъёма определяется
выражением:
- на кривых с радиусом более 120м на постоянных путях:
700
(45)
- на временных путях:
1300
1 = —. (4-6)
Таким образом, величина действительного подъёма пути
на криволинейном участке трассы его составит:
оо- (4-7)
104
Установление трассы на плане в горизонталях или на мест¬
ности называют соответственно камеральным и полевым трас¬
сированием пути.
Во всех случаях путь трассируется по величине руководя¬
щего подъёма на возможно коротком расстоянии:
L -¬
L" і . м. (4 8)
Р
где Н - глубина карьера, и.
Однако при небольших размерах карьера в плане достиг¬
нуть требуемой глубины его возможно лишь при сложной
форме трассы, требующей её удлинения за счёт горизонталь¬
ных участков (при ту пиках) или участков смягченного подъема
в кривых (при петлевой и спиральной формах трассы).
Тогда отношение действительной длины трассы к кратчайшей
ее длине называют коэффициентом развития трассы - Кр, кото¬
рый обычно больше единицы и. в зависимости от условий залега¬
ния разрабатываемого месторождения, составляет от 1.05 до 1.65.
4.2.1. Характеристика железнодорожного
подвижного состава
Подвижной состав карьерного железнодорожного транс¬
порта состоит из вагонов и локомотивов.
Для перевозки полезного ископаемого в карьерах исполь¬
зуют вагоны типа «гондола» и «хоппер». У вагонов типа «гон¬
дола» дно составлено из отдельных щитов, вращающихся на
шарнирах у хребтовой балки. В процессе разгрузки вагона они
образуют наклонные плоскости, по которым груз высыпается
по обе стороны от оси пути.
Вагон типа «хоппер» имеет наклонные торцевые стенки.
Полезное ископаемое разгружается через люки, расположен¬
ные ниже рамы вагона. При этом груз ссыпается обычно между
рельсами в специальные ёмкости (бункера) потребителей.
Дня перевозки горной массы в карьерах применяют специ¬
альные саморазгружающнеся вагоны-думпкары (рис. 4.5) с од¬
носторонней или двухсторонней автоматической разгрузкой.
105
Рис. 4.5. Думпкар
Для крепких горных пород и руды применяют думпкары
усиленной конструкции, для легких сыпучих пород и некото¬
рых полезных ископаемых (стройматериалы или химическое
сырьё) - думпкары облегченной конструкции.
Эксплуатационные качества думпкаров определяются по¬
казателями их параметров, к которым относятся:
- грузоподъёмность или полетная масса перевозимого гру¬
за (нетто) - q, т;
- вместимость кузова V. лг;
- собственная масса вагона (тара) </„, т\
- коэффициент тары вагона к ш qjq < 1\
- общая масса вагона (брутто) q + qm ~ q(J-K)„ т:
- количество осей вагона п (от 4 до 8)\
- нагрузка на ось d = q(l +к)/п, (обычно d = 250+300 кН)\
- база ходовых тележек вагона а, и;
-длина вагона (по осям автосцепок) & мм.
По величине основных параметров думпкаров осуществляет¬
ся их выбор для перевозки тех или иных горных пород в соответ¬
ствующих условиях разработки месторождения (табл. 4.1).
Наиболее распространены думпкары с откидывающимся
бортом. Думпкары с откидывающимся бортом используют при
загрузке одноковшовыми экскаваторами вскрышных пород и
руд плотностью в разрыхленном состоянии 1,9-2.2 т/м3. Рама и
кузов таких думпкаров выполняются достаточно массивными и
обладают высокой прочностью, вследствие чего коэффициент
тары достигает 0.45 (табл. 4.1).
По схеме разгрузки думпкары выполняются с откидываю¬
щимся поднимающимся и комбинированным бортами (рис. 4.6).
106
Таблица 4.1
Техническая характеристика саморамгрумсающихся вагонов
(думпкаров), применяемых в России
Но юна тел н
Марка jj ъшкяра
ЕС -Я5
^2 ВС-105
ВС-145
2 ВС-180
Грузоподъемность - Q, т
85
105
145
180
ёмкость кутова - V, м
38
48.5
72
58
Коэффициент тары - К
0.41
0,45
0,45
0,38
Число осей
4
6
8
8
Нагрузка на ось - ft кН
300
256
262
310
Длина вагона по осям
автосцепки, мм
12170
14900
17580
17580
Масса (тара) - о., т
35
48
64.5
68
Локомотивами на карьерном железнодорожном транспорте
служат электровозы, тепловозы и тяговые агрегаты
Широкое применение в настоящее время получили кон¬
тактные электровозы, работающие на постоянном токе напря¬
жением 1500 и 3000 В Эти электровозы имеют относительно
высокий кпд. (14-16 °о), большую скорость движения с пре¬
одолением подъемов до 40 °/00. Однако они требуют устройства
конгактной сети, что усложняет организацию взрывных и вые¬
мочно-погрузочных работ в карьере.
Риа 4.6. Схемы разгрузки думпкаров: а-с откидывающимся бортом;
6-е поднимающимся бортом: в-с комбинированным бортом
107
В целях исключения контактной сети исполыуют теплово¬
зы - локомотивы, оборудованные двигателями внутреннего
сгорания (дизелями).
Большинство современных тепловозов имеют электриче¬
скую передачу. Такие локомотивы обладают высоким к.п.д.
(24*26 °/о) и способны преодолевать значительные подъемы
Однако на подъеме они резко снижают скорость, а также очень
сложны в ремонте.
В настоящее время все большее применение на крупных ка¬
рьерах находят использование тяговые агрегаты, представляющие
собой сочетание электровоза управления (ЭУ). дизельной секции
и (ДС) одного или двух моторных думпкаров (МД).
Наличие дизельной секции в составе тягового агрегата ис¬
ключает необходимость контактной сети на передвижных пу¬
тях, а пополнение его моторными думпкарами увеличивает тя¬
говые возможности локомотива, обеспечивая преодоление
подъёма пути до 60 °/00.
Определенное количество вагонов (думпкаров) в комплек¬
те с тем или иным локомотивом называют поездом или локо-
мотиво-составом. Главным показателем локомотиво-сосгава
является масса его полезного груза, которая зависит от эксплу¬
атационных данных локомотива Зги данные определяются их
параметрами, к которым относятся:
- мощность (при часовом режиме) ЛГ, кВт;
- конструктивный вес Ря% кН.
- колесная форму ла (количество ведущих осей) 2а+2а или пы\
- общее ЧИСЛО осей По\
- нагрузка на ось d = PJn^ кН\
- сцепной вес Рс = dn^, кН\
- скорость движения V, дсм/ч;
- минимальный радиус кривой и;
- сцепная сила тяги: F£f = 10000<р Ре, кН\
где ф - коэффициент сцепления, определяющийся величиной
силы трения между бандажами ведущих колес локомотива и
рельсами, для электровозов <р ■ 0,20 -г--0,22.
Так как у электровозов и тепловозов все оси являются ве¬
дущими. то их сцепные веса - Рс равны конструктивному - Р„
т.е. Рс - Рг
108
Выбор того или иного типа локомотива осуществляется на
основе величины их технических характеристик (табл. 4.2) в
соответствии с объемом требуемого грузооборота и условиями
перевозки вскрышных пород и полезного ископаемого.
Таблица 4.2
Техническая характеристика электровоюв,
применяемых на карьерах России
Показатели
Марка электровоза
EL-2
EL-1
21Е
26Е
Мощность при часовом ре¬
жиме - iV, кВт
1400
2100
1560
2550
Колесная формула
20 :в
2о
2 2,
2а+2.+2а
Напряжение на токопрнем-
нике. В
1500
1500
1500
1500
Нагрузка на ось. кН
250
250
250
390
СцепноЛ вес - Р(. кН
1000
1500
1500
1800
Скорость при часовом ре¬
жиме - V, км/ч
30
30
28
28.7
Наименьший радиус кривой
-Я* м
60
60
60
60
Длина электрааооа - /, мм
13820
21320
20960
21370
4.2.2. Основы тягового расчета карьерного
желетодорожного транспорта
Показателями железнодорожного транспорта в карьере яв¬
ляется полезная масса поезда, провозная и пропускная способ¬
ность путей, количество единиц подвижного состава (локо¬
мотивов, вагонов, поездов).
Полезная масса поезда - масса груза перевозимая одним
поездом (локомогивосоставом) за один рейс. Полезная масса
поезда определяется из условия его равномерного движения на
участке пути с руководящим подъемом ip с расчетно¬
минимальной скоростью Урм, т.е. при максимальном использова¬
нии тяговых возможностей локомотива. Скорость Vpt для элек¬
тровозов составляет 18-25 км/ч. для тепловозов - 10-15 км/ч.
109
Тяговые возможности локомотива определяются его сцеп¬
ной силой тяги Тещ, которая зависит от величины сцепного веса
Рс. Сцепная сила тяги локомотива призвана преодолевать то
сопротивление, которое создается общей массой поезда в про¬
цессе его движения.
Исходя из общих законов теоретической механики, можно
считать что:
Тсщ - Qco. кН, (4.9)
где О общая масса поезда (локомотив и вагоны с груом). т;
со - общее удельное сопротивление движению, приходяще¬
еся на единицу массы поезда, кН/т.
Выражая общую массу поезда через параметры подвижно¬
го состава, получим:
Q * Ря + (1 + Kiqn^ т, (4.10)
где м,- число вагонов в поезде;
q - грузоподъемность вагона, т.
Общее удельное сопротивление на пути с руководящим
уклоном 1р приходящееся на единицу массы поезда состоит из
двух элементов:
со ш ш0 + Шр. Нт, (4.11)
где сор - дополнительное сопротивление от подъема, Н/т\
со0 - основное удельное сопротивление пути. Н/т.
Основное удельное сопротивление со0 устанавливается экс¬
периментально и для постоянных путей может быть принято
равным 20-30 Н/т.
Дополнительное сопротивление от подъема пути численно
равно десятикратной величине показателя подъема, выражен¬
ного ЧИСЛОМ ТЫСЯЧНЫХ. Т.е. С00= 10 1р.
Например, если подъем пути ip - 35 0/00. то соа - 350 И/т.
Тогда:
со - со0 +10 ip. Н/т. (412)
Если известно, что Fa, = ЮОООср Рс, то на основании выра¬
жении 4.9 и 4.10 можно записать:
fP,+(l +K)qnJ( со0 +10ір)= ІООООсрР^ кН, (4.13)
110
откуда полезная масса поезда для электровозов, у которых
Рс = Рм'
".Я
10000 <р
Ч + 10І, ,
1+ к -т <4 |4)
Полезную массу поезда можно увеличить (4.14) путем
применения более мощного локомотива (P£) или за счет
уменьшения руководящего подъема путей Ор).
Увеличение полезной массы поезда способствует повыше¬
нию производительности экскаваторов (3.19), но снижает сте¬
пень использования вагонов, что требует увеличения их обще¬
го числа для выполнения одного н того же объема работ. Эти
противоположные тенденции являются основанием к опреде¬
лению рациональной массы поезда, обеспечивающей наиболее
экономичное сочетание погрузочного и транспортного обору¬
дования в карьере.
Пропускная и провозная способности карьерных путей опре¬
деляют объем перевозок массы железнодорожным транспортом.
Пропускная способность железнодорожных путей опреде¬
ляется количеством, пропущенным но ним за единицу времени
(смену, сутки) поездов.
Провозная способность путей определяется количеством
перевезенного но ним за единицу времени (смену, сутки) груза
Очевидно, провозная способность путей должна обеспечивать
требуемый грузооборот карьера.
Пропускная и провозная способности путей зависят глав¬
ным образом от полезной массы поездов, длины общего пути
перемещения грузов или отдельных участков (перегонов) его и
от организации движения поездов.
С увеличением полезной массы поездов провозная способ¬
ность путей увеличивается, уменьшение полезной массы поез¬
дов при заданном грузообороте карьера требует увеличения их
числа а следовательно, и увеличения пропускной способности
путей за счет соответствующей организации движения.
По условиям безопасности движения и для увеличения
пропускной способности сеть карьерных железнодорожных
111
путей разделяется на перегоны при помощи раздельных пунк¬
тов. В зависимости от назначения и путевого развития раз¬
дельные пункты называют постами, разъездами и станциями.
Постами называются раздельные пункты, не имеющие пу¬
тевого развития, устраиваемые на главных путях для увеличе¬
ния их пропускной способности, или в пунктах примыкания
забойных и отвальных путей к главным.
Разъездами называются раздельные пункты на однопутных
линиях, которые имеют путевое развитие и предназначаются
для скрещения и обгона поездов, а также для увеличения про¬
пускной способности. На разъездах производится обмен поез¬
дов - подача порожняка к забою взамен пришедшего на разъ¬
езд груженого состава. Разъезды располагаются в непосред¬
ственной близости от карьера или отвала, на рабочих площад¬
ках уступов. Необходимость в разъездах возникает, в первую
очередь, в пунктах экскаваторной погрузки и разгрузки горной
массы для сокращения времени обмена поездов. Схемы путе¬
вого развития при работе на уступе одного экскаватора показа¬
ны на рис. 4.7.
Движение поездов с уступа в его пределах, в зависимости
от числа транспортных выходов, может быть организовано по
тутіковоіі схеме с одним выходом и поточноіі (сквозной) с
двумя выходами. При поточной схеме продолжительность об¬
мена состава уменьшается примерно в два раза.
Станциями называются раздельные пункты, имеющие пу¬
тевое развитие, на которых кроме скрещения и обгона поездов
распределяются технологические грузопотоки по отдельным
направлениям и участкам или производятся другие техниче¬
ские операции. Станции располагаются, как правило, на пря¬
мых участках пути.
По характеру выполняемых работ карьерные станции раз¬
деляют на распорядительные, промежуточные, погрузочно¬
разгрузочные и сборочно-распределительные.
Станционные пути, в зависимости от назначения, делят на
приемно-отправочные - для приема, стоянки и отправления
поездов; сортировочные - для накопления и формирования по¬
ездов; погрузочно-выгрузочные - для погрузки и выгрузки ва¬
112
гонов: вытяжные - для перестановки отдельных вагонов и со¬
ставов при маневровой работе; деповские и др.
Организация движения поездов существенно зависит от
количества путей перегона между раздельными пунктами. Ос¬
новным перегоном в карьерном транспорте является участок
пути между станцией на поверхности карьера и ближайшим
раздельным (обменным) пунктом или постом в карьере Так
как через этот перегон проходят все поезда из карьера на по¬
верхность его и с поверхности в карьер, то этот перегон явля¬
ется самым трудным для движения поездов и его называют -
ограничивающий перегоном.
а
О
£
$
Lo —
Ln — —
в
т~г
1*ф
о . •
L4>/2
L<f,/2
or
І.ф
2 '■]
Рис. 4.7. Схемы путевого развития при работе на уступе
одного одноковшового экскаватора
Схемы путевого развития при работе на уступе двух экска¬
ваторов показаны на рис. 4.8.
113
Для обеспечения движения поездов по ограничивающему
перегону он имеет часто не один, а два и более путей. В общем
случае ограничивающим перегоном считают перегон, соответ¬
ствующий наибольшему времени занятия его одной парой по¬
ездов (при однопутном движении) или одним поездом (при
двухпутном движении).
Отличительными особенностями ограничивающего пере¬
гона являются наибольшая длина, наиболее тяжелый план и
профиль пути (кривые и подъем), наибольшее количество про¬
ходящих поездов.
а , Lo Ці L+:
о
' V
ттг гтт
о
• ^
• ^ , т
Lh
о
Л
О*
TV
о
X.
в
і.Ф
L+:
О
[ Ц _ ' • •
(•
,)
О*
гг
. К-
и
л
f*
У
Рис. Схемы путевого развития при работе на уступе двух
одноковшовых экскаваторов
114
Пропускная и провозная способности карьерных путей
определяются по ограничивающему перегону.
Пропускная способность карьерных путей может быть
определена по выражению:
- при однопутном перегоне:
60Т
/, • /. * 2т% |,ар см (сут* (4 ,5>
где Т- число часов работы транспорта в смену (сутки);
/| ж 60T/V\ - время движения поезда в грузовом направле¬
нии. мин\
L - длина оіраннчивающего перегона. м\
Vі - скорость движения поезда с грузом, м/мин\
І2 - 6OT/V2 - время движения поезда в порожняковом
направлении, мин,,
Vi - скорость движения поезда порожняком, м/мин:
г - время, расходуемое на связь между раздельными пунк¬
тами (в зависимости от вида связи от 0 до 4-5 мин).
- при двухпутном перегоне:
w - —
- ~ [ + т > поездов одного направления /суг, (4.16)
где / - время движения поезда по оіраничнвающему перегону
(обычно в грузовом направлении), мин.
В общем случае, когда t\ = h пропускную способность
можно определить по выражению:
v 30рТ
"2 “ ^ + г , пар поездов/см (сут), (4.17)
где р - количество действующих путей на ограничивающем
перегоне: в карьерах -р = 1*4.
Провозная способность карьерных путей в общем случае
может быть установлена но выражению:
ЗґїгьТ
А/ = Nnq или А/ = nq, т/см. (4.18)
/+ г
Провозная способность карьерных путей должна обеспе¬
чивать требуемый грузооборот карьера W т/см (сут) с учетом
115
коэффициента резерва - fy определяющего неравномерность
работы транспорта, т.е.: М т flV.
Если заданный ірузооборот карьера обеспечивается про¬
возной способностью карьерных путей и составляет /IV т/сутки,
то при определенной полезной массе поезда nq:
- потребное количество рейсов локомотивосоставов в сут¬
ки определится выражением:
R - , рейсов; (4.19)
- возможное число рейсов локомотивосостава за время Т
при длительности одного рейса tp\
Т
г ” , рейсов; (4.20)
г
- необходимое число локомотивосоставов:
v R .. ,W t.
г “ЛИ V« -/Y па'еЛ (421)
Тогда необходимое количество вагонов:
= Ntn или (4 22)
В данном слу чае продолжительность рейса tp следует рас¬
сматривать состоящим из нескольких элементов:
tp ■ /* + /* + + + ч. (4.23)
где /„ - время погрузки поезда, ч;
Ui и Un ~ продолжительность движения поезда соответ¬
ственно с грузом и порожняком, ч;
tpa, - время разгрузки поезда, ч;
L L
1дIя . ч;/*„ - у , ч, (4.24)
где Lc - протяженность пути следования от места погрузки по¬
езда в карьере до места разгрузки его на отвал, jcw;
УгУн - скорость движения поезда соответственно с грузом
и порожняком, км/ч.
1)6
I pm * ^лр я, (4.25)
где !лр- время разгрузки вагона (думпкара), ч;
tax ~ зависит от организации движения поездов и практи¬
чески может быть принято 10-15 мин за рейс (связа¬
но с путевым развитием карьерных путей и зависит
от времени обмена груженых поездов на порожние в
карьере и на отвале).
4.2.3. Перемещение временных желемодорожных путей
В связи с необходимостью периодического перемещения
временных путей по мере развития горных работ на рабочих
площадках усту пов в карьере и на отвале процесс транспорти¬
ровки горных пород или полезного ископаемого при железно¬
дорожном транспорте сопровождается процессом путепере-
укладки и путе передвижки.
Эти процессы являются весьма трудоемкими. Для механи¬
зации этих процессов применяются путепередвижные машины
Применение той или иной машины зависит от дальности разо¬
вого поперечного перемещения железнодорожных путей.
При поперечном перемещении путей на расстояние от 5 до
20 м и более (на ширину заходки уступа) применяют путевые
краны на рельсовом (рис. 4.9) и. реже, гусеничном ходу.
Процесс переукладки краном состоит из следующих опе¬
раций: планировки бульдозером земляного полотна для нового
пути, рассоединение стыков старого пути, подвеска путевого
звена к крану, переноса и укладки его краном в новое положе¬
ние, соединение стыков, подбивки шпал и выравнивание (рих¬
товки) пути.
Производительность крана определяется но выражению:
60П,Ч.
« t , м/смеиу. (4.26)
*г
где Т - продолжительность смены, ч;
I, - длина рельсового звена. м\
tc - продолжительность цикла переноски одного звена, мин\
г}л - коэффициент использования крана во времени
(П - 0.6+0,75).
117
''"---4 1
Рис 4.9 Схема переукладки забойных железнодорожных
путей краном: А - шаг переуклаОки пути
Для перемещения временных путей на шаг переукладки, не
ограниченный в пределах уступа, а также планировки земляно¬
го полотна под укладываемый путь применяют карьерные пу¬
теукладчики - планировщики (КПП-12,5 и КПП-25) (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Тракторный переукладчик-планироещик
118
Путеукладчик - планировщик представляет собой гусе¬
ничный трактор - бульдозер, снабженный навесным оборудо¬
ванием для захвата рельсового звена, отрыва его от балласта,
подъема в транспортное положение, удержание при транспор¬
тировании. укладки в путь и стыковки. Применение такой ма¬
шины выгодно отличает ее от использования крана из-за не¬
ограниченной дальности переукладки путей, высокой манев¬
ренности оборудования и возможности планировки земляного
полотна.
При перемещении путей на небольшое расстояние (до 10м)
применяют путепередвигатели прерывного и непрерывного
действия.
Пугепередвигатель прерывного действия для перемещения
путей в карьере применяют сравнительно редко при небольших
объемах пуле передвижных работ. В случае применения таких
машин, о которых далее в п. 5.2, пути требуемой длины пере¬
двигаются отдельными участками без разъединения на звенья.
Шаг передвижки пути при одном ходе путепередвигателя со¬
ставляет от 0,5 до 0.9 м.
Если передвижку пути необходимо вести на большое рас¬
стояние. машина делает нужное число ходов
Путепередвигатели непрерывного действия (рис. 4.11)
применяют при необходимости перемещения путей значитель¬
ной длины на небольшое расстояние при работе многочерпако-
вых экскаваторов
\
X,
h
[/
і~"~і
і о
-*——
і ^ і 11
rj
__
-І
1^1 ТГІ
іХ. ,t. Ь-—■
1 lit
L.
“П Г
.
t тн
I •
I
Рис. 4.11(1). Путепередвигатель непрерывного действия и схема
передвижки им забойных железнодорожных путей
119
В случае применения этих машин пути передвигаются на
требуемое расстояние без разборки их на звенья. При этом пе¬
ремещение путей происходит непрерывно в процессе много¬
кратного перемещения по ним путепередвнгателя.
По расположению роликовых захватов путепередвнгатели
непрерывного действия могут быть мостовые и консольные, по
принципу передвижки - самоходные и прицепные. Эти машины
обладают большой производительностью, но они не могут рабо¬
тать на кривых участках пути и перемещать стрелочные перево¬
ды. Производительность путепередвигагслей непрерывного дей¬
ствия достигает 8000+10000 м2/см или 1000+1500 и2/ч. Произво¬
дительность путепередвнгателя определяется площадью пере¬
мещения. т.е. произведением длины пути на шаг его передвиж¬
ки. за единицу времени (сутки, час).
Расчетная производительность их определяется по выра¬
жению:
Рт * 60TV т //г м2/см. (4 27)
где Т- продолжительность смены, ч;
V - средняя скорость рабочего хода путе пере двигателя.
м/мин\ V = 180+200 м/мин:
m - шаг передвижки пути за один ход. м: m = 0,2 - 0,4 м :
- коэффициент использования машины во времени.
t]e ■ 0,6-0,75.
Помимо основных путепередвижных машин на карьерном
железнодорожном транспорте получили широкое применение
другие вспомогательные машины, обеспечивающие механиза¬
цию путевых работ по текущему содержанию и ремонту' путей.
К числу этих машин относятся машины для очистки щебня
и балластировки пути, выправочно-подбнвочные, рнхтовочные
и другие машины.
4.3. Автомобіі.іьньгіі транспорт
Автомобильный транспорт в карьерах применяется при
разработке крепких горных пород и полезных ископаемых од¬
ноковшовыми экскаваторами и относительно небольшой даль¬
ности транспортирования (до 5-6 км).
120
Основными средствами карьерного транспорта являются
автосаиосвалы и автотягачи с полуприцепами (рис. 4.12 (2)).
Автосамосваш представляют собой мощные автомашины
с разгружающимся назад кузовом. Полуприцеп представляет
собой кузов, имеющий одну или две колесные пары и опору на
седло задней оси тягача. Кузов полуприцепа может иметь зад¬
нюю. боковую или лонную разгрузку.
Рис. 4.11(2). Средства автомобильного транспорта в карьерах:
а - карьерный автосамосвал: 6 - автотягач
с полуприцепом (автопоезд)
Характеристикой средств автотранспорта, определяющей
их эксплуатационные возможности, являются следующие пока¬
затели:
- мощность двигателя N, кВт:
- вместимость кузова V, м3;
121
- грузоподъемность q„. т;
- масса машины (без груза)т;
- число колес (колесная формула) п, а*Ь;
- максимальная скорость движения V, км/ч;
- минимальный радиус поворота }<nu,h м;
- способ разгрузки: задняя разгрузка, боковая или через
дно кузова.
Колесная формула автотранспортных средств предусмат¬
ривает обозначение общего числа колес а и Ь. в том числе ве¬
дущих (например 4*2 или 6*2).
Поставщиками карьерных автосамосвалов грузоподъемно¬
стью от 20 до 180 т и более в современной мировой практике
открытых горных работ являются американские, японские и
немецкие фирмы (Юнит-Риг, Камацу. Катерпиллер. Дрессер).
В России широкое применение получили белорусские автоса¬
мосвалы БелАЗ (табл. 4.3).
В качестве тягачей для полуприцепов используются базо¬
вые модели автосамосвалов соответствующих мощностей. В
частности, для транспортировки угля Белорусским автозаводом
выпущены полуприцепы-углевозы грузоподъемностью 120 т с
донной разгрузкой
На карьерах глубиной не более 300 м при относительно
значительной длине стационарного участка транспортирования
возможно применение специального автотранспорта - дизель-
тролейвозов. Тяговые двигатели этих машин на стационарных
участках автодороги получают электропитание от контактной
сети, на временных дорогах (в забоях, на отвалах) от дизель-
генератора.
Применение тролейвозов весьма перспективно, так как они
снижают расход дизельного топлива, повышают производи¬
тельность автотранспорта, снижая себестоимость транспорт¬
ных расходов, сокращают выбросы вредных веществ в атмо¬
сферу
Использование автотранспорта в карьерах требует соору¬
жения соответствующих автодорог, правильное содержание
которых улу чшает использование автотранспортных средств и
снижение износа.
122
Таблица 4.3
Техническая характеристика автосачосваюв БелАЗ
Показатели
Марка автосамосвала
БелАЗ-
540
БелАЗ -
548
БелАЗ-
549
БелАЗ-
7519
БелАЗ-
7521
Грузоподъемность Q, т
27(30)
40{ 45)
75
ПО
180
Колесная формула
4*2
4*2
4*2
4ч2
4-2
Вместимость кузова V,
ы1
15.8
21.7
37,8
44
80
Масса (без груза) Рф т
21
42
66
85
145
Максимальная ско¬
рость движения К
км/ч
55
50
50
52
50
Минимальный радиус
поворота Ям. м
8.5
10
11
12
16
Мощность двигателя
N. кВт
265
367
630
730
1400
Способ разгрузки
тал ним
Карьерные автодороги. Основными показателями, харак¬
теризующими автомобильные дороги, являются: грузооборот,
грузонапряженность и интенсивность движения.
Автомобильная дорога в плане состоит из прямолинейных
участков, соединяемых кривыми. На кривых участках снижа¬
ются скорости движения автомобилей, однако кривые малого
радиуса позволяют наиболее полно использовать основное
преимущество автотранспорта - маневренность.
Расположение автодорог и направление движения по ним
зависят от способа вскрытия месторождения и выполняются в
виде прямых, спиральных, петлевых и комбинированных съез¬
дов (рис. 4.13).
Прямые съезды используются при разработке месторожде¬
ний с горизонтальным или слабонаклонным залеганием пласта,
когда карьеры характеризуются значительной длиной при от¬
носительно небольшой глубине, а также на нагорных карьерах.
Спиральные съезды применяют на глубоких карьерах с
ограниченными размерами в плане.
Петлевые съезды предназначены для значительной глуби¬
ны карьера или разработки месторождений на склоне горы.
123
По характеру перевозок автомобильные дороги в карьерах
подразделяют на технологические и хозяйственные. Технологи¬
чески автодороги предназначены для перевозок полезного ис¬
копаемого и вскрышных пород от экскаваторных забоев до
пунктов разгрузки; хозяйственные - для перевозки вспомога¬
тельных и хозяйственных грузов.
Рис. 4.12 Виды трасс автомобильных дорог на карьере:
с прямыми съездами на пологам залегании полезного ископаемого (а),
на нагорном месторождении (6): в - со спиральными съездами;
г-с петлевыми съездами
124
Рис. 4.13. Поперечный профиль аатодора.’и карьера:
а-л траншее; б - на уступе: I земляное полотно; 2 - проезжая
часть: 3 - обочина: 4 - водоотливная канала: 5 — ограждение
Ширина земляного полотна состоит из ширины проезжей
части и двух обочин. Проезжей частью называется полоса,
предназначенная для движения автомобилей и воспринимаю¬
щая основну ю нагрузку от подвижного состава.
'Земляное полотно постоянных автомобильных дорог на
поверхности карьера, гак же как и железнодорожных путей со¬
оружается в виде насыпей, выемок и т.д. Земляное полотно
временных автодорог представляет спланированные поверхно¬
сти площадок рабочих уступов карьера
Размеры автодороги складываются из ширины ее проезжей
части и обочин При двухстороннем движении автосамосвалов
ширина проезжей части дороги составляет (рис. 4.15):
П = 2а + 2х + 2у, м. (4.28)
где а - ширина автосамосвала, w;
2х - зазор между машинами, w; обычно: 2х ш 0,7 л#;
^-резерв проезжей части, м; обычно у - 0,4 м.
Ширина обочин обычно принимается 1 м.
Проезжая часть постоянных автодорог имеет специальное
дорожное покрытие. В качестве дорожного покрытия применя¬
ется щебень, который иногда уплотняют вяжущим битумом.
При интенсивном движении машин сооружают цементобетон¬
ное или асфальтобетонное покрытие.
125
Л. ^ £
п
Рис 4.14. Схема к расчету ширини проеімсей части автодороги
при двухстороннем движении
На временных дрогах рабочих площадок уступов в карьере
и на отвале дорожное покрытие обычно отсутствует. В данном
случае ограничиваются естественной поверхностью рабочей
площадки, после профилирования ее бульдозером и уплотне¬
ния породы 8—10 тонными катками.
Положение оси автодороги в пространстве называют ее
трассой. Трассу автодороги определяют продольным профилем
и планом.
Продольный профиль трассы автодороги имеет обычно го¬
ризонтальные и наклонные участки. Наибольшая допустимая
величина подъема наклонных участков трассы является руко¬
водящим подъемом ip. Наибольшая величина \р на постоянных
дорогах в карьере не превышает 100° 1Н) в футовом направле¬
нии. а в порожняковом может быть 150-200 0/00. Величина
подъема временных автодорог на рабочих уступах не превы¬
шает обычно 40-50°/оо.
Форма трассы автодороги в плане зависит от организации
движения автотранспорта. При разработке относительно глу¬
боких месторождении с организацией поточного движения ав¬
томобилей автодороги имеют обычно петлевую форму трассы.
В таких случаях максимальные радиусы криволинейных участ¬
ков трассы не допускаются менее 20 м на постоянных дорогах
и 10-15 м на временных.
126
4.3.1. Основы тягового расчета карьерного автотранспорта
В соответствии с условиями движения транспортных
средств и его техническими данными эксплуатационные воз¬
можности карьерного автотранспорта определяются массой пе¬
ревозимой автосамосвалом полезного груза, пропускной и про¬
возной способностью карьерных автодорог.
Масса полезного груза автосамосвала устанавливается из
уравнения равномерного движения, которое имеет следующий
вид:
FKmPj<*>0+ і) " qJ(»o+ і). (4 29)
где FK - касательная сила тяги автосамосвала устанавливается
из выражения:
Г'=2ШКп (430)
где N- эффективная мощность двигателя, л.с. (кВт);
V- скорость движения, км/ч;
// - к.п.д. механических передач, ij ~ О,80-Ю,85.
При этом необходимо учитывать ограничение касательной
силы тяги по сцеплению:
FK <1000Рсф% (4.31)
где Ре - сцепной вес, который обычно меньше общей массы ав¬
томашины с грузом и составляет: для автосамосвалов -
Рс - О, ТР, т\ для автотягачей - РС-0,6Р, т;
<р - коэффициент сцепления резиновых покрышек с дорож¬
ным покрытием; в зависимости от вида машины и со¬
стояния дороги (р = 0,10+0,70;
со0 - основное сопротивление движению преодолеваемое на
горизонтальном участке пути, значительно выше, чем
при рельсовом іранспорте и в зависимости от вида и
состояния автодорог составляет: 100+150 Н/т - на по¬
стоянных дорогах; 300+600 Н/т - на временных за¬
бойных и отвальных дорогах;
/ - дополнительное сопротивление от подъема автодороги
принимается равной десятикратной его величине. Н/т.
Исходя из уравнения равномерного движения (4.29) масса
провозимого автосамосвалом полезного груза составит
127
Ь— Я
“в *в,
(4.32)
На основе расчета массы перевозимого автосамосвалом
полезного груза устанавливается возможность полного исполь¬
зования его паспортной грузоподъемности (<qa) в конкретных
условиях карьера, учитывающих максимальный подъем пути
автодороги и ее состояние.
Реальная грузоподъемность автосамосвалов и возможная
пропускная способность основной карьерной автодороги опре¬
деляет ее провозную способность или возможный грузооборот
карьера.
При эксплуатации автосамосвалов имеет соответствие его
параметров характеристике транспортируемой горной массы.
По этому условию соотношение между объемом кузова и гру¬
зоподъемностью автосамосвала должно быть таким, чтобы при
нормальной загрузке кузова его грузоподъемность использова¬
лась полностью, то есть соблюдалось условие:
где q - грузоподъемность автомобиля, т;
ур - плотность транспортируемой горной массы в разрых-
Фактический объем перевозимого груза складывается из
двух частей: первая размещается в пределах геометрического
объема кузова, вторая представляет собой призмуч расположен¬
ную выше уровня бортов - * шапку».
Поскольку Гф -Fr^ (и3), геометрический объем кузова У„м*
при условии полного использования грузоподъемности со¬
ставит:
где кп - коэффициент наполнения геометрического объема ку¬
зова автомобиля.
Объем «шапки» у автосамосвалов составляет 20-25 % гео¬
метрического объема кузова, поэтому кИ = 1,20+1.25.
Уф/р в Я. т.
(433)
ленном состоянии (в кузове), т/м'\
Уц - фактический объем горной массы в ку зове, м*.
(4.34)
128
Таким образом, пропускная и провозная способности карь¬
ерных автодорог могут быть установлены в соответствии с ре¬
альной грузоподъемностью в конкретных условиях работы ав¬
тотранспорта.
Пропускную способность автодороги устанавливают ш
выражения:
IQOOV-k..
пі ~ . , машин/час, (4.35)
где V- расчетная скорость автосамосвала на наиболее трудном
участке пути, км/ч; У ш 15+-30ки/ч\
I - наименьшее безопасное расстояние между' машинами, м;
Є = 500+100 м\
ккд - коэффициент неравномерности движения, к^ = 0,5-Ю,8.
Провозная способность автодороги соответственно опре¬
деляется из условия:
., 1000VTC ,
М - ^ Я а, т/сут, (4.36)
где Те - время работы транспорта в сутки, ч;
/- коэффициент резерва./= 1,1+1,25.
Если возможная провозная способность автодороги при за¬
данной мощности автосамосвала отвечает величине необходи¬
мого грузооборота карьера, то потребность в подвижном соста¬
ве автотранспорта может быть установлена на тех же основа¬
ниях, что и при железнодорожном транспорте.
Тогда при заданном грузообороте карьера и установленной
полезной массе автосамосвала q,t. равной его грузоподъемно¬
сти. потребное общее количество рейсов их в сутки определя¬
ется выражением:
(437)
Ча
Возможное число рейсов одного автосамосвала в сутки
при длительности одного рейса tp\
' = (4.38)
V
129
Продолжительность рейса авгосамосвала может быть
установлена ні выражения:
-Л
1'“" + 27Г + 1г~,ч. (4.39)
ГР
где t„ - время погрузки машины, ч;
tpat - время разгрузки машины, ч;
Lg - среднее расстояние перевозки, км;
Уср - средняя скорость движения машин, км/ч.
Потребное число автосамосвалов:
кг R кг fW *>
Na = — или У• - f . (4.40)
г Т qm ' '
где /- коэффициент резерва. /= 1,1 +1,25.
По своим эксплу атационным данным автотранспорт явля¬
ется весьма эффективным средством перевозки карьерных гру¬
зов. В силу этого он имеет широкое применение на карьерах.
Наиболее существенными преимуществами автотранспор¬
та являются возможность применения при больших подъемах
пути (до 100 °/aJ и малых радиусах кривых (до 15+20 м), что
важно для разработки небольших и сложно залегающих место¬
рождений. простая караванная организация движения, не тре¬
бующая специальной связи и централизованной сигнализации,
высокая маневренность подвижного состава: большая про¬
пускная и провозная способности и малая зависимость от вы¬
хода из строя отдельных машин.
К недостаткам автотранспорта следует отнести: большие
расходы на содержание машин и автодорог; увеличение расхо¬
дов с увеличением расстояния перевозок (в основном до 5+6 км);
зависимость от климатических условий (резкое снижение ко¬
эффициента сцепления при гололеде зимой и дожде летом).
Для эффективности использования автотранспорта на ка¬
рьерах большое значение имеет правильный выбор схем подъ¬
езда и установки автосамосвалов у экскаватора. В зависимости
от способа вскрытия месторождения, размеров рабочих площа¬
док и условий работы экскаваторов возможны сквозной подъезд
автосамосвалов к экскаватору, подъезд с петлевым и тупиковым
разворотом (рис. 4.16).
130
Сквозной проезд возможен при одностороннем движении
автосамосвалов на уступе, когда с горизонта есть два выезда
(кольцевое движение) и движение производится поточно.
Подъезд с петлевым разворотом автосамосвалов осуществ¬
ляется при встречном движении их на уступе и не требует слож¬
ных маневров. При этом подъезде обеспечивается достаточно
высокое использование экскаватора, так как автосамосвалы мо¬
гут следовать один за другим, и их обмен не превышает, как пра¬
вило. длительности рабочего цикла экскаватора
а
о
а
1
шшттт
д
СПК^
Рис. 4.15. Схемы подъезд о* алтосамослалов к экскаватору:
а. б- сквозная: цг-с петлевым разворотом; д, е - с тупиковым
разворотом
Подъезд с тупиковым разворотом применяется в стеснен¬
ных условиях при невозможности осуществления петлевого
разворота. Такой подъезд автосамосвалов к экскаватору обыч¬
но имеет место при проходке траншей.
Производительность экскаваторов и автосамосвалов в зна¬
чительной мере зависит от схем установки их у экскаваторов
при погрузке. В зависимости от числа автосамосвалов, находя¬
щихся одновременно у экскаватора, применяют одиночную и
спаренную установку в забое (рис. 4.17).
131
Рис. 4.16. Схемы установки автосамосвалов у экскаватора:
а. б — одиночная; в, г — спаренная.
Схемы подъезда автосамосвалов и установки их у экскава¬
тора следует упитывать при расчете грузооборота карьера.
4.4. Конвейерный транспорт
Конвейерный транспорт является средством непрерывного
перемещения горных пород и применяется в сочетании с мно¬
гочерпаковыми экскавагорами, разрабатывающими мягкие по¬
роды без буровзрывного рыхления. Возможно транспортирова¬
ние крепких горных пород конвейерами, но при их соответ¬
ствующем дроблении
В современных карьерах конвейерный транспорт исполь¬
зуется при относительно небольшой дальности перемещения
горных пород в условиях, обеспечивающих прямолинейность
фронта горных работ и последующего направления к пунктам
доставки их (отвал, потребитель).
Конвейерный транспорт может обеспечить при соответ¬
ствующих условиях любой грузооборот карьера В связи с по¬
стоянным совершенствованием средств конвейерного транс¬
порта в мировой практике открытых горных работ наблюдается
резкое расширение области его применения.
По месту установки в транспортной схеме и назначению
конвейера различают забойные, соединительные, подъемные,
магистральные, отвальные и вспомогательные конвейеры.
132
При конвейерном транспорте забойные и отвальные кон¬
вейеры бывают передвижными: подъемные и магистральные -
стационарными: соединительные - полустационарными
Забойные конвеперы применяются для транспортирования
горной массы от погрузочного экскаватора до соединительного
или подъемного конвейера и устанавливаются на рабочей пло¬
щадке уступа. При этом забойные конвейеры передвигаются
или удлиняются вслед за подвиганием фронта работ (рис. 4.17).
а
I 2
-г
г
I
3
Рис: 4.17. Схема расположили л забойных конвейеров:
а - при перпендикулярном раиштии горных работ: б - при параллельном
развитии горных работ; в - при веерном развитии горных работ;
1 — разгрузочное устройство: 2 — забойный конвеіигр:
3 - соединительный конвеішр
Соединительные конвейеры используются для транспорти¬
рования горной массы от одного или нескольких забойных
конвейеров до подъемного конвейера Это конвейеры полуста-
цнонарного или стационарного типа.
Подъемные конвег1еры могут транспортировать материал
из карьера на поверхность под утлом наклона до 18° и распола¬
гаются чаще всего на нерабочем борту карьера в открытой
траншее или наклонном стволе, как правило, с уклоном до 16°.
Конвейеры этого типа являются стационарными и устанавли¬
ваются на длительный срок.
Магистральные конвейеры транспортируют вскрышные
породы от подъемных конвейеров к отвальным или полезное
ископаемое от подъемных конвейеров на обогатительную фаб¬
рику' или складской конвейер.
133
Отвальные конвейеры конструктивно аналогичны забой¬
ным. Конвейеры отвально-транспортных мостов и ленточных
отвалообразователей предназначаются для перемещения
вскрышных порол в отвалы, являются конструктивным эле¬
ментом отвального оборудования и размещаются на его метал¬
локонструкции
Вспомогательные конвейеры применяются для подборки
просыпей, доставки и распределения материала по складу ит.н
Схемы размещения конвейерного транспорта зависят от
горнотехнических условий, способа вскрытия месторождения,
применяемого вскрышного и добычного оборудования, произ¬
водственной мощности карьера, что предопределяет возмож¬
ность применения большого числа этих схем.
При транспортировании вскрышных пород в выработан¬
ное пространство используются конвейеры, ус танов ленные
на отвалообразователях или транспортно-отвальных мостах.
В этих случаях роторный экскаватор сопрягается с отвалообра-
зователем или отвальным мостом (рис. 4.18). Длина консолей
отвалообразователя и ферм моста, а также высота разгрузки
определяются мощностью вскрыши и пласта полезного иско¬
паемого.
*
Рис. 4.18. Схемы транспортирования вскрышных пород конвейерами
в выработанное пространство с использованием:
а - отвалообразователя: б - транспортно-отвального моста:
1 — роторный экскаватор: 2 - цепной экскаватор
134
Основным средством конвейерного транспорта в карьере
являются ленточные конвейеры (рис. 4.19).
а + 1
*
V Ч
EfiT
м
А
р
н
/VV1 я
77"
L* ' П
•т “\J П
ҐІ
і
С
р
1
//
******* v~v~~Vу*з~ту
Рис. 4.1ft Схема ленточного конвейера: J - рама:
2 - приводной барабан: 3 - натяжной барабан 4 - лента: 5 - привод
Конструкция ленточного конвейера состоит из роликовых
опор, смонтированных на металлической раме, приводной
станции устройства для натяжения ленты (натяжной станции) и
самой ленты, которая вращается между приводным и натяж¬
ным барабанами.
Конвейерную установку (конвейерный став) собирают из
отдельных секций (рис. 4.20). Каждая секция представляет со¬
бой металлоконструкцию, объединяющую 5-6 роликоопор
Рис 4.20. Секция конвейерного става:
1 — грузовая ветвь; 2 - порожняковая ветвь
135
Роликоопоры служат опорой конвейерной ленты. Для под¬
держания грузовой ветви наибольшее применение получили
роликоопоры с тремя роликами, а для нижней (порожней) вет¬
ви - с одним роликом.
Приводная станция служит для передачи конвейерной
ленте тягового усилия.
Основным рабочим элементом ее являются приводной ба¬
рабан. который получает вращение от электродвигателя через
редуктор.
Натяжная станция служит для создания натяжения ленте,
которое необходимо для передачи ей тягового усилия, создава¬
емого приводным барабаном.
Таким образом, барабан натяжной станции является основ¬
ным рабочим элементом.
Бесконечная лента, огибающая барабаны приводной и
натяжной станции служит главным рабочим органом ленточно¬
го конвейера, осуществляющим непосредственное перемеще¬
ние горной массы.
По характеру выполняемой работы лента конвейера долж¬
на обладать большой прочностью в продольном и поперечном
направлениях, износостойкостью и высоким коэффициентом
трения.
В настоящее время изготовляют бельгннговые ленты из
синтетических тканей (анида и капрона), а также ленты со
стальными тросами.
Ленточные конвейеры характеризуются следующими пока¬
зателями: длина става конвейера - I, м на один привод, которая
для наиболее распространенных конвейеров составляет от 100
до 200 м. при углах подъема груза до 18° и от 200 до 3000 м
при транспортировании горной массы по горизонтали; ширина
ленты В (м), которая согласно существующему стандарту со¬
ставляет 650, 800, 1000, 1200. 1400, 1600. 1800, 2000, 2200 мм и
более: скорость движения ленты V, м/с, составляющая от 2 до
5—6 м/с; часовая производительность и мощность привода кон¬
вейера
Конкретные значения показателей конвейерного транспор¬
та приведены в табл. 4 4.
136
Таблица 4.4
Техническая характеристика ленточных конвейеров,
исполыуемых на карьерах России
По КУ ЛЯ тел II
Модель монвсйсрв
кл-
500
клм-
§00
С-160
.тк
5250
КЛМ-
4500
Ширина ленты, мм
1000
1200
1600
1800
2000
Длина горизонтального
става, м
400
800
1100
1500
3000
Скорость движения
ленты, м/с
2.26
2.58
1.6¬
3,15
4.6
4.0
Часовая производи¬
тельность, т/ч
500
800
1600¬
3150
5250
4500
Мощность привода, кВт
75
150
400¬
800
2000
4050
В настоящее время для передвижки ленточных конвейеров
применяют грактор-турнодозер. Конвейер, установленный на
специальной раме с боковым рельсом передвигают без разбор¬
ки при ослабленной ленте на требуемое расстояние при несколь¬
ких проходах трактора-турнодозера вдоль става конвейера.
Загрузка конвейерной ленты экскаватором осуществляется
обычно через бункер с загрузочной воронкой Это устройство
обеспечивает компактное поступление струи горной массы на
ленту, направленной по оси конвейера со скоростью, близкой к
скорости движения самой ленты. Чтобы предохранить поверх¬
ность ленты от ударов крупных кусков, в задней наклонной
стенке воронки устанавливают колосник для пропуска мелких
фракции горной массы. Мелочь, провалившаяся через этот ко¬
лосник на ленту, служит подушкой, на которую дальше, по хо¬
ду ленты, разгружаются более крупные куски.
Во многих случаях загрузка ленты через воронки осу¬
ществляется с помощью специальных ленточных, пластинча¬
тых и других питателей. Аналогичные питатели применяются
при перегрузке горной массы с одного конвейера на другой.
Производительность ленточных конвейеров определяется
скоростью ленты и количеством материала, загружаемого на
единицу его длины. Скорость движения ленты зависит от усло¬
вий работы конвейера и свойств перемещаемого материала.
137
Количество материала, загружаемого на единицу длины
ленты, определяется: поперечным профилем насыпного мате¬
риала на ленте, зависящим от ее ширины и формы.
Существенное значение имеет равномерность и непрерыв¬
ность загрузки конвейера, обеспечивающие полное использо¬
вание его загрузочной способности - jy,. т.е. загрузку1 ленты на
полный профиль.
При неравномерном или дозировочном поступлении мате¬
риала конвейер загружается порционно, отдельными кучами
Таким образом, действительная производительность конвейера
зависит от способа его загрузки. Максимальная загрузочная
способность ленточных конвейеров используется при загрузке
их многочерпаковыми экскаваторами.
В общем виде производительность ленточного конвейера
может быть представлена выражением:
Q ■ т^ч. (4.41)
где В - ширина ленты. м\
V- скорость движения ленты. м/с\
у - плотность насыпного материала, т/м'\
к - коэффициент, зависящий от формы ленты (от угла
наклона боковых роликов):
//, - загрузочная способность конвейера.
При выборе забойных конвейеров считают, что производи¬
тельность его должна быть на 10 % выше технической производи¬
тельности экскаватора. Последующий расчет производительности
сборочных конвейеров осуществляют с учетом одновременности
работы соответствующих линий забойных конвейеров.
Ленточные конвейеры объединяют в себе обычные функ¬
ции подвижного состава цикличных видов транспорта.
Преимущества конвейерного транспорта, по сравнению с
железнодорожным и автомобильным транспортом составляют,
обеспечение непрерывности перемещения горной массы и.
следовательно, производительного использования экскавато¬
ров: низкая стоимость и малый вес оборудования: создание
условий автоматизации управления производственными про¬
138
цессами: возможность перемещения горной массы с большим
подъемом, до 18-20° и более; обеспечение выборки породы при
транспортировке полезного ископаемого.
Недостатками конвейерного транспорта являются: воз¬
можность применения для транспортирования крепких пород
только при соответствующем дроблении их. обычно более зна¬
чительном. чем в случае применения цикличных видов транс¬
порта: некоторая зависимость работ от климатических условий:
значительный износ ленты при перемещении абразивных гор¬
ных пород.
В связи с развитием широкого применения роторных экс¬
каваторов совершенствование конвейерного транспорта имеет
большое значение.
В настоящее время в мировой практике открытых работ
широко используются конвейеры с шириной ленты 1800 мм.
которые при скорости движения ее V = 3.5 м/с, обеспечивают
производительность до 4500 м'/час.
На карьере «Цукунф» (Германия) при ширине ленты 2200 мм
и скорости ее движения V - 5,6 м/с производительность кон¬
вейера достигает 11000 м*/ч.
Наряд>' с самостоятельным видом карьерного транспорта лен¬
точные конвейеры являются важным конструктивным элементом
многочерпаковых экскавагоров. а также транспортно-отвальных
мостов и ленточных отвалообразователей. которые являются ме¬
ханизмами единого транспортно-разірузочного процесса.
4.5. Комбшшрованныи транспорт
По условиям транспортирования вскрышных пород и полез¬
ною ископаемого из карьера выделяют три транспортных звена:
перемещение грузов по рабочим площадкам и соединительным
бермам: перемещение их на подъем по наклонным выработкам до
поверхности карьера; перемещение на поверхности.
Первое транспортное звено связано с непосредственным
обслуживанием забойных экскаваторов. Дія обеспечения их
высокой производительности транспортные средства этого
звена должны быть достаточно маневренными
139
Второе транспортное звено должно обеспечить переме¬
щение грузов из карьера кратчайшим путем по наклонным вы¬
работкам при максимально допустимом подъеме.
Третье транспортное звено связано с перемещением гру¬
зов по относительно горизонтальной поверхности. Роль этого
транспортного звена зависит от требуемой дальности переме¬
щения ірузов.
В соответствии с этим для перемещения горной массы на
карьерах иногда используют комбинированный транспорт,
представляющий собой сочетание 2-3 видов транспорта: авто¬
мобильного с железнодорожным; автомобильного с конвейер¬
ным транспортом или с канатными подъемниками.
Применение автомобильно-железнодорожного транспорта
оказывается целесообразным при относительно большой глу¬
бине карьера (более 150-г200 м) и значительной дальности
транспортирования горной массы и возможно при сооружении
пунктов перефузки горной массы с одного вида транспорта на
другой. По своей конструкции эти пункты представляют собой
устройства, обеспечивающие непосредственно перегрузку гор¬
ной массы из автосамосвалов в железнодорожные вагоны или
разгрузку ее во временный отвал с последующей погрузкой в
вагоны экскаватором (рис. 4.21).
В зависимости от условий перемещения горной массы эти
пу нкты могут располагаться в пределах первого (на дне карье¬
ра) или второго (на борту или на поверхности карьера) транс¬
портного звена. В соответствии с этим железнодорожный
транспорт полностью или частично осуществляет перемещение
горной массы по наклонным выработкам на подъем (второе
транспортное звено) и далее на поверхности карьера в отвал
или к потребителям (третье транспортное звено). При этом
первое и частично второе транспортные звенья обслуживаются
внутрикарьерным автомобильным транспортом.
При комбинации автомобильного транспорта с конвейер¬
ным. перегрузочные пу нкты сооружаются как на дне. так и ча¬
стично на борту карьера. Однако здесь они усложняются до¬
полнительными дробильными установками (дробилками), не¬
обходимыми для дробления крупнокусковой горной массы, по¬
ступающей от одноковшовых экскаваторов.
140
(I
£
о
Рис. 4.21. Схемы перегрузочных пунктов при комбинированном
транспорте: а - с непосредственной перегрузкоіі пород;
6-е временным складированием и использованием
на погрузке экскаватора
Положение дробильно-перегрузочного пункта на борту ка¬
рьера определяется уровнем концентрационного горизонта ка¬
рьера. на который автосамосвалы доставляют горную массу с
нескольких рабочих горизонтов. По мере развития горных ра¬
бот через 70+100 м дробильно-перегрузочные пункты вместе с
концентрационными горизонтами переносятся вглубь карьера.
Комбинация автомобильного транспорта с канатными
подъемниками может быть целесообразной при относительно
большой глубине карьера и малых размерах его в плане
По виду транспортных средств канатные подъемники бы¬
вают скиповыми и клетевыми При применении скиповых
подъемников необходимы загрузочные пункты в карьере и
приемные пункты на поверхности (рис. 4.22).
Грузоподъемность скиповых канатных подъемников обыч¬
но не менее 30+40 т, а размеры клетей позволяют поднимать
автосамосвалы и обычные железнодорожные вагоны с породой
или полезным ископаемым общей массой не менее 40+50 т.
141
По своей конструкции канатные подъемники могут быть
открытыми или закрытыми. Открытые подъемники сооружа¬
ются непосредственно на борту' карьера в тех случаях, когда
угол откоса его менее предельного угла подъема транспортных
средств подъемника В противном случае или. когда борт карь¬
ера занят транспортными бермами сооружают закрытые подъ¬
емники. устанавливаемые в наклонных стволах. Иногда, для
соответствующих средств подъема (скины, клети) сооружают
вертикальные стволы с квершлагами. Канатные клетевые подъ¬
емники. обеспечивают подъем груза под углом до 40°щ а скипо¬
вые в пределах от 3° до 90е.
Рис. 4.22 Основные хпементы скипового подъемника:
1 - перегрузочный пункт; 2 - скип: 3 - рельсовый путь; 4 - канат:
5 - положение скипа при разгрузке: 6 - задняя уравновешивающая ось:
7—головной шкив; 8- разгрузочный бункр
Помимо описанных в практике открытых горных работ
имеют место и другие виды комбинированного транспорта, в
том числе комбинация обычных средств перемещения горных
пород со специальными кабельными кранами и канатными
подвесными дорогами. Однако такие случаи не типичны для
открытой добычи основных полезных ископаемых (руд черных
и цветных металлов, угля и т.п.).
I
142
В качестве подъемного и магистрального звеньев комбиниро¬
ванного карьерного транспорта весьма перспективными являются
конвейерные поезда и трубопроводный контейнерный пневмот¬
ранспорт (ТКПТ), которые довольно успешно применяются на
карьерах Австралии Канаты. США. Франции и Германии.
В России имеет место опытно-промышленная установка
конвейерного поезда работающая на Чаплинском гранитном
карьере и Донском горно-обогатительном комбинате. Высказа¬
ны предложения о рациональном использовании конвейерных
поездов на многих железорудных (Ковдорском, Лебединском и
др.), некоторых угольных карьерах и ряде предприятий строй¬
материалов.
Достаточную известность имеют испытания опытно¬
промышленной установки трубопроводного контейнерного
пневмотранспорта на Сычевском ГОКе в Подмосковье по до¬
ставке песчано-гравийной смеси из карьера до ОФ на расстоя¬
нии 3 км. Особенностью конвейерных поездов и ТКПТ явля¬
ются принципиально новые конструктивные решения по срав¬
нению с традиционными видами транспорта.
Конвейерные поезда до настоящего времени находятся в
стадии совершенствования Однако основной особенностью их
является использование в качестве тяговых средств линейных
электродвигателей переменного тока с соответствующим по¬
строением транспортных коммуникаций.
В трубопроводном контейнерном пневмотранспорте
(рис. 4.23) груз перевозится в контейнерах по трубам под дей¬
ствием перепада давления, создаваемого воздуходувкой (ком¬
прессорами) впереди и сзади транспортируемого сосуда. Этот
вид транспорта наиболее удобен на магистральных участках
трассы комбинированного карьерного транспорта при перевоз¬
ке сыпучего материала или дробленого с крупностью куска не
более 300+400 мм.
В этом отношении более перспективны конвейерные поез¬
да т.к. они помимо магистральных участков комбинированно¬
го транспорта могут быть применены на его подъемном звене,
обеспечивая преодоление уклона до 40° при транспортировке
материала крупностью до 1000+1400 мм.
143
В случае применения конвейерных поездов и ТКПТ обес¬
печивается полная автоматизация и благоприятная экологиче¬
ская обстановка процесса транспортирования горных пород и
полезного ископаемого ні карьера
І шіїзг"ті
kr-rk
&ЖЖЖЭ
JkJ
\
У
Рис. ¥.23. Схема кольцевой трубопроводы ои контейнерной
пнвлмоустамовки (ТКПТ): 1 - станция выгру зки: 2- толкатели;
3 - компрессоры; 4 - станция погрупки; 5 - открытые участки:
6 - контейнер: 7 - трубопровод
4.6. Гмлромсхынншимя открытых горных работ
Г идромеханизация горных работ представляет собой ком¬
плекс сооружений и механизмов, осуществляющий производ¬
ственные процессы вскрышных и добычных работ с использо¬
ванием энергии движущейся воды.
Гидромеханизация является весьма производительным
способом ведения горных работ. Это объясняется тем. что в
отличии от экскаваторной разработки (особенно машинами
цикличного дейсгвия) она наиболее полно осуществляет по¬
точность (непрерывность) всех процессов производства горных
работ. В данном случае процессы отбойки, транспортировки и
укладки породы в отвал или доставки полезного ископаемого
потребителю осуществляются непрерывно и одновременно.
Однако применение гидромеханизации наиболее целесооб¬
разно в случае разработки мягких сыпучих пород при наличии
дешевых источников воды и электроэнергии.
144
В отличии от экскаваторной разработки производственные
процессы при гидромеханизации составляют: размыв породы,
гидротранспорт и укладка ее в гидроотвал.
Существуют несколько схем гидромеханизации горных ра¬
бот, которые разделяют по способу производства процесса
размыва горных пород:
- непосредственный размыв горной породы;
- размыв породы с предварительным ее рыхлением меха¬
ническим способом (взрывчатыми веществами, экскаваторами,
бульдозерами и т.п.);
- извлечение породы со дна водоемов силой потока воды,
всасываемой специальными установками.
Из всех схем гидромеханизации наибольшее применение
при добыче полезных ископаемых имеет первая схема. Ее же
следует считать основной технологической схемой гидромеха¬
низации горных работ.
Сущность этой схемы гидромеханизации (рис. 4.24) заклю¬
чается в том. *гго вода, поступающая из источника (озера реки
н т.д.) под давлением, создаваемым насосами, подается по тру¬
бам (водоводам) к гидромонитору. Вылетая из его насадки она
с большой скоростью направляется плотной струей на забой
уступа и производит размыв породы. Смесь воды с разрушен¬
ной породой, называемая пульпой, самотеком или но трубам
(пульповодам) под напором, создаваемым специальными насо¬
сами (землесосами), подается в гидроотвал (полезное ископае¬
мое на обогатительные установки). На гидроотвалах частицы
породы осаждаются из пульпы, а оставшаяся вода поступает
обратно в источник водоснабжения и снова используется для
размыва. Как видно (рис. 4.24) основными технологическими
звеньями гидромеханизации при непосредственном размыве
горных пород являются: водоснабжение, собственно размыв
породы, гидротранспорт ее и отвалообразование
Водоснабжение заключается в обеспечении гидромонито¬
ров напорной водой. Его составляющие - источники воды и
средства ее подачи к гидромониторам Источниками воды мо¬
гут быть неограниченные водоемы (реки, озера и т.п.) или ис¬
кусственные водохранилища. Подача воды из водоисточников
145
по водоводам может быть самотечная при благоприятном рель¬
ефе поверхности или напорная с помощью мощных центро¬
бежных насосов.
Рис. 4.24. Схема гидромеханизации карьера.
1 - насосная станция: 2 - водовод: 3 - гидромониторы: 4 - землесос:
5 — пульповод: 6 - земляная дамба гидроотвала: 7- гидроотвал:
8- водосборный (шандорнын) колодец; 9- водосборная канава
Количество воды, подаваемое насосами в единицу времени
(водопроизводительность насосной станции) определяется по¬
требной производительностью карьера по горной массе:
Q - Vrf, м3/% ^ (4.43)
где Ук- производительность карьера по породе. juVm;
q - удельный расход воды на размыв породы. м*/м3.
При этом необходимый напор насосов, как показано на
рис. 4.24, составит:
Я ■ + Н/в + he + hd + м. (4.44)
где Я£И- геометрическая высота нагнетания воды, м\
Нгл - геометрическая высота всаса воды, ju;
Иш - потери напора во всасывающем водопроводе. м\
ИЛ - потери напора по длине водопровода. м\
Иг - потери напора в гидромониторе, м.
)46
h:
Рис. 4.25. Схема к определению потребного напора насоса
гидросистемы
По водопроизводительностн насосной станции и напору
насоса, определяется мощность его двигателя.
Размыв породы осуществляется гидромонитором (рис. 4.26).
Он представляет собой оборудование, с помощью которого со¬
здается плотная управляемая струя воды с большой скоростью
движения Управление струей воды осущесткляется путем ав¬
томатического дистанционного управления перемещением
ствола гидромонитора. Для перемещения гидромонитора по
мере разработки забоя он оборудуется ходовым устройством.
Наибольшее распространение в карьерах при работе гидро¬
мониторов получил способ размыва породы встречным забоем,
при котором направление потока пульпы противоположно дви¬
жению струи воды, исходящей из гидромонитора. В этом слу¬
чае разработка забоя начинается с образования в его нижней
части вруба глубиной 0.3т0.4 .м до обрушения уступа; после
обрушения породы создаются благопрнягные условия для ее
дальнейшего размыва.
Размыв породы с одного положения гидромонитора по длине
уступа определяется величиной минимального и максимального
положения его относительно забоя. В соответствии с эти устанав¬
ливается шаг передвижки гидромонитора, который зависит от
высоты уступа и может быть практически от 6 до 12 м.
Применяемые в настоящее время гидромониторы имеют
диаметр входного отверстия до 300 мм, а диаметр насадки от
90 до 140 мм и рассчитаны на напор до 150м.
147
Рис. 4.26 Гидромонитор с дистанционным управлением:
1 - насадка: 2 — ствол; 3 - шаровое соединение:
4 - фланец шарового соединения: 5 - верхнее колено;
6 - фланец верхнего колена; 7 - нижнее колено; 8 - опорная лапа
Для определения скорости вылета сіруи из насадки в зави¬
симости от напора волы пользуются формулой:
V - <p-j2gH , м с. (4.45)
где <р коэффициент скорости, равный 0.92+0.96;
g - ускорение свободного паления, м/с2; g * 9,8 м/с2;
И - рабочий напор воды перед насадкой, .и.
При напоре Н = 150 м, скорость вылета струи из насадки
составит:
V-0.9242-9,8. ISO - 50и/с.
Гидротранспорт породы заключается в перемещении сме¬
си породы с водой (пульпы) от гидромониторов к гидроотвалу.
При соответствующих условиях пульпа перемещается по пуль¬
попроводам или желобам самотеком (самотечным или без¬
напорным гидротранспортом). Однако в большинстве случаев
перемещение ее осуществляется по трубопроводам (пульпово¬
дам) под напором, создаваемым специальными насосами, рабо¬
тающими на пульпе, которые называются землесосами
148
Пульповоды также как и водоводы представляют собой со¬
единенные фланцами металлические трубы диаметром от 250
до 600 мм.
Гидроотвапы представляют собой огражденные земляны¬
ми дамбами площади служащие для размещения (укладки)
пульпы, те. для ее приема и отстаивания (рис. 4.27). Укладка
пульпы в гидроотвал производится сосредоточенным торцевым
или кольцевым намывом.
Рис. 4.27. Профиль ллдроотлала:
1 - пульповод: 2 - дамба: 3 - сваи колодца; 4 - шиберы (затворы);
5 - водозаборная труба; 6 - водосборная канава
При торцевом намыве пульповод располагают на эстакаде
с одной стороны гидроотвала. По мере заполнения отвала от¬
стоявшейся пульпой эстакаду и пульповод удлиняют. При
кольцевом намыве пульповод располагается по периметру
дамб обвалования. При этом развитие отвала (оседание пуль¬
пы) происходит от его границ к середине. Осветвленную в гид¬
роотвале воду в обоих случаях удаляют при помощи водо¬
сбросного (шандорного) колодца.
Колодец сооружается в центре отвала из четырех деревян¬
ных стоек (свай) с пазами, в которые по мере повышения по¬
верхности намыва гидроотвала закладывают доски-шандоры. В
нижней части колодца укладывается труба, служащая для уда¬
ления (сброса) осветленной воды из гидроотвала.
Второй способ гидромеханизации с предварительным раз¬
рушением массива осуществляется при разработке относитель¬
но твердых пород. При этом способе гидромеханизации разра¬
батываемые породы перед размывом предварительно разрых¬
ляются буровзрывным способом, экскаваторами или бульдозе-
149
рами. В остальном он не имеет up ніщ и анального отличия от
способа гидромеханизации непосредственным размывом гор¬
ных пород.
Работа с применением экскаваторов осуществляется в двух
вариантах. В первом варианте экскаватор укладывает из забоя
уступа разрыхленную породу позади себя в навал, который за¬
тем размывается уже известным способом гидромонитором
(рис. 4.28).
Рис 4.2S. Схема гидраалическогоралмыла нашала породы:
1 - водовод: 2 - гидромонитор; 3 - землесос; 4 - пульповод
Во втором варианте порода грузится экскаватором в бун¬
кер передвижной землесосной установки (ПЗУ), перемещаю¬
щей по рельсовым путям вслед за экскаватором (рис. 4.29). Об¬
разующая в землесосной установке пульпа по пульповодам пе¬
ремещается на гндроотвал.
Извлечение породы со дна водоемов (третий способ гид¬
ромеханизации) производится специальными плавучими зем¬
лесосными установками, которые называются земснарядами.
150
Рис 4.29. Схема гидротранспорта породы от экскаватора
с помощью передвижной землесосной установки (ПЗУ'):
1 — водовод: 2 — ПЗУ; 3 - пульповод
'Земснаряд осуществляет размыв породы за счет ее всасы¬
вания со дна водного котлована. При разработке твердых пород
(суглинков, глин и др.) производится одновременное разруше¬
ние их механическими рыхлителями, которые устанавливаются
на всасе земснаряда. Подача пульпы от землесоса на борт раз¬
рабатываемого котлована производится по плавучему пульпо¬
воду. который состоит из труб, уложенных на поплавках (пон¬
тонах). Вдоль плавучего пульповода устраивается настил из
досок для прохода обслуживающих земснаряд рабочих. На
борту' котлована плавучий пульповод соединяется с обычным
наземным пульповодом, который подает пульпу на гидроотвал.
Высота подводных забоев, разрабатываемых земснарядами
может быть 15 м и более.
Разработка пород по третьей схеме гидромеханизации свя¬
зана с особыми условиями и применяется, в основном, в пери¬
од строительства карьеров на обводненных месторождениях,
при строительстве гидротехнических сооружений, а также при
добыче песка и гравия со дна водоемов
Как следует из описания схем. гидромеханизация горных
работ представляет классический пример техники непрерывно¬
го действия, все элементы которой органически связаны общим
«рабочим органом» - потоком воды в единый комплекс обору¬
дования процессов разработки горной массы. Такое обстоя¬
тельство не дает основания рассматривать оборудование гид¬
ромеханизации по отдельным ее производственным процессам
в отрыве друг от друга, как это показано при экскаваторной
технике, допускающей большое количество слагающих ее ва¬
риантов комплектов оборудования.
В целом это тем более показательно для представления
существа структуры комплексной механизации горных работ,
обеспечивающей эффективную поточную технологию горного
производства.
Контрольные вопросы
1. В чем состоят особенности карьерного транспорта,
определяемые условиями открытых горных работ?
2. Какими показателями характеризуются карьерные же¬
лезнодорожные пути?
3. В чем особенность подвижного состава железнодорож¬
ного транспорта карьеров?
4. Что такое полезная масса поезда и принцип ее определения?
5. Из каких участков состоит сеть железнодорожных путей?
6. В чем состоят особенности карьерного автомобильного
транспорта, преимущества и недостатки его применения в ка¬
рьерах?
7. Как определить число автосамосвалов, необходимое для
обслуживания одной механической лопаты?
8. Какие условия применения ленточных конвейеров на ка¬
рьерах и принцип определения их производительности?
9. Какие виды комбинированного транспорта существуют на
открытых горных работах и при каких условиях их применяют?
10. Какие виды путевых работ существуют в карьерах,
средства и способы их выполнения?
11. В чем сущность гиромеханизационного комплекса от¬
крытых горных работ, принципиальная схема непосредствен¬
ного размыва горных пород?
152
12. Принципы гидромеханизации горных работ с предва¬
рительным рыхлением крепких горных пород буровзрывным
способом или механическим разрушением.
5. РАЗГРУЗКА II С КЛАДИРОВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
5.1. Огва.іьь способы п средства о гва.юобразоваиня
Разгрузка горных пород является завершающим процессом
вскрышных работ. В общих чертах этот процесс представляет
собой размещение вскрышных пород соответствующим обору¬
дованием на свободных площадях за пределами карьерного по¬
ля или в выработанном пространстве карьера в специальные
насыпи - отвалы.
Насыпь отвала образует отвальный уступ, который по ана¬
логии со вскрышными и добычными уступами карьера имеет
площадки, откос, высоту и т.д.
По названию создаваемой насыпи процесс разгрузки
вскрышных пород иначе называют отвальными работами или
отвалообразованием. Положение отвалов вскрышных пород от¬
носительно контуров карьера зависит от горно-геологических
условий разрабатываемого месторождения (рис 5 1).
а
й 5
Рис. 5.1. Типы отвалов в зависимости от их расположения
относительно контура карьера а — внешний: 6 - внутренний;
1 - выработанное пространство; 2 - контур карьера; 3 - внешний
отвал: 4 - полезное ископаемое; 5 — внутренний отвал
153
При разработке мощных горизонтально залегающих ме¬
сторождений. отрабатываемых несколькими добычными усту¬
пами. имеют место внутренние отвалы, которые создаются са¬
мостоятельными средствами отвалообразования. В таких слу¬
чаях порода во внутренние отвалы перемещается соответству¬
ющими средствами транспорта без подъема и на короткие рас¬
стояния (рис. 5.1а).
При разработке наклонных и крутопадающих месторожде¬
ний с постепенным развитием горных работ вглубь, вскрыш¬
ные породы вывозят из карьера и размещают за пределами его
границ во внешних отвалах, которые создаются также самосто¬
ятельными средствами отвалообразования. В этом случае пе¬
ремещение вскрышных пород на внешние отвалы происходит
соответствующими транспортными средствами с подъемом и
на значительные расстояния (рис. 5.16).
Создание внутренних и внешних отвалов самостоятельны¬
ми средствами отвалообразования является общим и наиболее
распространенным случаем в практике открытых работ. При
этом как при внутреннем, так и при внешнем положении отва¬
лов, способы и средства отвалообразования зависят от вида ка¬
рьерного транспорта и физико-механических свойств перево¬
зимых горных пород. Ведущим признаком в данном случае яв¬
ляется способ транспортировки вскрышных пород, по которо¬
му различают железнодорожные, автомобильные и конвейер¬
ные отвалы. В зависимости от физического состояния перево¬
зимых горных пород размещение их в отвалах осуществляется
известными уже экскаваторами или специальным отвальным
оборудованием.
5.2. Огва.юобразованне при железнодорожном транспорте
При перемещении вскрышных пород железнодорожным
транспортом отвалообразованне осуществляется отвальными
плугами, одноковшовыми экскаваторами (механическими ло¬
патами и драглайнами, абзетцерами и бульдозерами).
Плужное отвалообразованне имеет давнюю историю и в
настоящее время находит применение на карьерах с неболь¬
154
шим объемом перемещения крепких вскрышных пород желез¬
нодорожными составами. При этом способе отвалообразовання
(рис. 5.2) разгрузка породы из думпкаров на отвале произво¬
дится под откос отвального уступа на всю длину состава. При
этом часть разгруженной породы скатывается к подошве от¬
вального уступа, а часть остается на его откосе, образуя не¬
устойчивую навись (40 70 % объема разгруженной породы).
Технология отвалообразовання плугами включает
а разірузку породы из думпкаров;
а профилирование откоса отвала;
а планирование полотна для рельсового пути;
■ передвижку пути.
а
в
і 1
L о >ч.
А
» г
".
) 1 />. 4
У
ь
у
Т
ДО
* 1 Чч\
1
л
„ Чг
Ч X
\ ^
С 1 о' 'Os.
V г
V
V
Рис. 5.2. Технология плужного отвалообразования:
а - положение отвального откоса перед разгрузкой состава;
6- после разгрузки: в- после профилирования:
г - после повторноіі разгрузки и передвижки путей
Образовавшаяся навись породы сталкивается лемехами от¬
вального плуга. Отвальный плуг представляет собой транс¬
портную машину наподобие железнодорожного снегоочисти¬
теля. После этого разгружают породу из думпкаров очередного
поезда и повторяют аналогичные операции отвальным плугом.
Заполняя, таким образом, откос отвального уступа слоем поро¬
ды. отвальный плуг делает его окончательную планировку. По¬
сле этого на спланированную площадку отвального уступа пе¬
редвигают отвальные железнодорожные пути, что обеспечива¬
ет разгрузку породы очередной группы поездов.
155
Передвижка путей на плужных отвалах осуществляется
путепередвигателями цикличного действия. Расстояние, на ко¬
торое перемещаются пути, определяется вылетом лемеха плута и
составляет 2,5 3,0 м. Шаг передвижки путей составляет 1,5-4 м.
Высота уступов плужных отвалов составляет 15-25 м. Длина
отвального ту пика изменяется в пределах 0,5-2,5 км. В святи с
этим плужные отвалы требуют частых передвижек пути, осо¬
бенно при небольшой длине фронта отвального уступа.
Достоинство плужного отв ал оо братов алия заключается в
использовании простого и недорогого оборудования. К недо¬
статкам следует отнести малую приемную способность от¬
вального ту пика, большое число резервных тупиков, малый шаг
передвижки и др.
Экскаваторное отвапообразование при железнодорожном
транспорте вскрышных пород в святи с большими объемами гор¬
ных работ являются основным на крупных современных карье¬
рах. При перемещении кусковатых (твердых) пород для отсыпки
их в отвал используют механические лопаты, реже драглайны.
В случае применения механических лопат (рис. 5.3) раз¬
грузка породы из думпкаров на отвале производится повагонно
в специальный приямок, который устраивается на промежу¬
точной площадке отвального уступа. Находясь на промежуточ¬
ной площадке, механическая лопата производит выемку раз¬
груженной в приямок породы и поочередную отсыпку ее в
нижний и верхний подуступы отвального уступа. Двигаясь
вдоль откоса отвального уступа экскаватор засыпает его широ¬
кой полосой (заходкой) вскрышной породы. При этом размеры
отвального усту па (рис. 5.3) в данном случае определяются фи¬
зико-механическими свойствами отсыпаемых пород и разме¬
рами рабочего оборудования экскаватора.
Высота отсыпки отвала устанавливается по величине допу¬
стимой высоты верхнего (Л|) и нижнего (Л2) подуступов с уче¬
том коэффициента усадки породы.
Практически высота верхнего подусгупа - И] принимается
не больше максимальной высоты разгрузки экскаватора; высо¬
та нижнего поду ступ а - Л2 устанавливается в зависимости от
радиуса разгрузки экскаватора и составляет обычно 15—25 м.
156
А -А
Рис. S.3. Схема отвалообразования с помощью механической лопаты
После планировки бульдозером полосы породы, отсыпан¬
ной экскаватором, производят переукладку отвальных путей к
новому положению откоса отвального уступа. Ширина отсыпа¬
емой породной полосы и. следовательно, расстояние, на кото¬
рое перемещаются отвальные пути - шаг передвижки - С,
определяется размерами рабочего оборудования экскаватора:
157
с - + (ОМУ + Rp. «. (5.1)
где L - длина приямка (фронта разгрузки на один вагон), м\
Ещ - радиус черпания экскаватора на уровне копания, лі;
Rp - радиус разгрузки экскаватора, .м.
Обычно шаг передвижки составляет 20-23 м. При такой
дальности перемещения путей применяют крановую или трак¬
торную переукладку (рис. 4.10. 4.11(1)).
Технология отвалообразования с использованием драглайнов
при железнодорожном транспорте пород аналогична описанной
технологии отвалообразования с использование мехлопат.
Драглайны могут применяться для складирования мягких,
мелкораздробленных полускальных и скальных пород, а также
на отвалах, характеризующихся наличием оползневых явлений
Располагаясь на кровле отвального усту па, драглайн отсы¬
пает породу на всю его высоту. При этом он черпает породу из
приямка, размещая ее впереди себя и под откос отвального
уступа (рис. 5.4).
Ширина отвальной заходки. в зависимости от рабочих па¬
раметров драглайна, составляет 30-100 м. что обеспечивает
значительное уменьшение объемов путеперекладочных работ
(в 3-6 раз) по сравнению с использованием мехлонат.
Достоинства экскаваторного отвалообразования. отно¬
сительно плужного, заключаются в более высокой приемной
способности отвальных ту пиков; меньшей трудоемкости путе¬
вых работ, возможности применения более тяжелого подвиж¬
ного состава и др.
Недостатками экскаваторного отвалообразования яв¬
ляются большие капитальные затраты на приобретение отваль¬
ного оборудования; малый фронт разгрузки думпкаров на от¬
вальном тупике; необходимость двукратной экскавации всего
объема вскрышных пород.
При перемещении железнодорожным транспортом мягких
и сыпучих вскрышных пород размещение их в отвале наряду с
одноковшовыми экскаваторами может быть осуществлено -
абзетцерами (рис. 5.5), что в переводе с немецкого языка озна¬
чает отвальный многочерпаковый экскаватор, впервые полу¬
чивший применение на угольных карьерах Германии.
158
т
о
я
t
Рис. 5.4. Схема отвалообраювамил с помощью драглайна
Абзетцер представляет собой полноповоротный многочер-
паковый цепной экскаватор, имеющий удлиненную разгрузоч¬
ную консоль с ленточным конвейером. Обычно он устанавли¬
вается на рельсовых путях, которые укладываются на проме¬
жуточной площадке отвального уступа. В связи с этим абзет-
церный отвальный уступ имеет два подуступа: сначала отсыпа¬
ется нижний подуступ, затем верхний.
159
Рис. 5.5. Схема складирования пород абзетцером
» ■ * •
с консольным ленточным конвейерам: 1 — ленточный конвейер:
2 - подвесная планирующая рама: 3 - разгрузочный барабан:
4 — дисковый питатель: 5 - ковшовая рама: 6 - контргруз
При отсыпке нижнего подуступа подаваемая к абзетцеру
порола ш думпкаров разгружается в траншею, расположенную
вдоль железнодорожных путей со стороны, противоположной
откосу отвального уступа. Из траншеи порода забирается черпа¬
ками экскаватора и передается на ленточный конвейер разгру¬
зочной консоли. Поворачиваясь в горизонтальной плоскости при
одновременном движении экскаватора разгрузочная консоль
сбрасывает породу, заполняя ею откос иодуступа в радиусе свое¬
го действия, который составляет 40 50 м. Путем поворота раз¬
грузочной консоли в горизонтальной плоскости абзетцер имеет
подобные условия для отсыпки верхнего подуступа.
При определении размеров элементов абзетцерного отвала
возможная высота нижнего подуступа его ограничивается
условиями устойчивости пород, а высота верхнего подуступа
помимо этого ограничивается - длиной разгрузочной консоли
абзетцера и углом ее наклона. Практически высота нижнего
подуступа составляет 40-55 м. а верхнего - 20 35 м. что опре¬
деляет общую высоту абзетцерного отвала порядка 90 м.
Планирование поверхности отвальной заходки после от¬
сыпки нижнего подуступа для перемещения экскаваторных и
транспортных железнодорожных путей производится либо
планирующей рамой абзетцера, либо бульдозером. Передвижка
этих путей осуществляется путепередвигателями непрерывного
действия (рис. 4.11(1)).
160
Достоинство абзетцерного отвалообразовання заклю¬
чается в возможности установки экскаватора на значительном
расстоянии от бровки откоса отвала, что позволяет работать без
персукладкн рельсовых путей
Недостатками являются зависимость от климатиче¬
ских условий, высокая трудоемкость сооружения и содержания
абзетнерных путей.
Бульдозерное отвалообразование целесообразно применять
на отвалах высотой более 20 м при складировании мягких и
полускальных. хорошо раздробленных пород и применяется
при транспортировании вскрышых пород в отвал как автомо¬
бильным. так и железнодорожным транспортом.
Бульдозерный отвал при доставке породы железнодорож¬
ным транспортом создается с два подусту па (рис. 5.6).
/ -1J
J
V
А
о *
£
1 * 1
I
Э
» I
V
ЛЩ
^ 45.° ^
J50^
ШІ
ilie *'
бульдозер С —
•:Ц Ж lJ
l:
1:
1: 13
1:
Г:
и
ft
|е
і I
t“ •
-p- Jj Бульдозер
Щ®:
:l
|1
— i
Рис. 5.6 Схема отвалообразования с помощью бульдозеров
при мселезнодоромаіом транспорте породы
161
В данном случае верхний подуступ, на кровле которого
размещаются отвальные железнодорожные пути, имеет высоту
всего 1,5-2,5 м. Такая высота верхнего подуступа определяется
условиями разгрузки пород из думпкаров разовой погрузки на
всю длину поезда на кровлю нижнего подуступа. После разо¬
вой разгрузки породы поезда осуществляется перемещение ее
бульдозерами под откос нижнего подуступа. При этом проис¬
ходит постоянное расширение его верхней площадки, которое
осуществляется до определенной рациональной величины. Вы¬
сота нижнего подуступа ограничивается условиями устойчиво¬
сти отсыпаемых пород, чем определяется емкость отвала.
По окончании отсыпки бульдозерами породы в нижний
подуступ у его верхней бровки сооружается насыпь, высотою,
соответствующей высоте верхнего подуступа. Па эту насыпь
пере укладываются железнодорожные пути, сформированной
гаким образом, отвальной заходки. После этого цикл бульдо¬
зерного отвалообразования при железнодорожном транспорте
пород повторяется.
Высота нижнего подуступа принимается по условию
устойчивости его откоса. Ширина отвальной заходки (шаг пе¬
редвижки путей) определяется производительностью бульдозе¬
ра. объемом вскрыши, поступающим на отвал, полезной мас¬
сой поезда, схемой путевого развития на отвале и затратами на
передвижку отвальных путей. Рациональная длина отвального
тупика находится в пределах 1,2-1.5 км, а экономически целе¬
сообразная ширина отвальной заходки изменяется в пределах
30 90 м. Различают торцевую, фронтальную и комбинирован¬
ную схемы бульдозерного отвалообразования (рис. 5.7).
Достоинства бульдозерного отвалообразования заклю¬
чаются в независимости шага переукладки путей от линейных
параметров бульдозера, высокой приемной способности от¬
вального тупика, небольших капитальных и эксплуатационных
затратах.
Недостатки зависят от производительности бульдозе¬
ров. климатических условий, расстоянии транспортирования,
типа складируемых пород, повышенном износе ходовой части
бульдозеров и большом расходе топлива.
162
Рис. 5.7. Технологические схемы бульдозерного отвалообразоаания
при мселезнодорожном транспорте
5J. Отна.юобріпова пне при іівточобиіьком транспорте
При перемещении вскрышных пород автомобильным
транспортом основным способом укладки их в отвал является
бульдозерное отвалообразован не. которое осуществляется в
двух вариантах - площадном и периферийном.
При площадном варианіе бульдозерного отвапообразова-
ния разгрузка породы из самосвалов производится по всей
площади, отведенной под отвал. Далее бульдозерами планиру¬
ют отсыпаемый слой породы, а затем укатывают его катком.
При этом постепенно наращивается высота отвала.
Площадное отвалообразование применяется в основном
при складировании малоустойчивых мягких пород, что пред¬
ставляет довольно редкие случаи.
163
Развитие бульдозерных отвалов при автотранспорте пород
осуществляется обычно периферийным способом (рис. 5.8).
При этом способе автосамосвалы разгружаются на верхней пло¬
щадке отвальной насыпи на расстоянии 5-7 м от его верхней
бровки. Для обеспечения безопасности вблизи верхней бровки
отвального уступа отсыпается предохранительный вал высотой
0.5-0.8 м и шириной 1.5-2 м. При этом поверхность бульдозер¬
ного отвала устраивается с уклоном 4-5° к его центру.
Разгруженная из автосамосвалов порода перемещается под
откос отвального усту па с устройством нового предохранитель¬
ного вала для очередной разгрузки породы из автосамосвалов
Высота отсыпки бульдозерных отвалов существенно зави¬
сит от физико-механических свойств горных пород и условий
их размещения. При отсыпке на равнинной местности высота
отвалов может быть для крепких разрыхленных взрывными ра¬
ботами пород 30 35 м, для рыхлых (песчаных) 15-20 м. для
глинистых 10-15 м. В условиях нагорных карьеров высота
бульдозерных отвалов может быть 150 м и более. При такой
высоте отвала предусматриваются специальные мероприятия,
обеспечивающие безопасные условия работы обслуживающего
персонала и эксплуатации оборудования.
При отсыпке бульдозерного отвала общий фронт разгрузки
его распределяется на три равных участка (рис. 5.8).
На первом участке ведется разгрузка автосамосвалов, на
втором - перемещение породы бульдозером под откос уступа,
планировка его поверхности и сооружение предохранительного
вала, третий участок с готовым предохранительным валом яв¬
ляется резервным В процессе развития отвальных работ функ¬
ции этих участков меняются.
Существенным элементом бульдозерных отвалов являются
автодороги, устройство и содержание которых иногда сопро¬
вождается большими трудностями. Основным средством,
обеспечивающим сооружение и содержание отвальных автодо¬
рог. являются бульдозеры, в числе которых предусматривается
необходимый резерв на работы по планировке поверхности от¬
валов. Основное значение здесь имеют физико-механические
свойства складируемых горных пород.
164
В этом отношении наиболее благоприятными для бульдо¬
зерного отвалообразования являются равномерно раздроблен¬
ные твердые породы или мягкие породы с хорошей водоотда¬
чей (пески, супеси и т.п).
При отсыпке в отвал малоустойчивых пород представляет
интерес опыт работы угольных карьеров Кузбасса, где в каче¬
стве о тв ало о браю вате ля при автотранспорте используется
драглайн. В связи со стационарным положением пункта раз¬
грузки автосамосвалов в данном случае значительно снижается
потребность в перестройке автодорог, что улучшает их устой¬
чивость и уменьшает стоимость содержания. К тому же повы¬
шается эффективность использования автотранспорта.
і I ■ і і ■ I і і ■ |
к'ря Раи'руїка Иынировка
Ппяцш)ка Mf3
\s
її
41
Ч.
V
ч ■ і і і . г
f П іощікЬа Л?’
1 У .
^7 г
и п л
Г% л '■ '■ ■ . і . т» Л ■ і . . .—і—г
... . і . . і > »V
?
ПкнцшЬїУгІ
І5ІУ
і
Рис. 5.8. Схема развития бульдозерного отвала
при автомобильном транспорте
5.4. Отва.мюбрязавшше при конвейерном транспорте
При перемещении мягких сыпучих и хорошо раздробленных
вскрышных пород ленточными конвейерами отвалообразованне
осуществляется консольными ленточными отвалообразователями.
165
Консольный отвалообразователь представляет собой кон¬
струкцию. состоящую из грех основных элементов: силового,
ходового и рабочего оборудования (рис. 5.9).
20 5^ - .;—
Рис. 5.9. Схема поворотно-звенмво.'о отлалообралмателм:
1 - поворотное основание отвалообразователя; 2 - консольное звено:
3 - ходовая тележка; 4 - монорельс
Связующим звеном этих элементов является поворотная
платформа, которая, опираясь на ходовое устройство (обычно ша¬
гающее), несет рабочее оборудование в виде двух металлических
консолей, снабженных ленточными конвейерами Одна консоль
(короткая) служит для приема породы с отвального конвейера а
вторая (удлиненная) - для разгрузки ее в отвал. Ленточный кон¬
вейер приемной и разгрузочной консолей приводится в движение
электроприводом силового оборудования, размещенного также на
поворотной платформе отвалообразоватсля.
Большинство отечественных отвалообразователей имеют
шагающее или шагающе-рельсовое ходовое оборудование. От-
валообразователи немецкого производства имеют обычно гу¬
сеничный ход.
Основными показателями, которыми определяются воз¬
можности консольных отвалообразователй. являются радиус и
высота разгрузки, ширина конвейерных лент консолей и ско¬
рость их движения (табл. 5.1).
)66
Таблица 5.1
Техническая характеристика ленточных консольных
отвал ообраювател ей для отсыпки конвейерных отвалов
Показатели
Марка отвалообразователя
ОШ-
650/75
от
4500/87
ОШР-
5250/95
011IP-
5250/190
Прош водите лъ-
ность. м3/час
650
4500
5250
5250
Радиус разгрузки, м
75
87
95
190
Высота разгрузки, м
25
25
33
50
Длина приемной
консоли, м
17
31
47
30
Угол поворота
платформы, град
360
360
360
360
Ширина конвейер¬
ной ленты, мм
1200
1600
1800
1800
Скорость движения
ленты, м/с
3.3
5
5
5,6
Ход
шагающий
шагающе-рельсовый
Масса, кг
205
830
2770
3200
Установленная
мощность ал двига¬
телей. кВт
170
1840
3500
4100
Являясь полноповоротной конструкцией, консольный от-
валообразоватсль может отсыпать отвал в один и два яруса. В
случае создания двухъярусного отвала вначале отсыпается
нижний ярус, а при обратном ходе (без передвижки отвальных
конвейеров) - верхний. Отвальная заходка отсыпается шири¬
ной, соответствующей длине разгрузочной консоли, путем ее
поворота в горизонтальной плоскости.
Консольные отвалообразователи. снабженные консолями
большой длины, при укладке породы в нижний и верхний от¬
вальные уступы с одного места стояния способны образовать
отвалы с общей высотой более 100 м. Однако, при отсыпке
рыхлых сухих пород, в среднем она составляет 50-70 м, а рых¬
лых влажных - 35 40 м.
167
Ширина отвальной заходки так же зависит от линейных
параметров отвалообразователя и устойчивости отсыпаемых
пород и может быть от 50 до 100 м.
После полной отсыпки отвальной заходки. производится
передвижка отвальных конвейеров, которая осуществляется
без их разборки турнодозером.
Достоинствами консольного отвалообраювания явля¬
ются совмещение функций перемещения и складирования по¬
роды. большая приемная способность отвала, небольшие ме¬
таллоемкость и энергоемкость процесса.
Недостатки: необходимость периодического наращи¬
вания конвейерных лент и значительные трудности при скла¬
дировании скальных крупнокусковых пород.
Гидравлическое отвалообразование. При железнодорож¬
ном и автомобильном транспорте различают следующие ос¬
новные способы гидравлического отвалообразования: смыв по¬
роды с приемного откоса с помощью патрубков; отвалообразо¬
вание с применением специальных бункеров, водонасыщение
породы на приемном откосе с помощью специальных труб.
Отвалообразование с применением бункеров заключается в
следующем: порода разгружается из думпкаров наклонно под
углом 10° к горизонту в металлический бункер, размывается
гидромониторами (рис. 5.10). В нижней части бункер перехо¬
дит в лотки, по которым пульпа поступает в отстойник самоте¬
ком. При напорном гидротранспорте пульпа поступает к земле¬
сосам и транспортируется по пульпопроводу к пункту’ укладки
на отвал.
Технология отвалообразования посредством смыва породы
с приемного откоса заключается в разгрузке породы из думп¬
каров на настил (рис. 5.11). Вытекающая из патрубков вода
вымывает в породе воронки, которые заполняются при следу¬
ющей разгрузке думпкаров. Таким образом, получается не¬
прерывный процесс разгрузки породы и ее смыв. Протяжен¬
ность приемного откоса равна половине или полной длине
железнодорожного состава. Высота приемного откоса состав¬
ляет 10 -15 м.
168
Рис. 5.10. Размыв породы гидромониторами в специальном бункере:
1 - думпкар: 2 - водопровод: 3 - гидромонитор; 4 - лоток: 5 - бункер
Способ гидравлического отвалообразовання за счет водо-
насыщения породы на приемном откосе с помощью специаль¬
ных труб заключается в использовании оползания водонасы¬
щенной породы с приемного откоса
Достоинства гидравлического отвалообразовання за¬
ключаются в незначительном объеме работ по передвижке от¬
вального оборудования, малых капитальных затратах на при¬
обретение отвального оборудования и себестоимостью отвало-
образования.
Недостатками гидравлического отвалообразовання
являются ограниченные условия применения по природным
факторам, сезонность работы и высокое потребление воды.
169
AI—-
Рис. 5.11. Гидросмыв породы с приемного откоса:
і - думпкар; 2 - деревянная стойка; 3 — настил; 4 - порода;
5 - магистральный водовод; б - водоподающий патрубок
5.5. Оріаішшішя оітш-іов и ні расчет
Организация отвалов, как сами способы огвалообразова-
иия, зависит от горнотехнических условий разработки место¬
рождения полезного ископаемого.
Так создание внутреннего отвала, что возможно при гори¬
зонтальном залегании месторождения, осуществляется после
удаления части покрывающих полезное ископаемое пород и
образования первоначального выработанного пространства ка¬
рьера (рис. 5.12а). В таком случае положение внутреннего от¬
вала. его параметры и развитие предопределены развитием и
размерами фронта горных работ карьера.
Рис. S. 12. Расположение отвалов:
а - внутреннее; б - внешнее
При размещении внешннх отвалов, что имеет место при
наклонном и крутом залегании месторождений, в первую оче¬
редь используют ту часть поверхности карьера, которая распо¬
ложена ближе к нему, с расчетом размещения необходимого
объема вскрышных пород при транспортировке их с наимень¬
шим подъемом путей (рис. 5.126). При этом площадь, выделя¬
емая под отвал, должна размещаться на участках поверхности
карьера, не содержащих в недрах полезного ископаемого. Для
образования внешних отвалов используют склоны гор. холмов,
балки, рвы и другие, естественные и искусственные выемки.
Если рельеф местности, отводимый под отвалы, представ¬
ляет собой косогор, склон горы, или овраг (балку), то при воз¬
ведении отвала на склоне горы или оврага создают транспорт¬
ную берму для расположения транспортных коммуникаций
(рис. 5.13).
При возведении насыпи на равнине первоначальную
насыпь возводят в большинстве случаев из подвозимой породы
или резерва. В качестве оборудования здесь используют одно¬
ковшовые экскаваторы: мехлопаты или драглайны. Драглайны
позволяют возводить более высокие насыпи, чем механические
лопаты.
171
а
>4'
И*
о
Рис. 5.13. Схема возведения первоначального отвала:
а- на косогоре: 6-е лощине
В зависимости от размеров рабочего оборудования, драг¬
лайны можно устанавливать по оси резерва (рис. 5.14) или в
створе верхней бровки резерва, примыкающей к насыпи.
Дальнейшее увеличение высоты отвального уступа до про¬
ектной достигается постепенным подъемом пути в процессе
отвалообразовання (рис. 5.15). В зависимости от типа вскрыш¬
ных пород и вида карьерного транспорта первоначальная
насыпь может сооружаться драглайнами, мехлопатамн. бульдо¬
зерами и колесными скреперами.
(А ь О/ні.- ній на
I- к р -
Іг^Фгг
L
і
St
Л
і І і І І І 1 1 1 I 1 І
f і 1 1 1 і ї 1 і і і І І І -
Резерв
Ю
і і І і і і і і І і і і
і і і і і і
1 1
іііШи
1111111
11111111111
^У#|
1 1
ІЧІЇЇЇІЇГЇЇ1
ГТІ ГГТІ г
1111111 гі 11Т
А
Рис. 5.14. Схема возведения первоначального отвала
драглайном из резерва
172
Рис. 5.15. Схема сооружения первоначальной насыпи отвала
путем постепенного подъема пути
Созданная первоначальная насыпь отвала развивается по
мере дальнейшей отсыпки вскрышных порол по определенной
схеме. Схемы развития отвалов определяются способом пере¬
мещения фронта отвальных работ. Различают три способа пе¬
ремещения фронта отвальных работ: параллельный, веерный и
криволинейный (рис. 5.16).
Рис. 5.16. Схемы развития фронта отвальных работ
а — параллельное: б - веерное: в — криволинейное
173
При параллельном и веерном развитии длина фронта работ
отвала в конце ту пика постепенно сокращается после каждой пе¬
редвижки пути. Для сохранения длины отвала возводят передовые
насыпи или наращивают его. При криволинейном развитии,
наоборот, длина фронта после каждой передвижки пути у величи¬
вается за счет возрастания выпуклости кривой. Перемещение
транспортных коммуникаций на отвале производится после от¬
сыпки отвальной заходки. Перемещение отвальных коммуника¬
ций аналогично перемещению временных путей на карьере.
В процессе развития горных работ карьера организуют
несколько самостоятельных отвалов или один большой от¬
вал подразделяют по фронту' на несколько самостоятельных
участков. При железнодорожном транспорте пород их назы¬
вают тупиками.
В эксплуатационном отношении отвал в целом или отваль¬
ный участок его (тупик) характеризуется величиной приемной
способности.
Под приемной способностью отвального тупика пони¬
мают количество породы, которое можно разместить между
двумя смежными передвижками транспортных отвальных
коммуникаций (железнодорожных путей, автодорог, конвей¬
ерных линий).
В конкретных условиях приемная способность отвала
(участка) определяется размерами разгрузочных органов отва-
лообразо вате лей (вылетом лемеха отвального плуга, радиусом
черпания и разгрузки экскаватора) от которых зависит ширина
отвальной заходки. отсыпаемой с одного положения отвальной
машины, высотой отвального уступа, длиной разгрузочного
участка (ту пика).
Так как шириной отвальной заходки определяется шаг пе¬
редвижки отвальных транспортных комму никаций - С, то при
определенной высоте отвального уступа - Иа и длине рабочего
фронта отсыпки отвала - L приемная способность его составит:
Ch.L
М . (5.2)
Г
где Кр - коэффициент разрыхления пород в отвале (Кр ■ 1,1-1,2).
174
Приемная способность отвалов и определяющие ее параметры
являются основными расчетными показателями отвальных работ.
При известной высоте отвала, установленной по характеру
отсыпаемых пород и способу отвалообразования площадь - S,
необходимая под отвалы, определяется по формуле:
И А’
s=yа"-”2- (53>
Я О
где W - объем вскрышных пород, подлежащий размещению в
отвале за время существования карьера. V;
Кн - коэффициент неравномерности отсыпки породы
(Кт-0.8-4.9).
При железнодорожном транспорте вскрышных пород и
разделении общего фронта отсылки отвала на несколько участ¬
ков (тупиков) устанавливается пропускная способность тупика
(поездов в смену):
Т
см
N= t , составов см, (5.4)
р о
где Тем - продолжительность смены, ч;
tp - продолжительность разгрузки локомотивосостава на
тупике, ч;
ta - время обмена составов на тупике, ч.
Тогда при полезной емкости локомотивосостава nq число
рабочих отвальных тупиков составит:
W.
<55>
где Wcym - объем вскрышных пород, вывозимых из карьера в
сутки. JW.
Руководствуясь элементарным расчетом показателей отва¬
лов при железнодорожном транспорте вскрышных пород, оче¬
видно, можно произвести расчет их при автомобильном и кон¬
вейерном транспорте.
5.6. Разгрузка полезных ископаемых
Характер разірузки добытого в карьер полезного ископае¬
мого зависит от требований потребителей. Например, добыва¬
175
емый в карьере каменный уголь, имеющий требуемые круп¬
ность и качество может поступать непосредственно из забоев
карьера на электростанцию.
В данном случае разгрузка его помимо соответствующей
конструкции транспортных средств в основном определяется
устройством приемных пу нктов потребителей, что не является
объектом горного производства.
В случае, когда добываемое полезное ископаемое перед от¬
грузкой его потребителю требует необходимой переработки
или сортировки на поверхности карьера сооружаются прием¬
ные комплексы, накопительные и усреднигельные склады.
В принципе все эти сооружения, исключая устройства, свя¬
занные с дроблением, сортировкой и усреднением полезного
ископаемого, аналогичны перегрузочным пунктам комбиниро¬
ванного карьерного транспорта Все определяется видом
средств транспортировки, которыми полезное ископаемое вы¬
дается из карьера и транспортом потребителя.
Самым универсальным поверхностным комплексом явля¬
ется устройство приема полезного ископаемого при железно¬
дорожном транспорте его через специальные бункера в сред¬
ства внешнего железнодорожного транспорта (рис. 5.17).
•V ////////
Рис. 5.17 Схема приемного устройства полезного ископаемого
на поверхности карьера при разгрузке мселезнодорамсных вагонов
Более сложной представляется перегрузка полезного иско¬
паемого, доставляемого из карьера автомобильным транспор¬
том, через дробильно-сортировочный комплекс на железнодо¬
рожный или конвейерный транспорт.
176
Доставка полезного ископаемого к потребителю через
накопительные и усредннтельные склады осуществляется пу¬
тем создания их наподобие отвальных насыпей с погрузкой од¬
ноковшовыми или многочерпаковыми экскаваторами в транс¬
порт потребителей (рис. 5.18).
Рис. 5.18. Схема открытого склада полезного ископаемого
с погру’зкои его роторным экскаваторам на конвейер
Контрольные вопросы
1. Какие способы отвалообразовання существуют при
транспортировке пород железнодорожным транспортом?
2. Определите основные параметры железнодорожного отва¬
лообразовання при формировании его механической лопатой.
3. В чем состоят преимущества и недостатки плужных от¬
валов?
4. Представьте схему бульдозерного отвалообразовання
при железнодорожном транспорте.
5. Представьте технологию отвалообразовання при авто¬
мобильном транспорте пород.
6. В чем сущность отвалообразовання при доставке породы
на отвал ленточными конвейерами?
7. Дайте основные производственные показатели отвалов и
принципы их расчета.
8. Дайте характеристику средств и способов приема полез¬
ного ископаемого на поверхности карьера перед оттрузкой его
потребителям
177
6. ГОРНО-КАПИТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
6.1. Открытые горные выработки
Осуществление принятого рационального варианта вскры¬
тия карьерного поля и представляет собой период горно¬
капитальных работ карьера.
В отличие от горно-капитальных работ способ вскрытия
карьерного поля (как термин) не является процессом горных
работ и тем более каким-то периодом разработки месторожде¬
ния. а представляет проектное (конструктивное) решение зада¬
чи по обеспечению развития рабочих горизонтов карьера и гру¬
зотранспортной связи их с сооружениями на его поверхности.
Таким образом, если способ вскрытия карьерного поля
осуществляется проведением горных выработок, то это не
означает, что проведение этих горных выработок есть вскрытие
карьерного поля. В данном случае сам процесс проведения
горных выработок логичнее называть не вскрытием карьерного
поля, а гор но-капитальны ми работами, подготавливающими
карьерное поле к разработке.
При открытой добыче полезных ископаемых этими горны¬
ми выработками являются обычно траншеи.
Траншеи представляют собой канавообразные выемки в
земной поверхности, которые ограничиваются снизу дном
(почвой) и с боков наклонными плоскостями: по длине тран¬
шеи - бортами, по ширине ее торцами. Угол наклона плоскости
борта траншеи к горизонту называется углам откоса борта
траншеи. Величина этого угла, как и угол откоса уступа, зави¬
сит от крепости пород или полезного ископаемого, в которых
проводится траншея. По положению дна относительно поверх¬
ности различают наклонные и горизонтальные траншеи.
Наклонные траншеи (рис. 6.1а) проводят с целью обеспече¬
ния доступа с поверхности карьерного поля к горизонтам разра¬
ботки карьера. Обычно эти траншеи существуют в течение всего
времени эксплуатации месторождения и служат для перемещения
из карьера пустых пород и полезного ископаемого. Поэтому
наклонные траншеи иначе называются - капитальными. Капи¬
178
тальные траншеи являются основанием для размещения транс¬
портных коммуникаций соответствующих средств перемеще¬
ния вскрышных пород и полезного ископаемого.
Поэтому наклон капитальных траншей определяется вели¬
чиной руководящего подъема - ip, принятого для данного вида
транспорта.
Обычно наклонные траншеи принято ограничивать подъ¬
емом. когорый допускают колесные виды транспорта (желез¬
нодорожный и автомобильный) до При большем
подъеме траншеи носят название - кру>тыеч что имеет место в
слу чае применения конвейерного или гидравлического транс¬
порта. канатных подъемников.
•* "А /ч п Я S\ \ а
I f / V ! f \ V
Рис. 6.1. Схемы открытых горных выработок - траншей:
а - наклониые (капитальные); б - гори юнтапьные (разрезные)
179
Горизонтальные траншеи (рис. 6.16) необходимы для со¬
здания первоначального фронта вскрышных и добычных работ.
Они располагаются в пределах карьерного поля вдоль опреде¬
ленной его границы Разрезая как бы полезное ископаемое и
покрывающие его породы горизонтальные траншеи создают
первоначальные рабочие площаїки для размещения экскавато¬
ров и транспорта, с помощью которых осуществляется даль¬
нейшее производство вскрышных и добычных работ. Такие го¬
ризонтальные траншеи называются разрезными.
Капитальные и разрезные траншеи в соответствии со своим
основным назначением проводятся в определенной конструк¬
тивной взаимосвязи, что можно видеть на примере, представ¬
ляющем организацию разработки горизонтально залегающего
месторождения небольшой мощности двумя уступами:
вскрышным и добычным (рис. 6.2).
Разрезные траншеи являются продолжением капитальных
траншей и проводятся на уровне конечной их глубины по по¬
роде. покрывающей полезное ископаемое и непосредственно
по полезному ископаемому. В результате борт разрезной тран¬
шеи. пройденной по породе, образует откос породного уступа и
создает фронт вскрышных работ.
Борт разрезной траншеи, пройденной по полезному иско¬
паемому. образует откос добычного уступа, создавая фронт до¬
бычных работ. При этом капитальная граншея. оборудованная
соответствующими транспортными коммуникациями (желез¬
нодорожными путями, автодорогами), обеспечивают связь ра¬
бочих площадок образовавшихся вскрышных и добычных
уступов с поверхностью.
Таким образом, капитальные и разрезные траншеи обеспе¬
чивают функционирование комплексов вскрышного и добыч¬
ного оборудования и подготавливают карьерное поле к разра¬
ботке. определяя собой содержание горно-капитальных работ
карьера.
Как видно, характер горно-капитальных работ в конечном
итоге определяется комплексами оборудования вскрышных и
добычных работ, принимаемыми в соответствии с горнотехни¬
ческими условиями разработки месторождения
180
Рис. 6.2. Этапы проведения капитальных и разрезных траншей (1-4)
при разработке горизонтально залегающего месторождения
двумя уступами
Из-за преобладания в составе комплексов оборудования
открытых горных работ колесных средств транспорта (желез¬
нодорожных и автомобильных) основное место в горно¬
капитальных работах занимают наклонные капитальные траншеи.
В связи с разработкой в настоящее время мощных месторожде¬
ний. требующих значительного числа рабочих горизонтов эти
траншеи в соответствующем количестве проводятся в различных
сочетаниях, обеспечивающих наибольшую безопасность, произ¬
водительность и экономичность работы транспорта.
Эти сочетания траншей в зависимости от положения их от¬
носительно контуров карьера и числа обслуживаемых горизон¬
тов с учетом своего назначения и срока службы имеют боль¬
шое число вариантов.
По положению относительно контура карьера наклонные
капитальные траншеи делятся на внешние и внутренние. В пер¬
вом случае они располагаются за контуром карьера (рис. 6.3).
во втором - внутри его (рис. 6.4).
Внешнюю траншею проводят с поверхности карьера до его
борта в конечном положении Внутреннюю траншею проводят
в контуре карьера: ее начинают с поверхности карьера или ка¬
кого-либо горизонт и заканчивают на уровне рабочей площад¬
ки усту па нижележащего горизонта.
Как внешние, так и внутренние траншеи по числу обслу¬
живаемых горизонтов (уступов) делят на отдельные, групповые
и общие.
і
м ■
\
А
Рис. 63. Конструкции системы внешних наклон пил траншей:
а - отдельных; 6 - общих; в - групповых; г - парных
182
Отдельные траншеи как при внешнем (рис. 6.3а). так и
при внутреннем (рис. 6.4а) заложении обеспечивают связь с
поверхностью карьера только одного горизонта (уступа).
Они являются независимыми как по взаимному расположе¬
нию относительно контуров карьера, так и по направлению
перемещаемых грузов: грузопотоки при этом полностью
рассредоточиваются.
Общие траншеи как при внешнем (рис. 6.36), так и при
внутреннем (рис. 6.46) заложении обеспечивают связь с по¬
верхностью карьера всех его рабочих горизонтов.
Групповые траншеи осуществляют эту связь с частью ра¬
бочих горизонтов карьера, например, с двумя вскрышными и
двумя добычными при внешнем заложении (рис. б.Зв) и с дву¬
мя верхними и двумя нижними рабочими горизонтами при
внутреннем заложении (рис. 6.4в).
±±
о
Рис. 64. Конструкции системы внутренних наклонных траншей:
а - отдельных; б - общих: в - групповых: г — парных
Групповые и общие траншеи (внешнего и внутреннего за¬
ложения) являются зависимыми: первые - в пределах своей
группы, вторые - в пределах всего карьера.
183
В случае внешнего заложения зависимые общие и группо¬
вые траншеи проходятся рядом и параллельно друг другу, и их
смежные борта взаимно срезаются (рис.6.3 сечение А-А). При
этом самостоятельный путь груза на поверхность с каждого
уступа здесь сохраняется как при независимых траншеях Од¬
нако зависимым является общее направление грузопотоков.
В случае внутреннего заложения зависимых общих и груп¬
повых траншей каждая следующая траншея продолжает
предыдущую траншею. Грузопотоки, направляемые из карьера
на поверхность, в этом случае полностью сосредоточены по
транспортным коммуникациям и по направлению. При этом
указанное сосредоточение возрастает но мере приближения к
выходу на поверхность: через капитальную траншею проходит
груз, отправляемый не только с данного горизонта, но также и
со всех ниже рас положенных горизонтов.
По своему назначению отдельные, групповые и общие
траншеи служат как для прохода груза, так и для подачи по¬
рожняка и называются одинарными. Иногда траншеи, предна¬
значенные для выдачи іруза с рабочих горизонтов карьера, яв¬
ляются независимыми от траншей, предназначенных для про¬
хода на эти горизонты порожняка, такие траншеи как при
внешнем (рис. б.Зг), так и при внутреннем (рис. 6.4г) заложе¬
нии называют парными. В таком случае каждый рабочий гори¬
зонт карьера имеет два пути, соединяющие его с поверхностью:
один для приема порожняка, другой для отправки груза. Дости¬
гаемая при этом поточность движения в работе транспорта со¬
здает большую пропускную способность капитальных траншей
и лучшее обеспечение забоев порожняком по сравнению с оди¬
нарными траншеями, когда движение грузов и порожняка яв¬
ляется встречным.
Все наклонные траншеи при внешнем заложении являются
стационарными, так как они находятся за пределами ведения
вскрышных и добычных работ карьера. Внутренние траншеи
располагают по возможности на нерабочем борту карьера, что
также обеспечивает их стационарное положение. Однако они
могут быть расположены и на рабочем борту карьера. В таком
случае они будут временными, так как по мере отработки усту¬
184
пов они меняют свое положение. Соответственно эти траншеи
и называют временными или скользящими съездами (рис. 6.5).
Помимо проходки капитальных и разрезных траншей к
горно-капитальным работам относятся работы по разработке
(разносу) создаваемых вскрышных уступов до границ, опреде¬
ляемых контуром карьера на момент сдачи его в эксплуатацию
Положение горных работ на момент сдачи карьера в экс¬
плуатацию определяется проектом и фиксируется но каждому
уступу. !>го устанавливается при обязательном соблюдении
требуемых углов откосов бортов и уступов карьера, ширины
рабочих площадок и берм, а также при наличии на момент сда¬
чи. установленного норматива, подготовленных к выемке и
вскрытых запасов полезного ископаемого.
а / -
/1
Patprt по 1-І
б II
ч
[£:= = = = = = = =
И
\Л
YL..V
Patpei по 11-11 .
Рис: 65. Схема временной внутренней траншеи (скользящего съезда):
а б — этапы проведения съездов и их перемещения
185
Объемы работ по проведению капитальных и разрезных
траншей, созданию рабочих площадок и нормативных вскры¬
тых запасов полезного ископаемого, необходимое оборудова¬
ние. последовательность и срок выполнения этих работ опре¬
деляются расчетами и фиксируются графиком строительства
карьера.
По общему объему капитальных, разрезных траншей и их
разносу устанавливаются стоимость и сроки проведения горно¬
капитальных работ, т.е. время строительства карьера. Из этого
следует, как важно в конкретных условиях выбрать такое соче¬
тание траншей, которое обеспечило бы минимальные объемы
гор но-капитальных работ и, следовательно, максимальную
экономичность их выполнения
В связи с этим наряду с наклонными траншеями в качестве
связи горизонтов разработки карьера с его поверхностью могут
быть приняты крутые траншеи, подземные горные выработки
или непосредственно специальные транспортные установки
наподобие кабельных кранов и канатных подъемников. В та¬
ком слу чае горно-капитальные работы будут иметь минималь¬
ные объемы, а их выполнение в сравнении с обычным прове¬
дением наклонных и разрезных траншей потребуют специаль¬
ных средств и методов.
6.2. Способы проведення траншей
Способы проведения траншей устанавливаются в зависимо¬
сти от их размеров, физико-механических свойств пород, положе¬
ния относительно контуров карьера, рельефа земной поверхности
и т.п. При этом как капитальные так и. особенно, разрезные тран¬
шеи стремятся проводить теми же экскаваторами, которые долж¬
ны входить в комплекс оборудования вскрышных и добычных
работ карьера в период его эксплуатации.
Основными способами проведения траншей являются:
бестранспортный, транспортный и комбинированный.
Бестранспортный способ применяется для проведения
внешних траншей, которые размещаются (рис. 6.3) вне конту¬
ров карьерного поля. При этом способе порода от проходки
186
Рис. d 6. Схема проведения траншеи драглайном
187
траншеи размещается экскаватором непосредственно на одном
или обоих ее бортах.
Бестранспортные способы проведения траншей осуществ¬
ляются главным образом драглайнами и реже механическими
лопатами. При использовании драглайна его устанавливают по
оси траншеи и размещают породу на обоих ее бортах (рис. 6.6).
При смещении драглайна от положения оси траншеи, порода от
ее проходки размешается соответственно на одном борту
траншеи.
Положение драглайна относительно оси траншеи устанав¬
ливается в зависимости от требуемых размеров поперечного
сечения траншеи и параметров рабочего оборудования самого
экскаватора.
При проведении траншеи драглайном, расположенным по
оси траншеи, необходимо соблюдение следующих условий
(рис. 6.6):
Rpm ^ + hctga +Haptgfl. м. (6.1)
где Rp - радиус разгрузки экскаватора^
Н0 - высота отсыпки отвала, и;
ol - устойчивый угол откоса борта траншеи. град\
угол откоса отвала, град.
При размещении породы на одном борту траншеи целесо¬
образно первоначально устанавливать высоту отвала из равен¬
ства площадей сечения траншеи и отвала:
h(b + h clga) - Vipt. MJ, (6.2)
откуда:
h{b+hctga)-j^p. м. (6.3)
где Кр - коэффициент разрыхления пород в отвале
В случае размещения породы на обоих бортах траншеи вы¬
сота отвала будет меньше в V2 раза. При этом, очевидно по¬
требуется драглайн с меньшими параметрами рабочего обору¬
дования.
Применение механических лопат для бестранспортного
способа проходки траншей возможно в случае относительно
небольших размеров их сечений или при проведении этих
траншей на косогоре, т.е. полутраншей (рис. 6.7).
Бестранспортный способ проведения траншей в любых
вариантах является наиболее простым и дешевым, так как он
обеспечивает: высоку ю производительность экскаваторов, воз¬
можность проведения траншеи из двух и более пунктов (двумя
и большим количеством экскаваторов).
188
Транспортный способ проведения траншей применяют в
том случае, когда они размещаются в контурах будущего карь*
ера. т.е. для проведения внутренних траншей (рис. 6.4). При
этом способе породу7 от проходки траншеи вывозят на значи¬
тельные расстояния за пределы карьерного поля. Для транс¬
портного способа проведения траншей используют все виды
экскаваторов в сочетании с различными транспортными сред¬
ствами. Наибольшее применение получили механические ло¬
паты в сочетании с железнодорожным или автомобильным
транспортом.
Транспортные способы проведения траншей механиче¬
скими лопатами имеют три схемы: сплошным забоем с нижней
погрузкой, сплошным забоем с верхней погрузкой, отдельными
слоями с верхней погрузкой.
Рис d 7 Схемы проведеним полу траншей на косогоре:
а-с подрывкой по всей ширине дна траншеи; 6-е частичной
подрывкой и насыпью по ширине дна траншеи
Проведение траншей механическими лопатами сплошным
забоем с нижней погрузкой (рис. 6.8а) при расположении
гранспортных средств на уровне стояния экскаватора (на дне
траншеи) широко применяется при разработке как мягких, так
и скальных пород. При этом способе используют механические
лопаты с нормальными параметрами рабочего оборудования,
что является его достоинством. Недостатком же его является
189
сложность транспортных работ. При железнодорожном транс¬
порте. поступающие в траншею поезда расформировываются и
под погрузку подаются по одному, реже по два вагона. Нали¬
чие маневровых операций в траншее увеличивает простои экс¬
каватора в ожидании порожняка.
в
Рис 68 Транспортные способы проведения траншеи механическими
лопатами: а - сплошным забоем с нижней погрузкой;
б - сплошным забоем с верхней погрузкой
Проведение траншей сплошным забоем с верхней погруз¬
кой в средства транспорта, расположенные на борту’ траншеи,
производится механическими лопатами с удлиненными пара¬
метрами рабочего оборудования (рис. 6 86). Достоинством это¬
го способа является нормальное обеспечение экскаваторов по¬
рожняком. особенно в случае применения железнодорожного
транспорта, когда исключается необходимость в расформиро¬
вании поездов на отдельные вагоны. Производительность экска¬
ваторов в этом случае значительно выше, чем при нижней погруз¬
ке. а скорость проведения траншей возрастает на 30f 40 %.
190
Послойное проведение траншей применяют наряду с про¬
ведением траншей сплошным забоем с нижней погрузкой
обычными механическими лопатами в том случае, когда отсут¬
ствуют механические лопаты с большими параметрами рабоче¬
го оборудования При этом способе траншею по ее глубине
разделяют на отдельные слои, разработка которых производит¬
ся в последовательном порядке (рис. 6.9). Высота каждого слоя
устанавливается из условия возможности верхней погрузки, а
ширина в зависимости от рабочих размеров экскаватора.
а
Ч
/
/
в
Рис. 6.9. Транспортный способ проведения траншей
отдельными слоями с верхней по.рузкои
191
Достоинством последнего способа является возможность
применения обычных механических лопат для проведения глу¬
боких траншей с использованием в данных условиях преиму¬
ществ верхней погрузки.
Недостатком этого способа является частая перестройка
транспортных коммуникаций, особенно при железнодорожном
транспорте, и в некоторых случаях необходимость увеличения
размеров сечения траншеи иротнв необходимых по расчету'.
Максимальные размеры траншей (глубина и ширина дна)
при всех транспортных способах их проведения механически¬
ми лопатами может быть установлены на основе взаимосвязей
параметров разрабатываемых уступов карьера (высоты и ши¬
рины заходки) с параметрами рабочего оборудования экскава¬
торов При этом необходимо учитывать особенности организа¬
ции погрузочных работ при необходимости буровзрывного
разрушения крепких горных пород, по которым проводится
траншея (рис. 6.10).
Транспортный способ проведения траншей осуществляется
также многочерпаковыми цепными или роторными экскавато¬
рами. Это возможно при проходке траншей но мягким породам
в случае, когда применение многочерпаковых экскаваторов
предусматривается в комплексе оборудования вскрышных и
добычных работ карьера (рис. 6.11).
Комбинированный способ характерен для проходки тран¬
шей значительной глубины. Он заключается в послойной вы¬
емке траншеи различными способами: бестранспортным спо¬
собом верхнего слоя и каким-либо транспортным способом
нижних слоев. При этом способе траншея может проводиться
несколькими экскаваторами: один из них. чаще всего драглайн,
разрабатывает первый слой с размещением породы на одном из
бортов траншеи, второй слой разрабатывается механической
лопатой с нижней погрузкой в средства транспорта.
Помимо перечисленных способов проведения траншей в
практике открытой разработки месторождений известно много
специальных способов: проведение траншей - взрывом на вы¬
брос. с помощью средств гидромеханизации, с применением
отвалообразователей. скреперов, бульдозеров и других специ¬
альных машин и механизмов.
192
Проведение капитальных и разрезных траншей представ¬
ляет наиболее ответственный период горно-капитальных работ.
Последующая разработка (разнос) бортов разрезных траншей
по существу является начальным периодом эксплуатационных
горных работ создаваемого карьера.
. АЛ
а
л
+V +' +
I ШЛА
ШТІ
Та
Рис. 6.10. Схемы проведения траншеи пггпикоеым сплошным забоем
с нижней погрузкой пароды мехлопатой (в крепких породах
с буровзрывным рыхлением): а - план траншеи; 6- поперечное
сечение траншеи; в - схема разминовок
193
Рис. 6.11. Схема проведения траншеи роторным экскаваторам
с погрузкой породы на железнодорожный транспорт
Контрольные вопросы
1. Роль горно-капитальных работ в технологии открытой
разработки месторождения
2. Основные параметры капитальных и разрезных траншей
карьера.
3. Принцип построения систем капитальных траншей.
4. Дайте характеристику внешних траншей.
5. Дайте характеристику внутренних траншей
6. Дайте характеристике бестранспортных способов прове¬
дения траншей
7. Дайте характеристику транспортных и комбинирован¬
ных способов проведения траншей.
194
7. ВСКРЫТИЕ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ
7.1. Понятие о способах вскрытия карьерных полей
и их классификация
Понятие о вскрытии месторождений полезных ископаемых
при открытой их разработке (карьерных нолей) в теории и
практике открытых горных работ исходит из определения, ко¬
торое было сформулировано проф. Е.Ф. Шешко (1946 г.) в сле¬
дующем виде: проведение капитальных траншей, открываю¬
щих доступ от поверхности земли к месторождению или какой-
либо разрабатываемой его части к другой (неразрабатываемой)
части и обеспечивающих возможность проведения разрезных
траншей, представляет вскрытие месторождения. Такая форму¬
лировка вскрытия с незначительными изменениями бытует до
настоящего времени.
Однако практические требования к науке о технологии от¬
крытых горных работ за последние годы определили установив¬
шиеся традиционные взгляды. Так. рассматривая современную
практику открытых горных работ можно сказать, что такое опре¬
деление «вскрытия карьерного поля» носит частный характер и
не содержит основной его конструктивной характеристики.
При гаком определении вскрытия, включающим проведе¬
ние капитальных траншей, равнозначно понятию горно¬
капитальных работ, ибо они представляют так же проведение
горных выработок. Поэтому понятие: <гвскрытие карьерного
поля» часто смешивают с понятием <ггорно-капитальных ра¬
бот9. подменяя одно другим (например, можно встретить вы¬
ражение. что месторождение вскрыто «въездной и разрезной
траншеями»). Из этого следует, что основным содержанием
способа вскрытия карьерного поля является не проведение
горных выработок.
Вскрытие карьерного поля представляет собой решение
сложной инженерной задачи, обеспечивающей рациональную
грузотранспортную связь горизонтов разработки карьера с его
поверхностью. С этой точки зрения решающее значение имеют
средства транспорта, которые, как уже известно, по существу
195
зависят от структуры комплексной механизации карьера в це¬
лом. В частности, при железнодорожном транспорте, входящем
в комплекс оборудования горных работ, весьма нежелательно
применение временных путей следования При автотранспорте
эксплуатационные требования к пути являются облегченными,
а поэтому временные съезды карьера в данном случае не вызы¬
вают значительных затруднений. Для применения канатных
подъемников допустима строго прямолинейная стационарная
трасса подъема пути без криволинейных участков.
Как видно каждому способу вскрытия карьерного поля в
первую очередь присущи определенные средства транспорта и
соответствующие им сочетания горных выработок.
Таким образом, руководствуясь данной мотивировкой тер¬
мин «вскрытия карьерного поля» можно представить в виде,
отражающем смысловую насыщенность и логику явления.
Под способом вскрытия или вскрытием карьерного поля
понимают совокупность горных выработок (открытых, под¬
земных), которые в сочетании с соответствующими сред¬
ствами транспорта обеспечивают развитие рабочих гори¬
зонтов карьера и грузотранспортную связь их с сооружениями
на поверхности и между собой.
Такое определение допускает, что в частном случае вскры¬
тие карьерного ноля (т е. связь горизонта разработки карьера с
поверхностью) возможна одной подземной или одной откры¬
той горной выработкой, а иногда и без них, лишь с помощью
одного грузотранспортного механизма При этом под обеспе¬
чением развития рабочих горизонтов карьера понимается воз¬
можность проведения разрезных траншей, создающих фронт
вскрышных и добычных работ.
Графическое изображение того или иного способа вскры¬
тия представляет схему вскрытия карьерного поля.
Вследствие большого разнообразия условий залегания ме¬
сторождений полезных ископаемых и их видов в практике от¬
крытых горных работ определилось значительное количество раз¬
личных способов или схем вскрытия карьерных полей. Однако,
несмотря на большое количество, все они могут быть распределе¬
ны на сходные фуппы по нескольким характерным признакам.
196
предложенным проф Е.Ф. Шешко: по наличию, виду, положе¬
нию, количеству и назначению вскрывающих выработок.
Классификация способов вскрытия карьерных полей по
проф. Е.Ф. Шешко показана в табл. 7 1.
Таблица 7.1
Класс
Гвдппа
Способ
1
2
3
По наличию и
По положению
По количеству вскры¬
о
м
виду вскры¬
выработки в про¬
d
ваемых выработкой
о
2
вающей выра¬
странстве и отно¬
S
горизонтов и ее назна¬
ботки
X
сительно контуров
карьера
я
чению
Вскрытие без
і
проведения
горных выра¬
боток
Наклонными
а
Отдельшмп
1
б
Групповыми
внешними грзпше-
яын
в
Общими
г
Парными
а
Отдельными
Наклонными внут¬
б
Групповыми
2
ренними траншея¬
Общими (тупиковыми.
ми (стационарны¬
ми)*
в
петлевыми. спираль¬
ными) ••
Траншейное
г
Парными
вскрытие (от¬
а
Отдельными
п
крытыми гор¬
Наклонными внут¬
ренними траншея¬
ми (скользящими)*
б
Групповыми
ными выра¬
ботками)
3
в
Общими (тупиковыми,
петлевыми. спираль¬
ными) **
г
Парными
Наклонными
внешними по-
лутраншеямн
а
Отдельными
Л
б
Групповыми
в
Общими (тупиковыми,
петлевыми)
Крутыми транше¬
ями
а
Отдельными
5
б
Групповыми
в
Общими
197
Продолжение табл. 7.1
1
2
3
III
Вскрытие под¬
земными вы¬
работками
1
Вертикальными
стволами
б
Групповыми
в
Общими
2
Наклоннымн ство¬
лами
б
Групповыми
в
Общими
3
Штольнями п тон¬
нелями
в
Общими
IV
Комбиниро¬
ванное вскры¬
тие
1
Комбинация тран¬
шейных способов (I)
Каждый вариант ком¬
бинированного вскры¬
тия характеризуется
конкретным сочетани¬
ем. входящих в него
способов вскрытия
2
Комбинация тран¬
шейного вскрытия
(Г) с подземным (II)
3
Комбинация тран¬
шейного вскрытия
(I) со вскрытием
без горных выра¬
боток (П)
4
Комбинация не¬
скольких способов
вскрытия
Примгчтш * - в группе внутренних наклонных траншей выделяются тран¬
шеи по сроку службы постоянные (стационарные) и временные (скаль иицне).
•• - в способах вскрытия наклонныыи внутренними траншеями по форме
их трассы выделяются общие траншеи с тупиковой, петлевой и спиральной
формой трассы
На основе классификационных признаков проф Е.Ф Шешко
в первую очередь выделяются классы способов вскрытия карь¬
ерных полей по наличию горных выработок и их виду (откры¬
тые, подземные). Эти классы способов разделяют на две груп¬
пы по положению вскрывающих выработок в пространстве и
относительно контуров карьера с учетом срока их службы (по¬
стоянные, временные - скользящие); последние разделяются на
способы вскрытия по количеству вскрываемых выработками
горизонтов и их назначению (для породных или добычных го¬
ризонтов, порожняка или груза).
Следует обратить внимание, что в классификации способов
вскрытия карьерных полей в группах вскрытия наклонных внеш¬
них траншей и внутренних стационарных или скользящих тран¬
198
шей имеет место повторение наименований способов (а. б. в. г),
что вполне справедливо. Ибо при полной равнозначности по
количеству вскрываемых горизонтов (отдельные, групповые,
парные) они совершенно различны по своей форме в продоль¬
ном и поперечном профилях в связи с различным положением
относительно контуров карьера: при внешнем заложении имеют
место траншеи полного профиля (рис. 7.1а). при внутреннем -
траншеи неполного профиля, то есть полутраншеи (рис. 7.16).
Поскольку в период проходки полутраншеи имеют полный
профиль, их неуместно называть вскрывающими бермами, что
встречается в справочной литературе.
Особенно следует отметить существенное отличие систе¬
мы траншей внешнего заложения (рис. 6.3) от системы фан-
шей (точнее полутраншей) внутреннего заложения (рис. 6.4).
Последние при значительной глубине разработки месторожде¬
ния могут иметь тупиковую, петлевую и спиральную формы
трассы, *гго представляет локальный признак способов вскры¬
тия общими внутренними траншеями.
н-ll
\ !
1 чш§
-L \ *
і
—ГТ
_ ь _
Рис. 7.1. Продольный и поперечный профили наклонных траншей:
а - внешних: б - внутренних (полутраншей)
Вскрытие карьерных полей наклонными траншеями преду¬
сматривается в сочетании с колесным транспортом (железно¬
дорожным или автомобильным).
199
Поэтому указанное в классификации вскрытие парными
траншеями предлагает подготовку каждого горизонта двумя
группами траншей, одна из которых, с крутым профилем, слу¬
жит для въезда на соответствующий горизонт карьера порож¬
няка. а вторая, с пологим профилем, для выезда с этого гори¬
зонта транспортных средств с породой или полезным ископае¬
мым. Вскрытие месторождения такими траншеями во многих
случаях весьма целесообразно в связи с высоким использова¬
нием как горного, так и транспортного оборудования за счет
создания условий поточного движения колесного транспорта.
Применение крутых траншей сочетается, в основном, с
конвейерным транспортом. В перспективе возможно использо¬
вание канатно-клетевых или канатно-скиповых подъемников, а
так же конвейерных поездов, обеспечивающих наклон крутых
траншей до 40° и более.
Конвейерный транспорт но своим конструктивным осо¬
бенностям. обеспечивая поточность перемещения грузов, ис¬
ключает парность траншей при крутом профиле их по сравне¬
нию с наклонными траншеями в сочетании с колесным транс¬
портом. В силу отмеченных положительных данных вскрытие
крутыми траншеями с конвейерными подъемниками с увели¬
чением глубины разработки месторождений приобретает осо¬
бенно большое значение.
В классе траншейного вскрытия имеет место группа вскры¬
тия нагорных месторождений внешними полутраншеями, кото¬
рые по аназогии с внешними траншеями, могут быть отдельными
или общими с тупиковой или петлевой формой трассы.
Рассматриваемое в табл. 7.1 разделение способов вскрытия
дает возможность представить более широко и конкретно класс
вскрытия карьерных полей подземными горными выработками,
которые в связи с увеличением глубины открытой разработки
месторождений начинает приобретать практическое значение.
Класс вскрытия без проведения горных выработок уточня¬
ет существующий до сего времени класс бестраншейного
вскрытия. Известно, что к бестраншейному вскрытию относи¬
ли вскрытие горизонтальных месторождений, разрабатывае¬
мых транспортно-отвальными или выемочно-отвальными ком¬
200
плексами с размещением пород в выработанном пространстве.
В ланном случае подобное вскрытие месторождения можно
отнести к бестраншейному лишь условно (на момент полного
развития горных работ). Ибо очевидно, что создание здесь пер¬
воначальных емкостей для внутренних отвалов требует опре¬
деленного периода горно-капитальных работ, в течение кото¬
рого необходимо проведение каких-то вскрывающих вырабо¬
ток (видимо внешних отдельных или общих траншей) обеспе¬
чивающих выдачу породы соответствующими средствами
транспорта на внешние отвалы.
Широкое преставление имеет класс комбинированного
вскрытия карьерных полей. В связи с усложнением горнотех¬
нических условий залегания месторождений полезных ископа¬
емых. увеличением объемов и глубины открытой разработки
по существу вскрытие их осуществляется или проектируется
комбинированными способами. При этом сочетания комбиниро¬
ванных способов вскрытия на сегодня настолько велика *гго сами
они могут быть предметом самостоятельной классификации.
Вместе с тем разделение (классификация) способов вскры¬
тия. представленное в табл. 7.1, дает основание к всесторонней
оценке их технологических возможностей. На этой основе рас¬
смотрим сущность и условия применения классифицируемых
отдельных способов вскрытия.
7.2. Вскрытие карьерных нолей без горных выработок
Вскрытие карьерных полей без проведения горных выра¬
боток в практике открытых горных работ является особым
случаем. Этот способ вскрытия относится к карьерам по до¬
быче строительных материалов, в том числе штучного камня
больших размеров (например, мраморных или гранитных
блоков для отделочных работ и специальных архитектурных
сооружений).
При этом способе вскрытия транспортная связь рабочих
горизонтов с поверхностью карьера осуществляется с помо¬
щью специального оборудования, которым могут быть кабель¬
ные краны или башенные экскаваторы.
201
Кабельный кран является разновидностью канатного подъ¬
емника (рис. 7.2) и состоит из двух передвижных опор (мачт,
башен), между которыми подвешивается стальной канат, слу¬
жащий для движения тележки с блоками подъемного механиз¬
ма и грузовым крюком. Мачты, на одной из которых монтиру¬
ется подъемный механизм крана, устанавливаются друг против
друга на противоположных бортах карьера. Поъем груза на
борт карьера осуществляется путем взаимодействия подъемно¬
го и тягового канатов кабельного крана. При разработке круп¬
ноблочного гранита, мрамора и т.п. блоки подвешиваются к
крюку подъемного механизма на цепях или канатах. Насыпные
грузы перемещаются в грейферах, бадьях или вагонетках.
В
Рис. 7.2. Схема кабельного крана:
1 - несущий канат: 2 - тележка: 3 - тяговый канат: 4 - поаъемный
канат: А и В- опоры (мачты, башни) крана
Для выдачи на поверхность добычного оборудования
предназначенного для ремоігга и для перемещения рабочих на
таких карьерах сооружаются вспомогательные (хозяйствен¬
ные). траншеи, что не относится к вскрытию карьерного поля.
7J. Траншейное вскрытие
(открытыми горными выработками)
Класс вскрытия карьерных полей открытыми горными вы¬
работками (траншейное вскрытие) является самым представи¬
тельным, так как соответствующие им способы вскрытия име¬
ют наибольшее применение на современных карьерах. Этот
202
класс вскрытия карьерных полей включает значительное число
групп способов вскрытия, которые присуши конкретным гор¬
но-геологическим условиям залегания разрабатываемых место¬
рождений (табл. 7.1).
7.3.1. Вскрытие наклонными внешними траншеями
Вскрытие наклонными внешними траншеями применяют
главным образом в случае горизонтального или пологого зале¬
гания месторождений, расположенных на относительно не¬
большой глубине (до 50-60 м) (рис. 6.3). Внешние траншеи
располагают за контуром карьерного ноля. По количеству
вскрываемых горизонтов и своему назначению они могут быть
отдельными, общими, групповыми и парными. Вскрытие карь¬
ерных полей наклонными траншеями всех видов предусматри¬
вает применение колесного транспорта горной массы из карье¬
ра (железнодорожного или автомобильного).
а. При вскрытии отдельными траншеями (рис. 6.3а) до¬
ступ к нужному горизонту (уступу) осуществляют посредством
самостоятельных отдельных траншей, закладываемых за пре¬
делами контура карьера по его флангам. Этот способ применя¬
ют для вскрытия неглубоких горизонтальных и пологих место¬
рождений различных полезных ископаемых малой и средней
мощности. При равнинной местности отдельными внешними
траншеями можно вскрыть не более двух уступов карьера (до
глубины 30-40 м).
б. При вскрытии общими внешними траншеями одной вы¬
работкой вскрывают несколько уступов (рис. 6.36). При этом
по сравнению с отдельными траншеями общий объем горно¬
капитальных работ в равных условиях уменьшается, что дает
возможность увеличить число вскрываемых горизонтов (усту¬
пов) до 4-5 (то есть до глубины 50-60 м). В данном случае со¬
храняется независимость пути грузопотоков с горизонтов, но
становится зависимым их общее направление.
в. При вскрытии групповыми внешними траншеями прово¬
дят как бы обособленные общие траншеи к отдельным группам
уступов (горизонтам) (рис. б.Зв). При этом обычно одна общая
203
граншея вскрывает группу из 2-3 добычных уступов. Благода¬
ря такому разделению грузопотоков вскрыши и добычи упро¬
щается организация транспортных работ и достигается боль¬
шая производительность карьера по горной массе.
Групповые траншеи обычно закладывают на флангах карь¬
ерного поля, ориентируя их оси по ширине карьерного поля. По
количеству вскрываемых уступов, то есть по возможной глубине
разработки месторождения вскрытие групповыми внешними
граншеями занимает промежуточное положение между вскрыти¬
ем отдельными и общими внешними траншеями.
г. Вскрытие парными внешними траншеями применяется в
рассмотренных выше условиях общих траншей при большой
мощности карьера и значительных объемах работ. В данном
случае в дополнение к одной общей траншее с противополож¬
ной стороны карьерного поля проводится вторая аналогичная
общая траншея. При этом каждая из двух траншей, входящих в
соответствующую пару, является однопутевой и предназначена
для прохода порожняка, другая для выдачи груза, причем пер¬
вая траншея может иметь уклон больше руководящего. Таким
образом, две парные однопутевые траншеи, заменяющие одну
двухпутевую одинарную, обычно имеют лишь незначительно
больший объем.
Вскрытие парными траншеями особенно показательно при
применении автомобильного транспорта. Существенным пре¬
имуществом парных траншей является более четкое обеспече¬
ние экскаваторов порожняком, особенно при большой протя¬
женности фронта работ уступов.
7.3.2. Вскрытие наклонными внутренними
(стационарными) траншеями
Вскрытие наклонными внутренними траншеями применя¬
ют при разработке наклонных и крутопадающих месторожде¬
ний глубокого залегания или мощных штокообразных залежей
при четком положении границ карьерного поля (рис. 6.4). В
данном случае эти траншеи проводятся внутри карьерного поля
по бортам карьера в конечном их положении. При этом также
204
как при вскрытии внешними траншеями по числу вскрываемых
горизонтов и назначению вскрывающих выработок имеет ме¬
сто вскрытие внутренними отдельными, общими, групповыми
и парными траншеями.
а. Вскрытие отдельными внутренними траншеями харак¬
теризуется наличием самостоятельной внутренней траншеи для
каждого горизонта. Особенностью внутренних траншей явля¬
ется то, что располагаясь в контурах карьерного поля, они
имеют полный профиль только в период проходки. В последу¬
ющем. в процессе разработки месторождения, в результате
разноса одного из бортов внутренних траншей они приобрета¬
ют неполный профиль и становятся полутраншеями. При
вскрытии отдельными внутренними траншеями полный про¬
филь имеет траншея, вскрывающая самый глубокий горизонт
Все вышерасположенные отдельные траншеи уже в процессе
проходки имеют неполный объем, так как они проходятся по
обнаженному борту карьера, как по косогору.
Все рабочие горизонты при вскрытии их отдельными внут¬
ренними траншеями имеют независимый друг от друга выход
на поверхность с обеспечением требуемого рассредоточения
грузопотоков карьера. Независимость траншей создает значи¬
тельные удобства в организации горных работ Однако при
большом числе уступов такой способ вскрытия затрудняется,
так как увеличивается объем работ по проведению капиталь¬
ных траншей. Поэтому его можно применить при относительно
неглубоком залегании месторождения
б. Вскрытие общими внутренними траншеями характери¬
зуется тем, что внутренняя траншея, вскрывающая данный го¬
ризонт. является одновременно частью траншеи, вскрывающей
все выше и ниже лежащие горизонты. Такое вскрытие является
наиболее распространенным и применяется для глубоких ме¬
сторождений любой формы и любого угла залегания. Общие
внутренние траншеи в зависимости от условий залегания ме¬
сторождения могут иметь простую, тупиковую, петлевую и
спиральную формы трассы.
Внутренняя траншея с простой формой трассы размещает¬
ся обычно на одном из бортов карьера не меняя своего направ¬
ления (рис. 6.46).
205
Вскрытие общими внутренними траншеями с тупиковой
формой трассы весьма широко используется при разработке
наклонных и круто падающих пластовых месторождений глу¬
бокого залегания с применением железнодорожного транспор¬
та, когда трасса траншей не размещается на борту карьера в
одном направлении (рис. 7.3), что имеет место при автомо¬
бильном транспорте.
Рис, 7.3. Схема вскрытия внутренней траншеей с тупиковой
формой трассы: Ї - конту'р залежи; 2 - тупики; 3 - наклонные
траншеи; 4 - начало трассы
Сущность способа заключается в последовательном вскры¬
тии отдельных горизонтов месторождения наклонными тран¬
шеями. которые проводят в предельном положении ОДНОГО №
бортов карьера во взаимно обратных направлениях, оканчива¬
ющихся на соответствующих рабочих горизонтах ту пиковыми
площадками. Каждая тупиковая площадка оборудуется манев¬
ровыми путями для разминовки груженых и порожних соста¬
вов и перемены направления их движения.
При вскрытии общими внутренними траншеями с петле¬
вой формой трассы вместо относительно узких тупиковых
площадок в пунктах поворота трассы устраивают широкие
площадки, которые оборудуют петлевыми съездами, обеспечи¬
вающими сквозное движение транспортных средств без слож¬
ных маневровых операций (рис. 7.4).
206
Рис. 7.4. Схема вскрытия общей внутренней траншеей
с петлевой формой трассы
Ширина площадки для петлевого съезда не должна быть
меньше радиусов кривых, допускаемых соответствующими
транспортными средствами При железнодорожном транспорте
широкой колеи ширина площадки обычно составляет 180-360 м.
при автомобильном - 40 60 м. Горизонтальная площадка мо¬
жет быть создана путем отсыпки вскрышных пород. При поло¬
гом положении борта карьера петлевой съезд можно разме¬
стить в полувыемке-полунасыни
Вскрытие внутренними траншеями с петлевой формой
трассы наиболее удобно при разработке глубоких месторожде¬
ний с углом падения до 30°.
207
При вскрытии общими внутренними траншеями со спи-
ралъной формой трассы капитальные траншеи располагают на
бортах карьера в виде пространственной спирали, огибающей
контур карьера (рис 7.5). При таком вскрытии начиная с по¬
верхности по предельному положению контура карьера прово¬
дят первую наклонную траншею. При достижении траншеей
почвы первого уступа по дальнейшему предельному контуру
борта карьера проводят разрезную граншею. от которой начи¬
нают развитие горных работ на вскрытом горизонте.
Рис. 7.5. Схема вскрытия общей внутренней траншеей
со спиральной формой трассы
После соответствующего развития горных работ на вскры¬
том горизонте последующих горизонтов осуществляется ана¬
логичным образом. При этом очередная наклонная траншея бе¬
рет начало от конца предыдущей наклонной траншеи и. явля¬
ясь как бы ее продолжением, проходится далее по предельному
контуру борта карьера.
При таком вскрытии горные работы на определенном гори¬
зонте начинаются от разрезной траншеи и развиваются веером
с пу нктом поворота его на участке примыкания этой траншеи к
208
соответствующей наклонной траншее. Как видно (рис. 7.5), при
вскрытии общими внутренними траншеями со спиральной
формой трассы нельзя организовать одновременную отработку
большого числа уступов. Эго вызвано тем. что в данном случае
горные работы на каждом горизонте, развиваясь веером из раз¬
личных участков периметра карьера, требуют для вскрытия со¬
ответствующего горизонта почти полной отработки предыду¬
щего горизонта.
Практически вскрытие траншеями со спиральной формой
трассы при железнодорожном транспорте обеспечивает одно¬
временную работу трех-четырех рабочих уступов, что для
крупных карьеров не всегда достаточно. Применение автомо¬
бильного транспорта в данном случае позволяет иметь одно¬
временно в работе примерно в два раза больше рабочих усту¬
пов чем при железнодорожном.
Основное преимущество вскрытия спиральными траншея¬
ми заключается в непрерывности движения транспорта от за¬
боев до места разгрузки на поверхности, благодаря чему дости¬
гается высокая производительность подвижного состава, по
сравнению с тупиковой или петлевой формой трасс и увеличи¬
вается пропускная способность капитальной траншеи.
Траншеи со спиральной формой грассы применяют, когда
размеры карьера в плане являются достаточными для свобод¬
ного ее вписывания. Подобное вскрытие целесообразно глав¬
ным образом для месторождений, имеющих в плане округлую
форму, например, штокообразных или очень мощных пласто¬
вых залежей. При этом необходимы точные геологические
данные об элементах залегания месторождения, обеспечиваю¬
щие правильное определение предельного положения контура
бортов карьера.
7.3.3. Вскрытие групповыми внутренними траншеями
Вскрытие фупповыми внутренними траншеями осуществ¬
ляется путем проведения независимых друг от друга общих
траншей (обычно простой формы) для соответствующих ірупп
уступов (рис. 6.4в). В данном случае грузопотоки породы и по¬
209
лезного ископаемого могут бьпъ разделены на две самостоя¬
тельные ветви с независимыми выходами на поверхность карь¬
ера. При этом часто применяют различные виды транспорта
для перевозки вскрыши и полезного ископаемого.
Вскрытие внутренними групповыми траншеями по сравне¬
нию со вскрытием отдельными траншеями, отличается мень¬
шим объемом работ, но большим по сравнению со вскрытием
общими траншеями
Этот способ применяют для вскрытия мощных месторож¬
дений (чаще буроугольных платов) горизонтального и полого¬
го залегания.
7.3.4. Вскрытие внутренними парными траншеями
При вскрытии внутренними парными траншеями для всех
уступов карьера проводится не одна, а две соответствующих
данным условиям грутшы внутренних траншей При этом одна
группа траншей служит для транспортировки груза, а другая
для порожняка. Парные траншеи в большинстве случаев могут
представлять собой две общие внутренние траншеи с простой
(рис. 6.4г), ту пиковой, петлевой или спиральной формой трас¬
сы. Вскрытие внутренними парными траншеями с петлевой и
спиральной формой трассы особенно благоприятно в соответ¬
ствующих условиях глубоких карьеров при применении авто¬
мобильного транспорта.
Как и при внешнем заложении траншей, внутренние по¬
рожняковые траншеи могут иметь больший подъем по сравне¬
нию с траншеями для прохода груза. При этом, если для вскры-
гия месторождения при применении железнодорожного транс¬
порта требуется проведение двухпутевой общей траншеи, по¬
следняя может быть заменена соответствующими однопутевы¬
ми парными траншеями
Таким образом, в отдельных случаях проведение парных
внутренних траншей может способствовать лишь незначитель¬
ному увеличению объема горно-капитальных работ по сравне¬
нию с общей траншеей, что будет компенсировано увеличени¬
ем производительности экскаваторов и транспортных средств
за счет поточности движения
210
7.3.5. Вскрытие наклонными внутренними
(скаїьтщичи) траншеями
Вскрытие наклонными внутренними траншеями (скользя¬
щими), представляет собой вскрытие карьерного поля внутрен¬
ними. обычно, общими траншеями с простой (рис. 7.6) формой
трассы, которые располагаются в рабочей зоне карьера.
*
Рис. 7.6 Схема вскрытия крутопадающего пластового
месторождения скользящими съездами: а - положение горных работ
и скользящих съездов при подготовке уступа h4:
6- при подготовке уступа И,
211
При этом способе вскрытие очередного горизонта осу¬
ществляется проведением наклонной траншеи (съезда), рассе¬
кающей рабочий уступ на два подуступа переменной высоты.
В святи с тем, что эти подуступы отрабатываются вместе с
уступами полной высоты одним и тем же оборудованием (экс¬
каваторами). основания наклонных съездов являются одновре¬
менно рабочими площадками подуступов.
Как видно, (рис. 7.6) в процессе разработки уступов и
подуступов происходит перемещение как рабочих площадок,
так и самих съездов. Временное (нестационарное) положение
этих съездов и служит основанием наименования их скользя-
щііми съездами.
Скользящие съезды создают определенные неудобства
процессу разработки уступов: усложняют работу экскаваторов
при отработке подуступов переменной высоты, особенно на
наклонном съезде; затрудняют буровзрывные работы на участ¬
ках подуступа с малой высотой; в случае применения железно¬
дорожного транспорта увеличивают объем путепередвижных
работ за счет перемещения путей съезда.
Однако в определенных условиях вскрытие скользящими
съездами является целесообразным: при разработке крутопада¬
ющих месторождений от середины карьерного поля (рис. 7.6),
когда требуется быстрая подготовка горизонтов его разработ¬
ки; на недостаточно разведанных и окончательно неоконгурен-
ных месторождениях; при отработке нижних, самых глубоких
горизонтов карьера. Как и внутренние стационарные траншеи,
скользящие съезды могут иметь тупиковую, петлевую и спи¬
ральную формы трассы.
7.3.6. Вскрытие натонными внешними пачутраншелии
Вскрытие наклонными внешними полутраншеями имеет
место при разработке месторождений высотного и высотно¬
глубинного типов с гористым рельефом поверхности.
В данном случае вскрывающие выработки (траншеи) рас¬
полагают за пределами карьерного поля на наклонной поверх¬
ности косогора. При таких условиях сами траншеи уже в про¬
212
цессе проходки имеют вид полуграншей (рис. 6.7), а их кон¬
структивные схемы уподобляются внешним траншеям глубин¬
ных месторождений и могут быть отдельными (рис.7.7а), а
также общими с тупиковой (рис 7.76) и петлевой (рис. 7.7в)
формами трассы.
а
6
в
Рис. 7.7. Схемы вскрытия мажорных месторождений внешними
наклонными полутраншеями: а - отдельными; б - общими
с тугаїковоіі формой трассы; в - общими с петлевой формой трассы
213
При этом следует учитывать особенности, которыми ха¬
рактеризуется открытая разработка высотных и глубинно¬
высотных месторождений с наличием косогорной поверхности.
В данном случае породные уступы или группы из двух-трех
уступов вскрытые внешними полугран шеями (отдельными,
общими или групповыми), могут располагать независимыми
местными отвалами.
Эти отвалы можно располагать на косогоре в непосред¬
ственной близости от породных уступов, на высотных отмет¬
ках. близких к их рабочим площадкам Тогда перевозка породы
будет происходить на короткие расстояния но путям благопри¬
ятного профиля.
7.3.7. Вскрытие крутыми траншеями
Вскрытие крутыми траншеями предусматривает примене¬
ние для транспортирования вскрышных пород и полезного ис¬
копаемого из карьера конвейерных или канатных подъемников,
допускающих большие углы подъема трассы траншей (от 18 до
40° и более).
В случае применения тех или иных подъемников сущность
такого способа вскрытия заключается в создании соответству¬
ющих крутых траншей, обычно по нерабочему борту карьера в
его предельном положении.
В зависимости от величины угла откоса нерабочего борта
карьера и угла подъема, допускаемого применяемым подъем¬
ником. траншеи сооружают диагонально или под прямым уг¬
лом к борту' карьера.
Если угол откоса нерабочего борта карьера меньше или ра¬
вен углу подъема, который допускается применяемым подъем¬
ником. крутые траншеи располагаются под прямым углом к
контуру карьера путем некоторого разноса борта карьера.
Оборудование крутых траншей подъемниками связано с
сооружением двух перегрузочных пунктов приемных площа¬
док: нижней - в карьере и верхней - на его поверхности. При
этом необходимо три обособленных звена транспорта горной
массы: перемещение от забоев карьера до подъемника, подъем
214
на поверхность н перемещение от подъемника к потребителям
или местам разгрузки.
Основными преимуществами вскрытия карьерных полей
крутыми траншеями является возможность подъема горной
массы со значительной глубины кратчайшим путем; мини¬
мальный объем гор но-капитальных работ и малый срок подго¬
товки карьера к эксплуатации.
К недостаткам такого способа вскрытия относятся: слож¬
ность подготовки новых горизонтов через одну действующую
траншею и приема грузов на одну траншею при одновремен¬
ной разработке нескольких уступов; необходимость сооруже¬
ния верхней и нижней приемных площадок (станций), разры¬
вающих поточность транспорта.
7.4. Вскрытие подземными выработками
Способы вскрытия карьерных полей подземными горными
выработками не имеют пока широкого применения в практике
открытых работ. Однако за последнее время в связи с конвейе¬
ризацией транспорта они начинают приобретать существенное
значение.
Вскрытие вертикальными или наклонными стволами име¬
ет место при открытой разработке мощных месторождений
глубокого залегания, когда можно организовать подъем полез¬
ного ископаемого на поверхность конвейерами или канатными
подъемниками при надежной устойчивости бортов карьера
Стволы для вскрытия рабочих горизонтов проводят по одному
или нескольким бортам карьера в зависимости от условий раз¬
рабатываемого месторождения.
При вскрытии месторождения вертикальными или наклон¬
ными стволами (рис. 7.8а) через определенное количество го¬
ризонтов проводят квершлаги, которыми осуществляется связь
с рабочими уступами карьера.
При этом наклонные стволы по сравнению с вертикальны¬
ми дают более короткие квершлаги, что позволяет получить
экономию на горно-капитальных работах и транспортировании
полезного ископаемого.
215
Рис. 7.8. Схемы вскрытия подземными горными выработками:
а - наклонными (вертикальными) стволами; б - штольней
Месторождения высотного тина с гористым рельефом по¬
верхности могут быть вскрыты горизонтальны ми подземными
выработками. Горизонтальными выработками в таких условиях
являются штольни или туннели, которые проводят с откоса
дневной поверхности к месторождению. Горная масса с рабо¬
чих горизонтов карьера поступает на горизонт штольни или
тоннеля по скатам или рудоспускам (рис. 7.86).
7.5. Комбинированное вскрытие
Комбинированное вскрытие карьерных полей представляет
собой различные сочетания известных способов вскрытия
траншеями, подземными выработками или вскрытия без про¬
ведения каких-либо выработок. По характеру этих сочетаний
можно выделить четыре группы комбинированных способов
вскрытия (табл. 7.1).
1. Комбинации траншейных способов вскрытия очень рас¬
пространены на открытых разработках, так как они больше
всего отвечают требованиям, предъявляемым к вскрытию глу¬
боких месторождений сложного залегания.
В большинстве случаев сочетаются внешние траншеи,
вскрывающие верхние горизонты карьера с внутренними об¬
щими траншеями, вскрывающими нижние горизонты При
зтом возможно различное сочетание форм трассы внутренних
траншей: спиральной и тупиковой (рис. 7 9) или наоборот, ту¬
пиковой и спиральной, что часто используют при вскрытии
глубоких горизонтов карьера. Во многих случаях внешние
іраншеи сочетают с временными внутренними траншеями -
скользящими съездами.
Рис. 7.9. Схема комбинированного вскрытия внешней и внутренними
траншеями со спиральной и тупиковой формой трассы
2. Комбинация траншейного вскрытия с подземным встре¬
чается при сочетании вскрытия породных уступов капиталь¬
ными наклонными траншеями, а уступов полезного ископаемо¬
го - шахтными стволами (обычно наклонными).
Этот способ может быть применен при вскрытии карьер¬
ных полей мощных наклонных или крутых угольных пластов
или рудных залежей. Такое вскрытие осуществлено по проекту
реконструкции на Коркинском буроугольном месторождении
217
Южного Урала, где породные уступы вскрыты внутренней
траншеей с петлевой формой трассы, а угольные - двумя
наклонными шахтными стволами, оборудованными конвейер¬
ными подъемниками
3. Комбинация траншейного вскрытия со вскрытием без
горных выработок возможна в двух основных вариантах:
а. Сочетание траншейного вскрытия добычных уступов
со вскрытиеи породных уступов без каких-либо выработок.
Такое вскрытие характерно для пластовых месторождений с
горизонтальным и пологим залеганием, в период полного раз¬
вития вскрышных работ, когда покрывающие пустые породы
полностью перемещаются в выработанное пространство экска¬
ваторно-отвальными или выемочно-отвальными комплексами:
вскрышными экскаваторами, забойными отвалообразователями
или транспортно-отвальными мостами. При этом полезное ис¬
копаемое нижележащего горизонта выдается на поверхность
через внешние, обычно наклонные траншеи.
б. Сочетание траншейного вскрытия породных уступов
со вскрытием добычных уступов без каких-либо выработок
возможно при разработке мощных буроугольных пластов (50 м
более) пологого залегания, когда породные усту пы вскрывают¬
ся временными траншеями (скользящими съездами), а уголь¬
ные связываются с поверхностью ленточными конвейерами,
размещаемыми непосредственно на почве отрабатываемого
уступа. При этом породные грузопотоки перемещаются по
скользящим съездам и исключают пересечение конвейерных
подъемников, образующих грузопоток полезного ископаемого.
3. Комбинация нескольких способов вскрытия. При вскры¬
тии месторождений смешанного типа (глубинно-высотных), а
также наклонных и крутых залежей большой глубины, воз¬
можно сочетание трех-четырех различных способов вскрытия.
Например, при разработке глубинно-высотного месторож¬
дения возможно вскрытие наклонными полутраншеями нагор¬
ной его части, внутренними наклонными траншеями верхних
горизонтов и подземными выработками (наклонными или вер¬
тикальными стволами) нижних горизонтов глубинной части
залежи.
218
Контрольные вопросы
1. Чем отличается понятие способа вскрытия карьерного
поля от процесса проведения горно-капитальных работ?
2. Дайте определение понятия способа вскрытия карьерных
полей и их классификацию
3. Представьте сущность вскрытия карьерных полей внеш¬
ними наклонными траншеями.
4. Представьте сущность вскрытия карьерных полей
наклонными внутренними траншеями.
5. В чем принципиальное отличие вскрытия отдельными,
групповыми и общими траншеями внешнего заложения от по¬
добных траншей внутреннего заложения?
6. Что представляют собой способы вскрытия месторожде¬
ний высотного и высотно-глубинного типов?
7. В чем сущность вскрытия карьерных полей крутыми
траншеями и подземными горными выработками?
8. Существует ли вскрытие без проведения каких-либо
горных выработок, его сущность и условия применения?
9. Какие могут быть варианты комбинированных способов
вскрытия, при каких условиях они необходимы?
8. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕДР
II ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
IIPII ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ
8.1. Характеристики запасов ііо.іеіного ископаемого
н их потерь в карьере
При разработке месторождения стремятся к полному извле¬
чению запасов полезного ископаемого без снижения его качества.
Все запасы полезного ископаемого, входящие в конту р ка¬
рьера и пригодные для разработки современными способами и
средствами открытых горных работ, считаются балансовыми.
По степени разведанности они могут быть запасами кате¬
гории А. В и С в определенном соотношении при отдельном
учете запасов категории С. Все прочие некондиционные запасы
полезного ископаемого карьера являются забалансовыми.
219
К забалансовым запасам относятся ископаемые низкого
качества, залежи малой мощности или с большим количеством
породных прослойков, не дающих возможности производить
из раздельную выемку.
Балансовые запасы карьера выемка которых предусматри¬
вается проектом, являются промышленными. Обычно промыш¬
ленные запасы карьера меньше балансовых на величину про¬
ектных потерь. К ним относятся эксплуатационные потери и
потери в постоянных охранных целиках. Эксплуатационные
потери включают: потери, связанные с системой разработки,
когда часть ископаемого вместе с пустыми породами попадает
в отвал или остается в почве (бортах) карьера при транспорти¬
ровании или погрузке полезного ископаемого, а также при
взрывных работах. Потери в охранных целиках составляют за¬
пасы полезного ископаемого под зданиями и сооружениями,
находящимися в конту рах карьера
Действительные потери обычно больше или меньше про¬
ектных. Уменьшение потерь в сравнении с проектными может
быть связано с совершенствованием техники и технологии ра¬
бот в процессе эксплуатации карьера.
Увеличение потерь может быть по геологическим и гидро¬
геологическим условиям, в частности при появлении геологи¬
ческих нару шений, не учтенных при проектировании, а также
при неправильном ведении горных работ, с нарушениями
«Правил технической эксплуатации».
Все рассмотренные выше потери являются количествен¬
ными. Они могут быть выражены коэффициентом извлечения
г|' следу ющим образом:
(8 1)
где В - количество извлекаемых запасов полезного ископаемо¬
го из месторождения.
А - балансовые запасы месторождения.
Наряду с количественными потерями возможны и каче¬
ственные потери, к которым относят разубоживание полезного
ископаемого в процессе добывания за счет попадания в него
пустой породы, попадания в промышленные сорта полезного
220
ископаемого непромышленных сортов, а также за счет смеше¬
ния более ценных сортов с менее ценными промышленными
сортами полезного ископаемого.
При разработке рудных месторождений качественные по¬
тери характеризуются коэффициентом разубоживания:
9
100 V (8.2)
где е - содержание металла в 1 т промышленных запасов в
недрах;
е' то же. в 1 т добытой руды.
В целях эффективного ведения открытых горных работ по
разработке месторождений на карьерах осуществляют норми¬
рование всех видов потерь (количественных и по разубожива-
нию). В результате устанавливают те минимальные потери, ко¬
торые могут быть допущены в конкретных условиях при тех¬
нически правильном ведении открытых горных работ.
Организация систематического учета потерь - одна из
важнейших мер по наиболее полному использованию полезных
ископаемых. Обычными пределами потерь полезного ископае¬
мого на карьерах являются 2-5 % от его балансовых запасов
Отличительной особенностью рудных месторождений яв¬
ляется непостоянство процентного содержания в них полезного
компонента и вредных примесей.
С целью получения однородной по содержанию и составу
смеси, отвечающей установленной кондиции, отдельные сорта
руд перемешивают в определенной пропорции, то есть усред¬
няют качество руды. Правильное усреднение руд может спо¬
собствовать снижению потерь полезного ископаемого.
Наряду' с задачей добычи полезных ископаемых с наимень¬
шими потерями в открытых работах существует благоприятная
возможность извлечения сопутствующих полезных ископаемых.
Известно, что вскрышные породы многих открытых разра¬
боток содержат в своем составе природные строительные ма¬
териалы: песок, глины, гравий, известняк, мело-мергелевые по¬
роды. песчаник и т.п. Все эти полезные ископаемые вскрыш¬
ных пород могут быть извлечены в процессе добычи главного
продукта без существенного изменения технологии основного
221
производства. Этим осуществляется актуальная на сегодня за¬
дача комплексного использования недр, что является важным
аргументом в обеспечении эффективности открытых горных
работ и улу чшении экологической обстановки районов добычи
полезных ископаемых.
8.2. Воздействие открытых горных работ
на окружающую среду
Вокруг горного предприятия образуются зоны его негатив¬
ного влияния на природную среду, которые подразделяются по
направлениям воздействия (на землю, недра, воду, атмосферу)
и по типу воздействия (механическое, физико-техническое,
геохимическое, биологическое, экологическое и др.).
Воздействия характеризуются интенсивностью, характером
(разовое, дискретное, непрерывное), длительностью периода и
масштабами (размерами и формой зон влияния). Фактические
зоны влияния определяются на основании измерений (аэрофо¬
тоснимков. химических анализов проб почвы, воды и т.д., дан¬
ных геологических разведок, космических наблюдений и т.п.).
Прогнозные границы зон рассчитываются посредством ЭВМ на
основе установленных для аналогичных условий закономерно¬
стей воздействия того или иного источника.
При этом площади зон воздействия на различные природ¬
ные ресурсы и зон. формируемых различными типами воздей¬
ствия. накладываются друг на друга, пересекаются, имеют раз¬
личный характер изменения во времени и различные законо¬
мерности формирования. Некоторые зоны, например земли,
отчужденные под какой-либо объект, могут быть стабильными
в течение всего периода деятельности предприятия, но большая
их часть изменяется во времени и. как правило, расширяется.
Отдельные воздействия, например, геохимические в результате
химических процессов в отвалах, продолжаются и развивают
свои зоны в течение длительного времени после окончания
эксплуатации предприятия
Территория, на которой имеют место ухудшения состояния
природной среды вследствие деятельности предприятия, рас-
222
пространжт:я. как правило, далеко за пределы земельного отвода.
Поэтому границы зон влияния имеют значительные размеры.
Обычно земельный отвод для горного предприятия в 2—10 раз
превышает размеры карьера. Если при разработке крутых ме¬
сторождений размеры среднего карьера составляют приблизи¬
тельно 1 х 2 км или 2-3 тыс. га. то земельный отвод, требуемый
для размещения не только карьера, но также и отвалов, пром-
площадки. транспортных коммуникаций и обогатительной
фабрики может иметь размеры 5х 10 км или 10-50 тыс. га.
Протяженность зоны загрязнения атмосферы может составлять
10-15 км. радиус зоны нарушения гидробаланса - десятки ки¬
лометров.
Неконтролируемое и неуправляемое воздействие горного
предприятия на окружающую среду приводит к ухудшению
условий жизни населения, снижению плодородия сельского хо¬
зяйства и обострению экологических проблем на окружающей
территории.
Экономический ущерб при этом может быть весьма значи¬
тельным. В то же время имеется немало примеров деятельно¬
сти горных предприятий, негативное воздействие которых на
окружающую среду сведено до минимума, а иногда практиче¬
ски отсутствует. При этом на охрану окружающей среды рас¬
ходуются значительные средства на 10-20 % повышающие се¬
бестоимость продукции горного предприятия Однако, как пра¬
вило, эти расходы намного меньше, чем величина ущерба, ко¬
торый был бы нанесен в противном случае. Таким образом,
практика подтверждает, что при правильной рациональной
разработке месторождений открытым способом можно добить¬
ся экологически чистой горной технологии
Охрана окружающей среды стала на сегодня неотъемлемой
задачей работников горного производства.
В интересах настоящего и будущих поколений необходи¬
мы меры для охраны и научно обоснованного, рационального
использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительно¬
го и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды,
обеспечения воспроизводства природных богатств и улучше¬
ния окружающей человека среды.
223
Согласно российскому законодательству принят ряд по¬
становлений но вопросам охраны окружающей среды, установ¬
лен ГОСТ в области охраны природы и улучшения использо¬
вания природных ресурсов. В ближайшие годы должно быть
достигнуто полное прекращение сброса неочищенных сточных
вод. Введены повышенные нормативы стоимости освоения но¬
вых запасов взамен изымаемых.
За нарушение законов и правил об охране окружающей
среды виновные несут дисциплинарную и административную
ответственность, а в случае нанесения значительного ущерба
материальную и уголовную.
8.3. Зашита окружающей среды от негативкою
воздействия открытых разработок
Охрана воздушной среды. При производстве открытых
горных работ в воздушную среду поступает большое количе¬
ство минеральной пыли и газов, которые распространяются на
значительные расстояния, загрязняя воздух в недопустимых
пределах. Наибольшее пылеобразованне происходит в процес¬
се массовых взрывов, при бурении скважин без пылеулавлива¬
ния. при погрузке сухой горной массы экскаваторами, особен¬
но роторными.
Основными, постоянно действующими источниками пыли на
карьерах с автотранспортом являются автодороги, на долю кото¬
рых приходится до 70^80 °о всей выделяемой на карьере пыли.
При массовых взрывах на высоту до 20^ 300 м выделяется
одновременно 100-200 т пыли и тысячи кубических метров
вредных газов, значительная часть которых распространяется
за пределы карьеров до нескольких километров.
При ветреной сухой погоде большое количество пыли сду¬
вается с рабочих поверхностей карьеров и особенно отвалов.
Загрязнение атмосферы карьера газами происходит не
только в результате взрывов, но также при выделениях газов из
горных пород особенно при самовозгорании и окислении руд.
а также в результате работы машин с двигателями внутреннего
сгорания.
224
Основным направлением борьбы с пылью и газами в карь¬
ера является предупреждение их образования и подавление
вблизи источника. Например, использование пылеуловителей
на буровых шарошечных станках снижает выделение пыли с
2000 до 35 мг/с. Покрытие автомобильных щебеночных дорог
пылесвязующими веществами снижает пылевыделение на 80¬
90 %. Срок обеспылевания дорог при применении воды состав¬
ляет 1.5 ч. сульфатно-спиртовой барды - 120 ч и жидких биту¬
мов (типа Универсин) - 160-330 ч.
Снижение пылевыделения с породных отвалов достигается
благодаря их рекультивации, покрытию пылесвязующимн рас¬
творами и эмульсиями, гидропосеву многолетних трав.
Пыление поверхности отвалов и шламохраннлищ наносит
значительный урон окружающей среде. Например, только с от¬
валов Лебединского ГОКа ежегодно сдувается около 200 тыс.т
пыли.
Для закрепления поверхностей шламохраннлищ и отвалов
используются водные растворы полимеров и полиакриламида с
расходом 6-8 л/м2 или битумная эму льсия концентрации 25-30 %
с расходом 1.2-1,5 л/м2. Нанесение закрепителей может осу¬
ществляться с помощью поливочных машин или автогудронав-
тов. Может также применяться разбрызгивание с вертолетов.
Срок нормальной службы закрепителей - 1 год.
Наличие эндогенных пожаров, т.е. пожаров от самовозго¬
рания в карьерах и на отвалах пустых пород, является одной из
причин запыленности и загазованности атмосферы. Эндоген¬
ные пожары возникают в угольных целиках, угольных навалов,
отвалах пустых пород, к которым примешан уголь. Способ¬
ствует самовозгоранию угля послойный порядок отработки
мощных пластов, использование разрыхленной горной массы в
качестве основания для железнодорожных путей.
Для подавления и профилактики пожаров применяется
нагнетание воды в угольный массив, заливание откосов уголь¬
ных уступов и поверхности отвалов, покрытие их глинистой
коркой, изменение технологии выемки угля, с тем чтобы
уменьшить время контакта обнаженных угольных пластов с
воздухом.
225
Подавление пылегазовых выделений, возникающих при
массовых взрывах, осуществляется путем вентиляторного или
гидромониторного создания водовоздушного облака. Умень¬
шение выделения количества газов и пыли достигается за счет
сокращения числа взрываемых скважин, применения гидроге¬
лей для забойки скважинных зарядов, а также при производ¬
стве взрывов во время дождя или снегопада. Интенсивность
пылевыделения при работе экскаваторов в процессе выгрузки,
перевалки, дробления пород сокращается благодаря увлажне¬
нию горной массы, орошению с применением растворов по¬
верхностно-активных веществ (ПАВ).
Охрана водных ресурсов. Сокращение количества сточных
вод и их очистка являются основными мероприятиями по
охране водных ресурсов. Производство горных работ, как пра¬
вило, связано со сбросом большого количества загрязненных
вод, получаемых при осушении месторождения, в результате
водоотлива из карьера, дренажа отвалов и шламохранилищ.
стоков обогатительных фабрик.
Подземные воды, вступая в контакт с горными породами,
приобретают повышенную кислотность, увеличивают содер¬
жание ионов тяжелых металлов цинка, свинца и различных со¬
лей. Атмосферные осадки, проходя через тело отвала, приобре¬
тают свойства рудничных вод.
Для очистки загрязненных вод применяют осветление,
нейтрализацию и обеззараживание. Осветление воды достига¬
ется путем отстаивания или фильтрации. Отстаивание осу¬
ществляется в водоотстойниках различной конструкции, филь¬
трация - с помощью фильтров, заполненных кварцевым пес¬
ком. дробленым гравием, коксовой мелочью. Если в загрязнен¬
ной воде содержатся мелкодисперсные и коллоидные частицы,
которые не осаждаются даже в неподвижном потоке и не за¬
держиваются в фильтрах, то в нее добавляют коагулянты, пе¬
реводящие мелкие частицы в относительно крупные хлопья
Сокращение количества сточных вод достигается в техноло¬
гических процессах благодаря применению оборотного водо¬
снабжения и более совершенной техники и технологии обогаще¬
ния. а при осушении месторождения - благодаря изоляции карь¬
226
ерного поля или его части от водоносных горизонтов путем со¬
здания противофильтрационных завес. Дія этого вокруг изолиру¬
емого участка проводятся узкие глубокие траншеи (щели), кото¬
рые заполняются водонепроницаемым материалом.
В современной практике применяются противофильтраци-
онные траншеи или барраж ные щели шириной 0,3-1,2 м и глу¬
биной до 100 м. которые заполняются нетвердеющими глино-
гр у кто вы ми смесями или твердеющими материалами на основе
цемента. Нередко используются синтетические пленки.
В бортах карьеров, представленных трещиноватыми сильно¬
пористыми или рыхлыми водопроницаемыми породами, можно
создавать инъекционные прогивофнльтранионные завесы посред¬
ством сближенных скважин, в которые нагнетают тампонажные
цементные или силикатные растворы. Это один из наиболее эко¬
номичных способов ограждения подземных вод.
Другим способом уменьшения масштабов нарушения гид¬
рологического режима является осушение месторождений с
обратной закачкой воды. Карьер ограждается от притока под¬
земных вод рядами водопонизительных скважин, за ними в
направлении от границ карьерного поля оборудуются ряды по¬
глощающих скважин. Благодаря возникновению циркуляции
воды (откачка из водопонизительных скважин - сброс в по¬
глощающие скважины - фильтрация и повторная откачка из
водопонизительных скважин) приток воды из окружающего
бассейна сокращается или вообще ликвидируется, что ведет к
общему сохранению гидрологического режима на прилегаю¬
щей территории. При этом важным условием является строгое
соблюдение баланса откачки и закачки вод, так как создание
разрежения в поглощающих скважинах может вызвать приток
воды из глубоких горизонтов, нарушить гидрологический ре¬
жим района.
Охрана земельных ресурсов. При открытой разработке ме¬
сторождений покрывающие полезное ископаемое породы со¬
ставляют, как правило, третичные и четвертичные отложения, в
верхней части которых расположен почвенный слой мощно¬
стью от 0,1 до 1,8 м. Ниже почвенного слоя расположены под¬
стилающие его суглинки, супеси, глины, пески и другие рых¬
227
лые горные породы. Мощность подстилающих пород может
достигать десятков метров Они согласно пригодности их к
биологическому освоению разделяются на три группы - потен¬
циально плодородные, индифферентные и токсичные, т е. со¬
ответственно пригодные, мало пригодные и непригодные для
произрастания растений.
Почва представляет собой особое природное образование,
важнейшим свойством которого является плодородие. Почвы
формируются на продуктах выветривания горных пород, чаще
всего рыхлых четвертичных отложений. Длительное, в течение
сотен и тысяч лет. взаимодействие пород с растительными и
живыми организмами, биологическая деятельность микроорга¬
низмов и животных создают разные виды почв, различающихся
содержанием гу муса, который является основным индикатором
плодородия, и другими показателями.
Почвенный слой характеризуется комплексом агрохимиче¬
ских. физико-механических и биологических показателей: со¬
держанием гумуса (перегноя) и питательных веществ (фосфо¬
ра. азота, калия), кислотностью pH. содержанием водораство¬
римых сульфатов натрия, магния и хлоридов, плотностью, вла-
гоемкостъю, водопроницаемостью, содержанием фракций ме¬
нее 0.01 мм. количеством микроорганизмов.
Качество почв в различных природных зонах значительно
отличается. Например, темно-каштановые почвы сухих степей
имеют содержание гумуса 250 т/га. а мощность слоя гумуса
30 ЧЮ см, типичный мощный чернозем степи имеет соответ¬
ственно 760 т/га и 80-120 см. Подзолистая почва лесной зоны
имеет мощность слоя гумуса всего 5-15 см.
Различается два слоя почвы - плодородный и полу плодо¬
родный или потенциально плодородный. Плодородным назы¬
вается слой, обладающий определенными показателями и
прежде всего содержанием гумуса не менее 1-2 %. Мощность
этого слоя в зависимости от типа почв находится в пределах от
20 до 120 см. Например, в дерново-подзолистых почвах мощ¬
ность плодородного слоя 20 см. а в черноземных 60-120 см.
Почвы плодородного слоя, как правило, вынимаются отдельно
и используются в сельскохозяйственных целях для формирова¬
ния и улу чшения пахотных земель.
228
Потенциально плодородным слоем называется нижняя
часть почвенного покрова с содержанием гумуса 0,5-1 %. Он
используется для создания земель под сенокосы, лесонасожде-
ния. а также в качестве подстилающего под плодородные поч¬
вы. Мощность его находятся в пределах 20-50 см.
Почвы являются практически невозобнавляемым ценней¬
шим проду ктом. Полное снятие почвы при производстве горных
работ и последующее ее использование, в том числе нанесение на
рекультивируемые земли, является главным фактором быстрого
восстановления нарушенных земель и локализации негативного
воздействия открытых работ на окружающую среду.
Работы по снятию плодородного слоя выполняются буль¬
дозерами. скреперами, грейдерами и экскаваторами. В ряде
случаев для доставки почвенной массы на большие расстояния
и укладки ее на поверхность восстанавливаемой территории
используется гидротранспорт.
Основным показателем технологии снятия почвы являются
потерн от неполноты ее выемки, при транспортировании (1-1.2 %),
при хранении и перевалках на временных складах (0,8-1,5 %),
при нанесении ее на поверхность отвала, при работе в неблаго¬
приятных климатических условиях, в результате разубожива-
ния и ухудшения биологического качества почвы.
Снятые плодородные и полуплодородные почвы хранятся
раздельно в штабелях в течение длительного времени (10-15 лет и
более) и по мере надобности используются.
Наиболее плодородные гумусовые почвы при их хранении
в высоких штабелях и в течение длительного времени ухудша¬
ют свои качества Высота штабеля должна быть не более 5 м
для плодородных почв и не более 10 м для полуплодородных.
Склады должны быть на ровных возвышенных сухих участках
или иметь эффективную дренажную систему. От водной и вет¬
ровой эрозии склады почвы целесообразно защищать путем за¬
сева травами.
Почвенный слой рекомендуется снимать, а также уклады¬
вать в оттаявшем состоянии при естественной влажности.
Большие потери плодородия происходят при снятии почвы в
зимний период и в дождливое время.
229
Разубоживание почвы чаще всего происходит при подра¬
ботке подстилающих пород в процессе снятия почвенного
слоя, а также при покрытии почвой поверхности отвалов, в том
случае, когда они недостаточно хорошо спланированы и когда
не полностью закончилась их усадка.
8.4. Рекультнваїріи земель, нирушяемых открытыми
горными рабошми
Рекультивация - это комплекс работ, направленных на
восстановление продуктивности и ценности земель, а также на
улучшение условий окружающей среды. В состав рекультива¬
ции на карьерах входят горные, мелиоративные, сельскохозяй¬
ственные и гидротехнические работы.
В результате рекультивационных работ могут создаваться
земли, пригодные для сельского и лесного хозяйства, органи¬
зации зон отдыха, устройства водоемов различного назначения,
жилищного и промышленного строительства.
Рекультивация проводится в два этапа: на первом - горно¬
техническая и на втором - биологическая.
Горнотехническая рекультивация - это комплекс горных
работ, выполняющихся для подготовки нарушенных земель к
использованию в различных отраслях народного хозяйства.
В горнотехническую рекультивацию входят выемка, скла¬
дирование и хранение пригодных для рекультивации почв,
подготовка (планирование, мелиорирование) отвалов, инже¬
нерная подготовка восстанавливаемых земельных площадей,
нанесение почвы на поверхность отвалов и восстанавливаемых
земельных участков, формирование требуемой конфигурации
откосов отвалов и горных выработок, выполаживание берегов
создаваемых водоемов, работы по восстановлению плодородия
перемещаемой почвы, инженерно-строительные и гидротехни¬
ческие работы при освоении восстановленных территорий под
строительство и зоны отдыха и другие разнообразные работы.
Горнотехническая рекультивация проводится, как правило,
одновременно с разработкой месторождения, и работы по ее
производству включаются в общий технологический процесс.
Они выполняются специализированными организациями, на
крупных предприятиях специальными цехами и участками
230
В связи с этим к системам открытых горных работ и их
комплексной механизации наряду с экономичностью и без¬
опасностью должны предъявляться определенные требования,
обеспечивающие рациональное использование земель:
- добыча полезных ископаемых должна быть наименее
землеемкой, т.е. расход земельных ресурсов на единицу’ добы¬
того минерального сырья должен быть минимальным;
- в процессе эксплуатации месторождения режим наруше¬
ния и восстановления земель должен быть наиболее благопри¬
ятным. обеспечивающим минимальный разрыв вовремени
между этими процессами;
- формирование выработанного пространства и отвалов
вскрышных пород должно отвечать требованиям рекультива¬
ции согласно принятому направлению дальнейшего использо¬
вания земель после их восстановления.
Наиболее неблагоприятные условия для рекультивации
нарушаемых земель имеют место при отработке наклонных и
крутых месторождений утлубочными системами разработки
(глава 9). В данном случае под рекультивацией земли следует
понимать приведение внешних отвалов вскрышных пород в со¬
стояние. пригодное для использования в сельском или лесном
хозяйстве, а выработанного пространства карьера (глубиной от
100 до 300-500 м) - в состояние, пригодное для водоема рыб¬
ного хозяйств или зон отдыха рабочих.
Биологическая рекультивация - это проведение комплекса
мер по восстановлению и улучшению структуры грунтов, по¬
вышению их плодородия, освоению водоемов, создание лесов
и зеленых насаждений.
Работы по биологической реку льтивации тесно смыкаются с
работами по горнотехнической рекультивации и в значительной,
особенно первоначальной, части проводятся горными предприя¬
тиями (цехами рекультивации). Лишь после проведения опыгно-
нромышленных сельскохозяйственных и других работ, давших
положительные результаты, производится оценка восстановлен¬
ных территорий и передача их сельскохозяйственным, лесным и
другим организациям Горнотехнической рекультивации подле¬
жат не только отвалы пустых пород, но также земли, занимаемые
231
в период эксплуатации предприятиями, карьерами, промплощад-
ками. различными коммуникациями, хвосто хранилищам и.
При разработке горизонтальных месторождений наибольшую
долю рекультивации составляют внутренние отвалы (70-80 %), при
разработке крутых месторождений - внешние отвалы (30-40 0 о).
Рекультивация нарушенных земель, занимаемых в период
эксплуатации карьерами, промплощадками. дорогами и др.,
имеет целью не только их восстановление, но и создание
ландшафта, отвечающего потребностям экологического балан¬
са окружающей среды. Эти работы направлены, прежде всего
на ликвидацию различных горных выемок, насыпей, выравни¬
вание участков и землеванне, те. улучшение почв путем по¬
крытия их плодородным слоем.
Кроме того, требуется проведение противоэрозионных за¬
щитных мероприятий, различных инженерно-строительных и
гидротехнических работ для создания дренажных систем, водое¬
мов. зон отдыха В состав работ входят также мелиорация и раз¬
личные агротехнические работы по освоению рекультивируемых
земель. Горнотехническая рекультивация отвалов включает пла¬
нировочные работы по их выравниванию и выполаживанию отко¬
сов, и затем нанесение плодородного слоя почвы.
Трудоемкость и стоимость рекультивации во многом зави¬
сят от формы отвала и его строения. Поэтому уже задолго до
ре культивационных работ при проектировании отвалов и в
процессе отвалообразовання необходимо иметь в виду цель их
рекультивации
Способ формирования отвалов должен быть селективным,
обеспечивающим такую структуру отвала, при которой в осно¬
вании отвала находятся скальные и токсичные породы, выше -
индифферентные, затем потенциально плодородные. Слои ток¬
сичных пород должны перекрываться, а в ряде случаев и под¬
стилаться слоями нейтральных глинистых пород, препятству¬
ющих загрязнению верхних плодородных почв и геохимиче¬
скому загрязнению подошвы отвала окружающей местности.
В плане нельзя допускать расчленения отвалов Следует
отдавать предпочтение концентрированным отвалам большой
площади и правильной формы, которые лучше пригодны для
232
дальнейшего освоєння. Рельеф по всей площади должен быть
спокойным. Если породы склонны к самовозгоранию или ак¬
тивным окислительным процессам, то необходимы работы по
их предупреждению
Для достижения хороших результатов рекультивации
большое значение имеют процессы усадки отвалов и стабили¬
зации их поверхности, которая длится в различных условиях от
полугода до 5 лет.
Усадка внутренних отвалов из рыхлых пород, екскаватор¬
но- или выемочно-отвальным комплексами, отсыпанных,
наиболее интенсивно происходит в течение первых полутора -
двух лет и длятся тем больше, чем больше высота отвала.
Стабилизация внешних отвалов из скальных пород осу¬
ществляется быстрее, на первом этапе - 1,5-2 мес. Однако в
осенне-летнее время усадка возобновляется, появляются зоны
трещиноватости, оползневые явления Поэтому формирование
почвенного слоя проводят не ранее чем через 10-12 мес.
Планировочные работы на отвале должны обеспечить со¬
здание рельефа поверхности отвала, допускающего примене¬
ние сельскохозяйственной техники, обеспечивающего долго¬
временную устойчивость откосов и предупреждающего вод¬
ную эрозию. Применяются следующие виды планировок:
сплошная, частичная и планировка террасами.
При сплошной планировке уклон поверхности должен
быть не более 1-2° для сельскохозяйственных культур и не бо¬
лее 3-5° для лесоразведения
Частичная планировка заключается в срезании гребней от¬
валов и создании площадок шириной 8-10 м. обеспечивающих
посадку леса механизированным способом.
Террасы шириной 4-10 м с поперечным уклоном 1-2° в сто¬
рону от вала обычно создаются на бортах высоких отвалов и слу¬
жат для посадки ку старника и леса. Высота террас 8 10 м, угол
откоса 15-20°. Выполажнвание откосов отвалов осуществляется
бульдозерами и экскаваторами по схеме «сверху вниз».
В процессе горнотехнической рекультивации производятся
работы не только по покрытию восстанавливаемых участков
слоем плодородной почвы, но и по созданию плодородного
233
слоя путем частичного почвования. фитомелиорирования, то
есть окультуривания полу плодородных пород за счет посадки
почвоулучшающих растений и внесения удобрений.
Практика показывает, что на ряде отвалов нет необходимо¬
сти наносить мощный слой почвы, а можно ограничиться само-
заростанием или минимальным почвованием в виде слоя почвы
толщиной 5-10 см.
Четвертичные лессовидные суглинки и ряд других рыхлых
пород существенно улучшают свои плодородные свойства под
действием злаково-бобовых культур, удобрений и других агро¬
технических мероприятий. После 6 8 летнего почвообразователь¬
ного процесса они могут быть сданы как плодородные почвы.
В настоящее время в мировой практике открытых горных ра¬
бот достигнуты хорошие результаты и накоплен большой опыт
рекультивационных работ. Можно особенно отметить, что на се¬
годня рекультивация вошла в состав важных периодов развития
открытых горных работ. В процессе эксплуатации она является
неотъемлемым производственным элементом вскрышных работ н
в завершении горных работ - решающим периодом, гарантирую¬
щим надежну ю охрану окружающей среды
Контрольные вопросы
1. Назовите категории запасов полезного ископаемого и дайте
характеристику' количественным и качественным потерям.
2. Дайте характеристику негативного воздействия на окру¬
жающую среду открытых горных работ.
3. Какие мероприятия по борьбе с источниками загрязне¬
ния применяют на карьерах?
4. Какие мероприятия по охране водных ресурсов приме¬
няют на карьерах?
5. Какими показателями характеризуется почвенный по¬
кров и породы вскрыши в целях проведения работ по рекуль¬
тивации земель, нарушаемых карьерами?
6. Какие работы входят в состав горнотехнической рекуль¬
тивации отвалов и нарушаемых земель?
7. Что такое биологическая рекультивация?
8. Какие основные требования предъявляются к работам по
горнотехнической рекультивации внешних отвалов?
234
9. СИСТЕМЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ И СТРУКТУРЫ
ИХ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАШПАЦПН
9.1. К.ысснфнкацня систем открытой разработки
Под системой открытой разработки месторождения пони¬
мают определенный порядок ведения горно-капитальных,
вскрышных и добычных работ, обеспечивающих для данного
месторождения безопасную, экономичную и полную выемку
кондиционных запасов полезного ископаемого при соблюде¬
нии мер по охране окружающей среды.
При разработке горизонтальных и поло го падающих зале¬
жей, у которых величина рабочей зоны постоянна в течение
всего периода эксплуатации карьера, горно-капитальные рабо¬
ты заканчиваются созданием первоначального фронта вскрыш¬
ных и добычных работ.
При разработке наклонных и крутопадающих залежей ве¬
дение гор но-капитальных работ по подготовке новых горизон¬
тов продолжается в течение всего периода эксплуатации карье¬
ра Величина рабочей зоны при этом постоянно изменяется.
Нагорные месторождения с крутыми склонами и место¬
рождения со сложной топографией могут иметь постоянную и
переменную рабочую зону, поэтому’ системы разработки на
этих месторождениях относят к числу смешанных.
Порядок производства вскрышных и добычных работ в
пределах контуров карьера зависит от производственной мощно¬
сти карьера, протяженности фронта работ и характеризуются:
• Направлением выемки в плане: продольное, поперечное,
веерное, кольцевое.
• Направлением выемки в профиле: горизонтальное,
наклонное.
• Способам разработки слоев: тонкими горизонтальны¬
ми стружками, заходками на полную высоту слоя, панелями
большой ширины.
• Размещением отвалов: в выработанном пространстве,
за контуром карьера, комбинированное отвалообразование.
235
Сочетание признаков, выбор которых зависит от природ¬
ных условий и необходимой мощности карьера, определяет си¬
стему разработки месторождений открытым способом.
Наибольшее применение в горнотехнической литературе и
практике получили классификации систем разработки, пред¬
ложенные проф. Е.Ф. Шешко, акад. Н В. Мельниковым и акад.
В.В. Ржевским (табл. 9.1).
В классификации проф. Е.Ф. Шешко определяющим
признаком системы принято направление перемещения
вскрышных пород в отвалы и включает следующие группы
систем.
Группа А включает системы с поперечным перемещением
вскрышных пород в отвалы без применения транспортных
средств (бестранспортные системы).
Группа Б включает системы с продольным (вдоль фронта)
перемещением вскрышных пород в отвалы с применением
транспортных средств (транспортные системы).
Группа В включает комбинированные системы с попереч¬
ным и продольным перемещением вскрышных пород в отвалы.
Эти системы являются комбинацией транспортных и бестранс¬
портных систем.
В классификации акад. Н.В. Мельникова за основной при¬
знак системы принят способ производства вскрышных работ,
а также их механизацию. Классификация включает следую¬
щие системы разработки: бестранспортную, экскаватор-карьер,
транспортно-отвальную, специальную, транспортную и комби¬
нированную.
В связи с тем. что упомянутые признаки системы разра¬
ботки характеризуют содержание одного и того же процесса
производства вскрышных работ (перемещение пород в отвалы),
предлагаемые классификации не имеют каких-либо противоре¬
чий. а лишь дополняют друг друга.
Классификация систем разработки проф. Е.Ф. Шешко по¬
лучила распространение в учебной литерату ре. Классификация
систем разработки акад Н.В. Мельникова, оказавшись наибо¬
лее удобной в терминологическом отношении, находит приме¬
нение в инженерной практике.
236
Таблица 9.1
Характеристика средств и способов ведения вскрышных
работ (системы разработки и комплексы обору дования)
11о Е.Ф. Шешко
11о В.В. Ржевскому
Па направлению
□ере мешеная
аскрьшшых парад
в отвалы
П о способу
переметеная
вскрышных пород
в отвалы
По комплексу
обору .ю ванн я
для перемещения
вскрышных пород
в отвалы
А-I - Система рафа-
боткн с непосредствен¬
ным перемещением
вскрышн во внутренний
отвал
1 - Бестранспортная си¬
стема разработки - простая
(с одним одноковшовым
экскаватором)
1-ЭО - экскаваторно¬
отвальный комплекс
(простой, с одним одно¬
ковшовым экскаватором)
А-2 - Система разра¬
ботки с кратной вскры¬
шн во внутренний отвал
II - Бестранспортная си¬
стема разработки - услож¬
ненная (с двумя н более
одноковшовыми пкек ама¬
торами)
• 1-ЭОу - экскаваторно¬
отвальный комплекс
(усложненный, с двумя н
более одноковшовыми
А-Э - Система разра¬
ботки с перевалкой
вскрышн во внутренний
отвал отвалообразова-
тепямн
III - Транспортно¬
отвальная система с кон¬
сольным! отвалообраэова-
т елями
IV - Транспортно-от вальная
система с мостами
2-ВО - выемочно¬
отвальный комплекс с
роторным или цепным
экскаваторы в комплекте
с консольными отвало-
обраэователямн н транс¬
портными мостами
Б-4 - Системы рафа-
ботки с перевозкой
вскрышн во внутренний
отвал
Б-5 - То же во внеш¬
ний отвал
Б-6 - То же во внутрен¬
ний и внешний отвал
V - Система разработки с
перевозкой вскрыши же¬
лезнодорожным. авто или
конвейерным транспортом
во внутренний отвал
VI - То же во внешние от¬
валы
3-ЭТО - экскаваторно-
транспортно-отвальный
комплекс с техникой
цикличного действия
4-ВТО - выемочно-
транспортно-отвальный
комплекс с техникой не¬
прерывного действия
В Далее комбиниро¬
ванные н специализи¬
рованные системы раз¬
работки
Далее комбинированные н
специализированные си¬
стемы разработки
Далее комплексы обо¬
рудования для переме¬
щения полезного иско¬
паемого (ЭТР-
жскаваторно-
транспортно разгрузоч¬
ный. ВТР-выемочно-
транслортно-
разгрузочный)
•Комплекс I включен для унификации предметов классификации
237
Время показало, что классификации Е.Ф. Шешко и Н.В. Ме¬
льникова оказались наиболее удачны. Создание этих класси¬
фикаций содействовало развитию техники открытых работ,
обеспечивающей экономичное и производительное выполне¬
ние их основных производственных процессов
В основу классификации, предложенной акад. В.В. Ржев¬
ским. положены горно-геологические и геометрические пред¬
посылки, характеризующие порядок разработки месторожде¬
ния. В соответствии с этими признаками в предлагаемой клас¬
сификации по развитию горных работ в профиле выделяются
три группы систем разработки.
1. Сплошные (С), охватывающие разработку горизонталь¬
ных и пологих месторождений с постоянной рабочей зоной.
2. Углубочные (У), охватывающие разработку наклонных и
крутых месторождений с переменной рабочей зоной.
3. Смешанные (углубочно-сплошные) (УС)% охватывающие
разработку сложноструктурных месторождений полезных ис¬
копаемых с переменным углом падения залежи
При этом по направлению подвигания фронта горных ра¬
бот в плане как сплошные (С) (рис. 9.1), так и углубочные (У)
(рис 9.2) системы разработки могут быть следующими:
• продольные системы разработки (СД, УД), при которых
однобортовсгії (О) или двухбортовой (Д) фронт вскрышных и
добычных работ перемещается параллельно длинной оси карь¬
ерного поля;
• поперечные системы разработки (СП.УП), при которых
однооортовоіі (О) или двухбортовогі (Д) фронт вскрышных и
добычных работ перемещается параллельно короткой оси ка¬
рьерного поля;
• веерные системы разработки (СВ.УВ), при которых
фронт вскрышных и добычных работ перемещается по вееру с
центральным (Ц) или рассредоточенными (Р) (два и более)
поворотными пунктами;
• кольцевые системы разработки (СК, УК), при которых
рабочая зона охватывает все работы по периметру карьера и
разработка ведется кольцевыми заходками от центра к грани¬
цам карьерного поля (Ц) или от границ к центру (П).
238
2
Ss S
If
I
hi
|i!
Vrtmo распоикжгним отяам
внутреннее
a
о
/
■ /
* /*
f
Г ~~
tfl
V.V •• •
-—#»—I
Ы. t«) <«t
*L~_ ■ ■
V" — — — - - s - --_y
lind¬
en
о
"4
J
()
-‘A £
—Tiiaf в
я> v
— /w—1—
I
J
4_
и
fiPs
LJrJ
4»
/// —
4 ^
/$zg/y
пн —
Рлм/тгя мта карьера
я ^ Попри* іемие перемещены»
<п к1>ышнш пор>н>
.ЦП _ Попраліемие neth-uetaiMUM
па h'uhw шжипае шкгг
j] ()тла ш « крмшных mipuii
Рис. 9.1. Схемы сплошных (с постоянной рабочей зоной) систем
открытой разработки месторождений
239
Па IfMUT IK КПЯкЛ* WJC
Напри*.книг тміви.'аним фрітта /нк'чнп т upturn іг
Інапраяігиие пгргигии'нил рООіПФСй МИШІ
Профмь
На
Рис. 9.2. Схемы углубочных (с переменной рабочей мной) систем
открытой разработки месторождений
240
Таким образом, система разработки органически связыва¬
ется с комплексами оборудования карьера. Если система разра¬
ботки определяет порядок и последовательность выполнения
горных работ, то комплексы оборудования определяют сред¬
ства и методы их выполнения
Комплексы оборудования и соответствующие им структу¬
ры комплексной механизации открытых горных работ опреде¬
ляются природными и горнотехническими условиями, в
первую очередь крепостью горных пород. От них зависят тре¬
бования подготовки горных пород к выемке, что определяет
условия и эффективность применения оборудования непре¬
рывного действия для вьіемочно-поірузочньїх работ (того или
иного конструктивного исполнения), выбор вила транспорта и
средств отвалообразования. В итоге каждой системе разработ¬
ки месторождения, согласно его горно-геологическим услови¬
ям. соответствуют определенные комплексы оборудования
вскрышных и добычных работ или структуры комплексной ме¬
ханизации карьера в целом.
На основе этого структура комплексной механизации карьера
является той составляющей открытых горных работ, по которой
устанавливаются параметры как горного оборудования, так и эле¬
ментов систем разработки месторождений полезных ископаемых.
9.2. Параметры элементов н тех но; км нческне покаіаіе.тн
систем разработки
Основными параметрами элементов систем разработки яв¬
ляются высота уступа, ширина заходки и рабочих площадок,
углы откосов уступов и бортов карьера, длина отдельных бло¬
ков и фронта горных работ, скорость его подвигания, темпы
углубления горных работ.
В основе назначения высоты уступа лежат технологиче¬
ские схемы ведения горных работ. Согласно этим схемам при
отработке вскрыши верхним черпанием экскаваторно¬
отвальными комплексами (ЭО) высота уступа должна быть не
более максимальной высоты черпания экскаватора или. наобо¬
рот. при требуемой высоте усту па (мощности вскрыши) необ-
241
ходимо иметь соответствующие высоту черпания и радиус раз¬
грузки экскаватора.
Наряду с этими основными технологическими требовани¬
ями необходимо учитывать строение горных пород и полезного
ископаемого (однородное, неоднородное); обеспечение надеж¬
ности основания (почвы усту па) для установки тяжелого гор¬
ного оборудования; физико-механические свойства горных по¬
род; условия безопасности.
В соответствии с этими требованиями при разработке по¬
логих и горизонтальных месторождений деление на уступы
толщи вскрышных пород и полезного ископаемого произво¬
дится в первую очередь с учетом их однородности. При разра¬
ботке наклонных и крутопадающих месторождений экскава¬
торно-транспортно-отвальными комплексами (ЭТО) уступам в
большинстве случаев придают одинаковую высоту в соответ¬
ствии с размерами применяемого оборудования и безопасно¬
стью ведения горных работ.
В соответствии с указанными требованиями высота усту пов
в современной практике открытых работ составляет от 10-20 до
30 40 м
Заходка уступа как часть его является объемной величиной,
определяемой тремя измерениями: высотой, длиной и шириной
Высота заходки соответствует высоте уступа. Длина ее
равна длине уступа, которая определяется обычно размерами
карьерного поля. Ширина заходки зависит от конструкции ма¬
шин, которой производится выемка породы уступа.
Очевидно, соответственно высоте заходки и ширине ее опре¬
деляются и размеры забоя уступа 'Заходка часто делится на блоки.
Блоком называется часть заходки по ее длине, разрабаты¬
ваемая самостоятельным оборудованием. Деление заходок на
блоки осуществляется в целях увеличения интенсивности раз¬
работки уступов. Число блоков и их длина обычно принимают¬
ся в зависимости от мощности машин, разрабатывающих усту¬
пы. и средств транспорта.
При однородном строении полезного ископаемого добыч¬
ной уступ заходки обычно делят на блоки равной длины. В
противном случае деление заходки на блоки различной длины
242
осуществляется с учетом качества полезного ископаемого.
Практически на фронте одного уступа принимается не более
трех блоков длиной не мене 400-600 м.
При отработке вскрыши экскаваторно-отвальным ком¬
плексом (ЭО) с перевалкой породы во внутренний отвал разме¬
ры блоков заходок вскрышных и добычных уступов ограничи¬
ваются условиями их технологической взаимосвязи.
Площадки уступов (рабочие площадки, предохранитель¬
ные и транспортные бермы). Так как рабочие площадки усту¬
пов служат для размещения горного и транспортного оборудо¬
вания. то ширина их складывается из соответствующих этому
оборудованию элементов (рис. 9.3).
Рис. 9.3. Схеми рабочих площадок уступом при разработке:
а — мягких пород. 6 - твердых пород с бу ровзрывным рыхлением
При разработке мягких пород без буровзрывного рыхлення
ширина рабочей площадки составит:
LUp щ — А + С| + Т + С2. м, (9.1)
где А - ширина заходки по целику, и;
Т - ширина транспортной полосы для размещения желез¬
нодорожных путей, автодороги или конвейеров. д<;
С) - безопасное расстояние между нижней бровкой уступа
и транспортной полосой, м\
С2 - безопасное расстояние между верхней бровкой нижне¬
го уступа и транспортной полосой, м.
243
При разработке твердых пород с предварительным рыхле¬
нием буровзрывными работами ширина рабочей площадки со¬
ставит:
в + С, + Т + С2, м, (9.2)
где В - ширина развала породы уступа после рыхления ее бу¬
ровзрывными работами, н.
Размеры элементов рабочих площадок принимаются в соот¬
ветствии с размерами оборудования и установленными нормами
безопасности. При этом Cj принимается не менее 2-2,5 м, а С2 не
менее 3 м или устанавливается как основание призы обрушения.
Углы откосов уступов и бортов карьера. После выемки
экскаватором из целика уступа заходки плоскость вновь обна¬
женного откоса его располагается под некоторым углом - а
В зависимости от физико-механических свойств горных
пород вновь обнаженный откос уступа может длительное вре¬
мя сохранять свое первоначальное положение под новым углом
откоса. В таком случае говорят об устойчивом и неустойчивом
положении откоса уступа.
Устойчивость уступов имеет весьма важное значение в
обеспечении безопасных условий ведения горных работ в карь¬
ере. Физической сущностью устойчивости откосов является
способность частиц разрабатываемых горных пород сопротив¬
ляться сдвигающим усилиям, возникающим в откосе уступа в
результате воздействия собственного веса горных пород и
внешней нагрузки от оборудования.
В силу различия физико-механических свойств горных
пород способность частиц их сопротивляться сдвигающим
усилиям различна и вызывается различными факторами. В пес¬
чаных породах - силами трения между отдельными (истицами, в
глинистых - непостоянной связью отдельных частиц породы, в
ненарушенных скальных породах - взаимным сцеплением частиц.
При разработке сухих песчаных пород отдельные их ча¬
стицы. связанные только небольшими силами трения, свободно
смещаются в сторону выработанного пространства уступа,
придавая его откосу естественное устойчивое положение. В та¬
ком случае соответствующий угол называют углом естествен¬
ного откоса.
244
При разработке глинистых и ненарушенных скальных по¬
род. обладающих связанностью и сцеплением частиц, устойчи¬
вость откосов уступов определяется весом породы в некотором
объеме В (рис. 9.4а) стремящейся скользить по определенной
поверхности, которую условно можно рассматривать как ци¬
линдрическую.
Рис. 9.4. Схемы к определению углов откосов уступа
Как видно, моменту' силы В. способствующему скольжению
определенного объема породы в откосе уступа, противостоит
момент сопротивления CSK, где С - сила сцепления, приходяща¬
яся на единицу поверхности скольжения. S - площадь этой по¬
верхности на единицу длины скользящего тела. R - радиус по¬
верхности скольжения
Очевидно, что устойчивость откоса уступа сохранится
при условии, если CSR > Вр. Однако соответствующие этому
условию углы откоса допускаются только для рабочих уступов
при краткосрочном их стоянии. Когда не сказывается разру¬
шающее действие атмосферы. Такие утлы откосов называют
рабочими или углами откосов рабочих уступов - р.
Для нерабочих уступов принимаются углы откосов, соот¬
ветствующие положению плоскостей сдвижения пород, что
обеспечивает долгосрочную устойчивость усту па. Такие углы
называют углами устойчивого откоса уступа - а.
Величиной рабочего и устойчивого углов откоса опреде¬
ляются размеры неустойчивой части рабочего уступа М, кото¬
рая называется призмой обрушения (рис. 9.46).
На призму обрушения обычно не должна быть направлена
внешняя нагрузка и поэтому на ней не располагают горное и
транспортное оборудование. Ширина основания призмы обру-
245
шсння. в пределах которой не должно размещаться оборудова¬
ние, при высоте уступа И определяется:
С ■ h(ctga-ctg р), м. (9.3)
Действительная величина рабочих и устойчивых углов от¬
коса уступа устанавливается для каждых пород путем инже-
нерно-геологическнх расчетов с последующей проверкой их
опытным путем Ориентировочная величина их для различных
групп горных пород приведена в табл. 9.2.
Таблица 9.2
Углы откосов рабочих и нерабочих уступов
Раграбатываемыс поролы cl, грал
0. грал
Монолитные скальные
до 90
75-85
Скальные тверженные
70-80
70-75
Скальные осадочные
60-70
60-65
Полускальные
45-60
40-50
Пес ча но-глинистые
35-45
25—45
При разработке сухих песчаных пород углы откосов рабо¬
чего и нерабочего уступов примерно равны и определяются уг¬
лом естественного откоса пород.
В безопасности ведения открытых горных работ большое
значение имеет устойчивость бортов карьера, которая опреде¬
ляется величиной угла их откосов.
При определенном числе уступов в карьере угол откоса его
бортов определяется высотой уступов, их углами откосов, ши¬
риной рабочих и нерабочих площадок (транспортных и предо¬
хранительных берм) (рис. 9.5).
^ -v/y J
1 і
і
vV!"' - а/.* *
-А -
ft? -
і
і
Рис. 9.5. Схема к определению углом откосов рабочего
и нерабочего бортов карьера
246
Угол откоса для рабочего борта карьера определяется:
tgn - (9.4)
Для нерабочего борта:
‘gn
Н
(9.5)
I b + Zhctga'
где Н - глубина разработки карьера, лі;
Шрл - ширина рабочей площадки, и.
И - высота уступа, м\
р-угол откоса рабочего уступа. град\
а - угол откоса устойчивого откоса уступа, град\
b - ширина бермы (транспортной, предохранительной), м.
Так как рабочие площадки (Шрл) значительно шире транс¬
портных и предохранительных берм, то угол откоса нерабочего
борта (я) больше угла откоса рабочего борта карьера (/2).
В некоторых случаях такой угол откоса нерабочего борта ка¬
рьера может быть недостаточно устойчивым. Тогда его можно
уменьшить за счет расширения предохранительных берм. Обычно
максимальный угол откоса борта карьера, при котором обеспечи¬
вается его гарантированная устойчивость, устанавливается проек¬
том на основе тщательных инженерно-теологических расчетов.
При этом учитывается глубина карьера, с увеличением которой
независимо от крепости пород угол откоса борта уменьшается
(табл. 9.3). Этот угол называют также углом погашения борта ка¬
рьера,, то есть угол при котором завершается разработка карьера.
Таблица 9.3
Допустимые устойчивые умы откосов борта карьера
(углы погашения)
Разрабатываемые породы
Угол откоса борта
карьера (грал) в зависимости
от глубнны карьера
90 м
300 м
Монолнтные скальные
60-70
50-55
Скальные изверженные
50-60
45-50
Скальные осадочные
45-50
35-45
Полускальные
30-45
25-35
Песчано-глнннстые
20-30
247
Фронт работ уступа является таким элементом системы
разработки, который определяет возможность размещения ра¬
бочего оборудования и. следовательно, интенсивность разра¬
ботки месторождения.
Длина фронта работ уступа определяется протяженностью
его в пределах карьерного поля на данном горизонте разработ¬
ки уступа. В большинстве случаев карьерное поле имеет фор¬
му, близкую к прямоугольной.
При горизонтальном и пологом залегании месторождений
в связи с относительно небольшой глубиной их разработки (в
пределах от 30 до 100 м) размеры карьерного ноля но полезно¬
му ископаемому немногим отличаются от соответствующих
размеров его по вскрышным породам. Практически, в зависи¬
мости от запасов полезного ископаемого и требуемой произ¬
водственной мощности карьера, ширина карьерного ноля при¬
нимается от 1000 до 200fr 3000 м. а длина от 3000 до 5000 м.
При наклонном и крутом залегании месторождения раз¬
меры карьерного поля по полезному ископаемому при глубине
ведения горных работ 300 м и более значительно отличаются
от соответствующих его размеров по вскрышным породам.
При таких условиях длина фронта работ уступа может быть от
500 м по полезному ископаемому на нижних горизонтах разра¬
ботки. а по вскрышным породам на верхних горизонтах до
2000-3000 м.
Суммарная длина фронта работ вскрышных уступов состав¬
ляет длину фроігта вскрышных работ, соответствующее понятие
имеет фронт добычных работ. Сумма фронтов вскрышных и до¬
бычных работ составляет фронт горных работ карьера.
В процессе разработки месторождения линии фронта
вскрышных и добычных работ синхронно перемещаются в
направлении, перпендикулярном откосам уступов, что называ¬
ют подвиганием фронта горных работ карьера. При разработке
наклонных и крутых месторождений определенному подвига-
нию фронта горных работ соответствует определенный темп их
углубки.
Скорость подвигания фронта горных работ и темп их
углубки зависят от мощности залежи полезного ископаемого
производственной мощности карьера и организации работ.
248
Скорость подвигания фронта работ характеризует интен¬
сивность разработки месторождения Практически она может
быть до 400 м/год при сплошных системах разработки и около
50-100 м/год при углубочных системах разработки, которой
соответствует темп углубки от 10 до 20 м/год.
В процессе развития горных работ в карьере осуществляет¬
ся доступ к запасам полезного ископаемого. По степени до¬
ступности к ним выделяют несколько категорий запасов.
Часть промышленных запасов, для разработки которых
произведены все необходимые работы по вскрытию месторож¬
дения. пройдены дренажные выработки, нарезаны уступы с
площадками для укладки транспортных коммуникаций назы¬
вают вскрытыми запасами.
Вскрытые запасы подсчитываются в пределах контура
ограниченного (в зависимости от условий залегания и системы
разработки месторождения) (рис 9.6):
— сверху - кровлей залежи или уступа обнаженной
вскрышными работами от покрывающих пород с допуском не¬
значительного количества их. зачистка которых не будет сдер¬
живать добычи:
- с боков - плоскости уступов, построенных от границ об¬
наженной поверхности с углами откосов и бермами, приняты¬
ми проектом разработки:
- снизу - проектной глубиной разработки: при разработке
горизонтально залегающих месторождений - почвой пласта
(рис 9.66), при разработке наклонных и крутопадающих ме¬
сторождений - глубиной, при которой сходящиеся боковые
плоскости уступов образуют ширину дна траншеи, достаточ¬
ную - для данного способа ведения работ (рис. 9.6а).
Из общего объема вскрытых запасов по степени их готов¬
ности к добыче выделяют активные и неактивные.
В активные включают подготовленные к зачистке и гото¬
вые к выемке запасы. В неактивные включают запасы, которые
оказываются как бы во временных целиках.
Подготовленными к зачистке считаются запасы (из числа
вскрьпыхХ не зачищенные от породы (мощностью до 0,5-1,0 м),
оставшиеся после экскавации при вскрышных работах или от
попутной породы при селективной добыче.
249
К готовый к выемке запасам, относятся запасы (из числа
вскрытых), полностью зачищенные, которые могут быть отра¬
ботаны без нарушения правил безопасности и технической
эксплуатации, с соблюдением установленных размеров предо¬
хранительных берм и полной выемки по высоте и ширине каж¬
дого уступа.
а б
ци»
— комт\р гнпспнкч>
INJOMWriKW
— контур ш крытых
мпаам
j I .ЧШНЖЫС К ЛНIf ики штнп
' у штК'ішчт.іеп$$не * *ыс чьи мтн ы
[ ^ •) ki/kA ы то лре иснмы.і це гиках
Рис. 9.6. Схема к классификации запасов по степени
достоверности: а - при разработке крутопадающего;
б - при разработке горизонтально залегающего месторождения
В процессе развития горных работ в карьере происходит
постоянное перемещение категорий запасов.
Запасы по нижележащим усту пам, относящиеся к неактив¬
ным (во временных целиках) переходят в готовые к выемке по
мере подвигания фронта работ вышележащих уступов, а но
верхнему уступу но мере подвигания фронта вскрышных работ
и зачистки породы после основной вскрыши.
Для обеспечения нормальной работы в течение определен¬
ного времени каждый карьер должен иметь установленное ко¬
личество вскрытых, подготовленных к зачистке и готовых к
250
выемке запасов полезного ископаемого в соответствии с наме¬
чаемыми объемами добычи.
В угольной промышленности зги запасы устанавливают
обычно на 1 апреля и 1 октября каждого года.
В общем для сплошных систем разработки с перевалкой
вскрыши (с экскаваторно-отвальными комплексами) рекомен¬
дуются объемы, обеспечивающие работу карьера на следую¬
щее количество месяцев (табл. 9.4).
Таблица 9.4
Запасы
Обеспечение работ карьера
на 1 апреля
па 1 октября
Вскрытые
6
12
Подштоаченныс
3
6
Готовые к выемке
2
3
В рудной промышленности нормативы вскрьпых и готовых к
выемке запасов полезного ископаемого рекомендуется устанавли¬
вать каждому карьеру отдельно в зависимости от горно¬
геологических условий разрабатываемого месторождения.
В принципе при сплошных системах разработки с любой
структурой комплексной механизации (с перевалкой, перевоз¬
кой в отвалы или комбинацией их) готовые к выемке запасы
устанавливаются в зависимости от размеров принятого обору¬
дования. производительности карьера и организации работ в
соответствии с горнотехническими условиями месторождения.
В общем случае для любой системы при сезонной организации
вскрышных работ, что является обычным для применения мно-
гочерпаковых экскаваторов в районах континентального кли¬
мата, запасы полезного ископаемого, готовые к выемке на 1 ок¬
тября. рекомендуются в объеме, обеспечивающем добычу ка¬
рьера не менее чем на 6-8 мес.
К моменту сдачи нового карьера в эксплуатацию запасы
полезного ископаемого, готовые к выемке, рекомендуются в
объеме не менее трехмесячного плана добычи, намеченного на
первый год эксплуатации при круглосуточной работе и семи¬
месячного - при сезонной работе.
251
9.3. Комплексная механизации открытых горных работ
Механизация открытых горных работ представляет орга¬
ническую составляющую часть их технологии, ибо она обу¬
словливает способ получения основного продукта труда карье¬
ра - добычу полезного ископаемого.
Рассматривая средсгва и способы выполнения основных
производственных процессов горных работ карьера от отбойки
пород до их разгрузки на отвалах находятся в тесной техноло¬
гической взаимосвязи. Эти связи строго предопределены гор¬
нотехническими условиями разработки месторождения.
Существующие при этом различные сочетания (комплек¬
ты) технических средств, выполняющих эти процессы, пред¬
ставляют собой комплексы оборудования горных работ. В сво¬
ей основе выбором рационального комплекса оборудования
добычных и. особенно, вскрышных работ (больших по объему)
определяется экономичность открытой разработки месторож¬
дения полезного ископаемого.
Решающую роль в этом выборе играют условия залегания
месторождения полезного ископаемого и физико-механические
свойства разрабатываемых пород. Разработка твердых пород
требует средств буровзрывного рыхления их и цикличной гор¬
но-транспортной техники (одноковшовых экскаваторов, желез¬
нодорожного транспорта и автотранспорта). Мягкие и сыпу чие
горные породы предопределяют применение для их разработки
техники непрерывного действия без буровзрывного рыхления.
При этом в зависимости от условий зазегання разрабатываемо¬
го месторождения как цикличная, так и непрерывная техника
может быть в различном сочетании соответствующих средств
погрузки, транспортировки и разгрузки горных пород или по¬
лезного ископаемого.
В целях выбора рационазьных комплексов оборудования
горных работ карьера воспользуемся классификацией их по
типу машин для выемочно-погрузочных, транспортных и от¬
вальных работ, предложенной акад. В. В Ржевским. Комплексы
с выемочно-погрузочным оборудованием цикличного действия
в этой классификации условно называются экскаваторными
252
(Э), а комплексы с выемочно-погрузочным оборудованием не¬
прерывного действия - выемочными (В) с соответствующим
дополнением названий обоих комплексов по наличию в них
средств транспортировки, отвалообразования или разгрузки.
Построенная на этой основе классификация комплексов
оборудования горных работ карьера представлена на рис. 9.7.
Рис. ft7. Классификация комплексов обору дования вскрышных
и добычных работ карьеров
В этой классификации первый комплекс, экскавагорно-
транспортно-отвальный (ЭТО), представляет собой комплект
цикличных машин по каждому производственному процессу
вскрышных работ, связанных технологически. Этот комплекс
является самым универсальным в открытых горных работах и
имеет место при разработке крепких вскрышных пород
наклонных и кругопадающих месторождений полезных иско¬
паемых.
ДСаагг
(UlUPlirUUi
j Щ аЛшрубшшшш
ha шшшмтірш»
т/шші mfwmm*-
ТЮ
штти іміміі
S ВЮ
HM.
to)
ЛМ*ІЛГШМГ»-
2 I mpum wywi»»
2 fHILjn******
9 I BIT
2
Jfcu имияну**»
тфштmfwrnm*
;n NNNWH
JIT
253
Второй комплекс. выемочно-транспортно-отвальный
(ВТО), представляет в основном комплект оборудования не¬
прерывного действия, в котором отсутствуют средства буро¬
взрывного рыхления пород, что характерно для разработки
мягких покрывающих пород мощных горизонтально залегаю¬
щих и пологих месторождений
При разработке горизонтально залегающих месторождений
малой мощности (практически до 30+40 .и) имеется возмож¬
ность вскрышные породы перемещать специазьными комплек¬
сами оборудования непосредственно во внутренний отвал вы¬
работанного пространства карьера вслед за выемкой полезного
ископаемого.
Этими комплексами оборудования при разработке твердых
вскрышных пород являются машины буровзрывного рыхления
и мощные одноковшовые экскаваторы с большими параметра¬
ми рабочего оборудования: вскрышные механические лопаты
или шагающие драглайны. В настоящее время в практике от¬
крытых горных работ особое развитие получили мощные ша¬
гающие драглайны.
В рассматриваемой классификации подобный вскрышной
комплекс оборудования назван экскаваторно-отвазьным (ЭО) и
представляется как бы машинным агрегатом, объединяющим
функции выемки, транспортировки и отвалообразован ие
вскрышных пород в едином выемочно-отвальном процессе.
В случае разработки мягких пород вместо экскаваторно¬
отвального комплекса рационазыю применение специального
комплекса - выемочно-отвального (ВО). Этот комплекс пред¬
ставляет собой сочленение двух механизмов: многочерпаково-
го (цепного или роторного) экскаватора с забойным ленточным
отвалообразователем или транспортно-отвальным мостом. При
отсутствии процесса буровзрывного рыхления пород выемоч¬
но-отвальный комплекс является машинным агрегатом, выпол¬
няющим непрерывно и одновременно процессы выемки и от¬
вал ообразования.
Забойный ленточный отвалообразоватсль по своей кон¬
струкции аналогичен конструкции ленточного отвалообразова-
тсля конвейерных отвалов В отличии от него он имеет лишь
более значительную длину приемной и разгрузочной консолей.
254
Конвейер приемной консоли с помощью специального устрой¬
ства загружается вскрышным многочерпаковым экскаватором.
Далее по системе конвейеров порода поступает на конвейер
разгрузочной консоли, с которой сбрасывается во внутренний
отвал карьера.
Транспортно-отвальный мост также является передвижной
(с железнодорожным ходом), но более сложной конструкцией,
имеющей двухсторонние опоры: одну - со стороны забоя и
другую - со стороны отвала. Мост является поддерживающим
сооружением и служит для размещения на нем ленточных кон¬
вейеров. Эти конвейеры загружаются одним или несколькими
многочерпаковым и экскаваторами. Возможное расстояние пе¬
редачи породы по конвейерам моста во внутренний отвал
весьма значительно: от 150+300 м до 500+600 м.
При любом комплексе оборудования вскрышных работ
комплексы оборудования добычных работ ограничиваются в
классификации двумя классами
Первый класс добычных комплексов, экскаваторно-
транспортно-разгру~ючный (ЭТР)% представляет собой ком¬
плект оборйдования цикличного действия, предназначенного
для добычи твердых разрушенных взрывом полезных ископае¬
мых (железной руды, руд цветных металлов и т.п.).
Второй класс добычных комплексов, выемочно-транспортно¬
разгрузочный (ВТР), представляет комплект оборудования не¬
прерывного действия, обеспечивающий добычу мягких полез¬
ных ископаемых без буровзрывного рыхления (угля, химиче¬
ского сырья и т.п.).
Представленная на рис. 9.7 классификация комплексов
оборудования открытых горных работ охватывает лишь основ¬
ные виды их. используемые в подавляющем большинстве на
современных карьерах. Их следует точно конкретизировать,
назвав экскаваторно-транспортно-отвальный комплекс (ЭТО)
по виду транспорта экскаваторный-железно-дорожный (ЭЖО)
или экскаваторно-автомобильный (ЗАО).
К тому же экскаваторно-отвальный комплекс часто может
представлять не один, а два и более вскрышных экскаватора,
что следует называть усложненным экскаваторно-отвальным
комплексом (ЭОу).
255
При разработке крепких пород на открытых работах в
настоящее время в экскаваторно-транспортно-отвальном ком¬
плексе (ЭТО) цикличное транспортное звено (железнодорож¬
ное или автомобильное) заменяют частично или полностью
транспортом непрерывного действия (ленточными конвейера¬
ми). В результате имеет место специальный экскаваторно-
транспоршо-отвальный комплекс, который представляет собой
так называемую циклично-поточную технологию, близкую по
экономичности к полной поточной технологии открытых гор¬
ных работ, осуществляемой выемочно-отвальными (ВО) или
выемочно-транспортно-отвальными (ВТО) комплексами.
Работа циклично-поточного комплекса обеспечивается при
буровзрывном разрушении горных пород, отвечающем требо¬
ваниям погрузки их на ленточный конвейер, или дроблением
их в самоходных дробилках. В последнем случае в комплекс
цикличного вскрышного или добычного оборудования включа¬
ется дополнительный механизм дробления пород.
Наряду с циклично-поточной технологией открытых гор¬
ных работ представляет интерес, не вошедший в классифика¬
цию комплексов оборудования специальный комплекс, связан¬
ный с гидромеханизацией По составу выполняемых производ¬
ственных процессов его можно отнести к классу выемочно-
гранспор шо-отвальных комплексов (ВТО). Однако по кон¬
струкции машин и принципу их действия гидромеханизацию
следует отнести к особому виду комплексов оборудования от¬
крытых горных работ.
Помимо основных характерных комплексов оборудования
вскрышных и добычных работ возможны иные специальные
комплексы, в том числе колесные скреперы и одноковшовые
погрузчики, которые в определенных объемах могут осуществ¬
лять выемку, транспортировку и отвалообразование рыхлых и
раздробленных крепких вскрышных пород.
Функционирование комплексов основного оборудования
открытых горных работ, естественно, невозможно без вспомо¬
гательного оборудования, обеспечивающего выполнение под¬
готовительных операций по каждому производственному про¬
цессу вскрышных и добычных работ карьера.
256
При подготовке горных пород к выемке требуется обору¬
дование по заготовке бурового инструмента и доставке его к
буровым станкам, устройства по подготовке взрывчатых ве¬
ществ. машины, обеспечивающие зарядку' и забойку взрывных
скважин для проведения взрывов горного массива.
Погрузка вскрышных пород, обеспечиваемая экскаватора¬
ми. требует оборудования для периодической планировки ра¬
бочей площадки уступа, переноса линий электроснабжения и
перемещения забойных транспортных коммуникаций.
Транспортировка горных пород сопровождается средства¬
ми сооружения транспортных коммуникаций (железнодорож¬
ных путей, автодорог и ленточных конвейеров), их перемеще¬
ния и содержания.
Работа отвального оборудования также как и работа экска¬
ваторов в забоях при погрузке породы обеспечивается обору¬
дованием планировки рабочей площадке, переноса линий элек¬
тропередачи и средств перемещения отвальных транспортных
коммуникаций.
Все перечисленные выше средства, обеспечивающие вы¬
полнение основных производственных процессов вскрышных и
добычных работ составляют комплекс вспомогательного обо¬
рудования карьера.
В соответствии с условиями разработки месторождения
комплексы основного оборудования карьера в сочетании с
комплексами вспомогательного оборудования формируются по
отдельным грузопотокам вскрышных и добычных работ.
В случае разработки наклонного или кру>топадающего ме¬
сторождения грузопотоки карьера рассредоточивают обычно
на добычной с использованием комплекса ЭТР или ВТР и
вскрышной с комплексом ЭТО или ВТОщ который транспорти¬
рует вскрышные породы на внешние отвалы.
В случае разработки мепцны:с горизонтальных залегающих
и пологих месторождений при формировании комплексов ЭТР
или ВТР по добычному грузопотоку, вскрышной грузопоток
обеспечивается комплексом ЭТО или ВТО с перемещением по¬
род в выработанное пространство (рис. 6.66) карьера. При этом
в случае малой мощности залежи полезного ископаемого
257
транспортировка пород в выработанное пространство карьера
может быть осуществлена комплексом специального оборудова¬
ния - ЭО или ВО с кратчайшим поперечным перемещением через
транспортные коммуникации добычного комплекса (рис. б.бв).
Чдесь же при большой мощности вскрышных пород возможна
организация третьего грузопотока с комплексом ЭЮ или ВТО
для транспортировки части вскрышных пород во внутренний
или внешний отвалы карьера.
На крупных карьерах с большими объемами вскрышных и
добычных работ возможно и большее число грузопотоков с со¬
ответствующими им комплексами оборудования.
В совокупности все комплексы оборудования вскрышных
и добычных работ карьера в сочетании со вспомогательным
оборудованием составляют его структуру комплексной меха¬
низации. Наиболее сложными являются структуры комплекс¬
ной механизации, состоящие из экскаваторно-транспортно¬
отвальных комплексов вскрышных работ (ЭТО) и комплексов
(ЭТР) добычных работ, требующих наибольшего количества
комплексов вспомогательного оборудования
В целях наиболее рациональной разработки месторожде¬
ния структуры комплексной механизации карьера строятся на
принципе поточности и максимального совмещения производ¬
ственных процессов. В этой связи при разработке твердых по¬
род весьма эффективны структуры с экскаваторно-отвальными
комплексами оборудования (ЭО).
При наличии мягких вскрышных пород и полезного иско¬
паемого наиболее экономичной и производительной является
такая структура комплексной механизации, которая формиру¬
ется из комплексов оборудования непрерывного действия,
обеспечивающего максимальную поточность производства и
возможность его полной автоматизации (ВО и ВТО).
Контрольные вопросы
1. Дайте определение системы открытой разработки ме¬
сторождений и сформулируйте основные определяющие ее
признаки
258
2. В чем сущность существующих в настоящее время клас¬
сификаций систем открытых горных работ?
3. На каком принципе строится классификация комплексов
оборудования открытых горных работ, ее содержание и харак¬
теристика основных классов?
4. Что такое структура комплексной механизации, ее ха¬
рактеристика и принцип построения?
5. Дайте характеристику' технологических схем структуры
комплексной механизации, состоящей из комплексов ЭО и ЭТР.
6. Дайте характеристику технологических схем структур
комплексной механизации из комплексов ВО и В ГР.
7. Дайте характеристику' технологических схем структур ком¬
плексной механизации из комплексов ЭТО с ЭТР и ВТО с ВТР.
8. Роль структур комплексной механизации открытых гор¬
ных работ в формировании направления их развития и основ¬
ной технологии.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анистратов ЮИ„ Алистратов К Ю. Технология открытых
горных работ - Изд 3-є. перераб. - М.: НТЦ «Горное бюро». 2008.
2. Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ. -
М.: Недра. 1995.
3. Арсентьев А.И. Вскрытие и системы разработки карьер¬
ных полей. - М.: Недра, 1981.
4. Виницкий К.Є. Управление параметрами технологических
процессов на открытых разработках. - М.: Недра. 1984.
5. Горное дело: Терминологический справочник - М.: Недра.
1990.
6. Деревяшкин И В., Размыслов Ю.С. Основы технологии от¬
крытой разработки месторождений полезных ископаемых. -
М.: РУДН. 2001.
7. Деревяшкин И.В., Фидель Р.А., Корчагин С.Е. Строитель¬
ство мощных железорудных карьеров. - М.: РУДН, 1998.
8. Деревяшкин И.В., Зубович B.C. Открытые горные работы. -
М.гМГОУ, 2010.
259
9. Деревяшкин И.В.. Кагппар JI.H. Вскрытие карьерных полей. -
М.: МГОУ, 2010.
10. Демин А.М. Пахомов Е.М., Зуев В И. Сборник задач по
открытой разработке месторождений полезных ископаемых. -
М.: Недра 1985.
11. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым гор¬
ным работам. - М.: Недра 1982.
12. Новожилов М.Г., Эскин B.C., Корсунский Г.Я. Теория и
практика открытой разработки горизонтальных месторожде¬
ний. - М.: Недра 1978.
13. Новые решения в технике и технологии добычи угля от¬
крытым способом / под ред. Н.В. Мельникова и К.Е. Вин нико¬
го. - М.: Недра, 1976.
14. Потапов М.Г. Карьерный транспорт. - Изд. 5-е. перераб. и
доп. — М.: Недра, 1989.
15. Развитие техники и технологии открытой угледобычи
под ред. М.И. Щадова - М.: Недра 1987.
16. Репин Н.А. Подготовка и экскавация вскрышных пород
угольных разрезов. - М.; Недра. 1978.
17. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Технология и
комплексная механизация. - М.: Недра. 1985.
18. Системы разработки и транспорт на карьерах / под ред.
Н В. Мельникова. - М.: Недра. 1974.
19. Справочник. Открытые горные работы. - М.: Горное бю¬
ро, 1994.
20. Теория и практика открытых разработок / под общ. ред.
Н.В. Мельникова. - М.: Недра. 1979.
21. Типовые технологические схемы ведения открытых гор¬
ных работ на угольных разрезах. - М.: Недра. 1982.
22. Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, механизация и
организация открытых горных работ. - М.: МГИ, 1992.
23. Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений по¬
лезных ископаемых. - М.: Недра. 1991.
24. Шешко Е.Ф. Основы теории вскрытия карьерных полей. -
М.: Углетехиздат, 1953.
25. Шешко Е.Ф. Открытая разработка месторождений полез¬
ных ископаемых - М.: Углетехиздат, 1957.
260