Открытые геотехнологии

Дисциплина: «Открытые геотехнологии» Автор: Костин Александр Львович Курс лекций для студентов заочного обучения групп ЭГП, ГМО, ГМК и ОПИ на период дистанционного обучения Содержание курса: Лекция 1 ................................................................................................................................................................. 3 ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ. ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ И ОГРАНИЧЕНИЯ ОР МПИ ............ 3 Лекция 2 ................................................................................................................................................................. 5 КАРЬЕР, ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КАРЬЕРА ..................................................................................................................... 5 Лекция 3 ................................................................................................................................................................. 7 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРА ..................................................................................... 7 ТЕХНОЛОГИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОР МПИ .............................................................. 9 Лекция 4 ............................................................................................................................................................... 11 УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, ОТРАБАТЫВАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ ................................................... 11 Лекция 5 ............................................................................................................................................................... 13 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД ........................................................................................................... 13 Лекция 6 ............................................................................................................................................................... 16 КАЧЕСТВО ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И ВСКРЫШИ ....................................................................................................... 16 Лекция 7 ............................................................................................................................................................... 17 СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ГОРНОЙ МАССЫ К ВЫЕМКЕ .................................................................................................... 17 Лекция 8 ............................................................................................................................................................... 19 БУРОВЗРЫВНАЯ ПОДГОТОВКА ГОРНОЙ МАССЫ К ВЫЕМКЕ ........................................................................................... 19 ТЕХНОЛОГИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО (ШНЕКОВОГО) БУРЕНИЯ .............................................................................................. 20 ТЕХНОЛОГИЯ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ ...................................................................................................................... 21 ТЕХНОЛОГИЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН ....................................................................................... 21 ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕВОГО БУРЕНИЯ .............................................................................................................................. 22 Лекция 9 ............................................................................................................................................................... 23 ВИДЫ ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ................................................................................................... 23 ТИПЫ ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ .................................................................................................................... 24 НОМЕНКЛАТУРА ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ ..................................................................................................... 25 Лекция 10 ............................................................................................................................................................. 26 ТИПЫ ЭКСКАВАТОРНЫХ ЗАБОЕВ ................................................................................................................................. 26 РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ ЭКСКАВАТОРОВ МЕХЛОПАТ ...................................................................................................... 26 РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ ДРАГЛАЙНОВ .......................................................................................................................... 28 Лекция 11 ............................................................................................................................................................. 30 1 КАРЬЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ ........................................................................................................................................... 30 Лекция 12 ............................................................................................................................................................. 32 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРЬЕРНОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА .................................................... 32 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРЬЕРНОГО Ж/Д ТРАНСПОРТА .......................................................................... 34 Лекция 13 ............................................................................................................................................................. 35 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОНВЕЙЕРНОГО ТРАНСПОРТА ............................................................................. 35 КОМБИНИРОВАННЫЙ ТРАНСПОРТ ............................................................................................................................. 36 Лекция 14 ............................................................................................................................................................. 38 ОТВАЛООБРАЗОВАНИЕ ............................................................................................................................................. 38 ТЕХНОЛОГИЯ ПЛУЖНОГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ........................................................................................................ 39 ТЕХНОЛОГИЯ БУЛЬДОЗЕРНОГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ПРИ Ж/Д ТРАНСПОРТЕ ............................................................... 40 Лекция 15 ............................................................................................................................................................. 42 ТЕХНОЛОГИЯ БУЛЬДОЗЕРНОГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ПРИ АВТОТРАНСПОРТЕ ............................................................... 42 ТЕХНОЛОГИЯ ЭКСКАВАТОРНОГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ПРИ Ж/Д ТРАНСПОРТЕ ............................................................. 42 ОТВАЛООБРАЗОВАНИЕ ДРАГЛАЙНАМИ ...................................................................................................................... 43 Лекция 16 ............................................................................................................................................................. 44 СТРУКТУРА КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ НА КАРЬЕРАХ. ПРИНЦИПЫ КОМПЛЕКСНОСТИ............................................... 44 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОГР .................................................................................................... 45 2 Лекция 1 ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ. ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ И ОГРАНИЧЕНИЯ ОР МПИ Полезные ископаемые добывают из недр земли двумя способами – открытым и подземным, а со дна водоемов и морей – подводным. Подземная разработка осуществляется под земной поверхностью и связана с ней посредством подземных горных выработок – шахтных стволов и примыкающих к ним квершлагов, штреков и др. Подземная разработка состоит в основном из двух видов работ: проведения и крепления подготовительных выработок и добычных работ. Открытая разработка ведется непосредственно с земной поверхности и включает два основных вида работ – вскрышные и добычные. Вскрышные работы заключаются в удалении пустых пород, вмещающих полезное ископаемое. Они должны обеспечить доступ к полезному ископаемому и создать условия для его безопасной добычи. Отличительные признаки открытых горных работ: 1. Добыча полезных ископаемых может производиться лишь после удаления пустых пород, вмещающих полезное ископаемое. Объем удаляемых пустых пород (вскрыши) обычно в 3 – 5 раз превосходит объем добываемого полезного ископаемого. Поэтому основные затраты при открытом способе разработки связаны с вскрышными работами. 3 2. Размеры открытых горных выработок по всем направлениям значительны и позволяют применять мощное оборудование больших размеров и мощные заряды взрывчатых веществ. 3. Удаление пустых пород и добыча полезного ископаемого производится в основном экскаваторным способом, реже – гидромеханическим способом или землеройно-транспортными машинами. Экскаваторный способ можно применять для разработки любых пород, гидромеханический, только – для мягких и рыхлых. Кроме того, при открытой разработке применяют бульдозеры, колесные скреперы, самоходные погрузчики и другое мощное оборудование. 4. Горнотранспортное оборудование, применяемое при открытой разработке месторождений, характеризуется значительными размерами и высокой производительностью. Преимущества добычи открытым способом по сравнению с подземным состоят в следующем: 1. На карьерах обеспечиваются более высокая безопасность труда и лучшие производственные условия. 2. Производительность труда на карьерах, как правило, в 5–8 раз выше, а себестоимость в 2–4 раза ниже, чем в шахтах. При этом на карьерах более высокие темпы роста производительности труда. 3. Сроки строительства карьеров меньше сроков строительства шахт равной производственной мощности. 4. При открытой разработке меньше потери полезного ископаемого и легче производить раздельную добычу различных сортов руд. 5. При открытой разработке месторождений легче увеличить в случае надобности производственную мощность предприятия. Недостатки открытых разработок: 1. Производство открытых горных работ требует отчуждения больших земельных площадей, иногда приводит к понижению уровня грунтовых вод на больших площадях и т. д. 2. Открытые работы значительно зависят от климатических условий. 4 Недостатки открытых горных работ в большинстве случаев перекрываются их преимуществами. Преобладание открытого способа разработки в развитии горной промышленности наблюдается во всем мире. Ограничениями для эффективного применения открытого способа разработки являются: 1. Большая мощность покрывающих пород и значительная глубина месторождения при относительно небольшой мощности залежи, т. е. такие условия залегания, когда объем породы, приходящийся на 1 т добычи полезного ископаемого (коэффициент вскрыши), превышает экономически допустимый предел. 2. Отсутствие в данной местности свободных земельных площадей для размещения отвалов 3. Ограничения, вызываемые требованиями охраны окружающей среды. Лекция 2 КАРЬЕР, ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КАРЬЕРА В результате производства добычных и вскрышных работ формируется карьер. Карьер – совокупность открытых горных выработок, служащих для разработки месторождения полезных ископаемых. Угольные карьеры принято называть разрезами. 5 Карьерное поле – месторождение или часть месторождения, отрабатываемое одним карьером. Месторождение при открытой разработке делят на горизонтальные (горизонты) или наклонные слои, которые отрабатывают с опережением верхними слоями нижних. Поэтому борта карьера, т. е. его боковые поверхности, имеют ступенчатую форму (рисунок). Уступ – часть толщи горных пород в карьере, имеющая рабочую поверхность в форме ступени и разрабатываемая самостоятельными средствами выемки, погрузки и транспорта (рисунок). Откос уступа – поверхность, ограничивающая горизонт со стороны выработанного пространства. Угол наклона этой поверхности называется углом откоса уступа. Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах производятся горные работы. На нерабочих уступах могут размещаться транспортные коммуникации, предохранительные бермы. Соответственно различаются рабочие и нерабочие площадки. Высота уступа зависит: – от физико-механических свойств пород; – от параметров горнотранспортного оборудования. Угол откоса уступа зависит: – от физико-механических свойств пород; 6 – от стационарности уступа. Ширина площадки зависит от параметров горнотранспортного оборудования. Борт карьера – совокупность уступов, образующая плоскость, ограничивающая выработанное пространство карьера (рисунок). Угол откоса борта карьера – угол между линией, соединяющей верхнюю бровку верхнего уступа с нижней бровкой нижнего уступа и горизонталью. Угол откоса рабочего борта всегда меньше угла откоса нерабочего борта. Лекция 3 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРА В процессе разработки месторождения открытым способом различают следующие этапы: – подготовка поверхности, осушение месторождения и ограждение его от воды, – горно-капитальные работы в период строительства карьера, – проведение подготовительных выработок, – вскрышные и добычные работы, – рекультивация нарушенных земельных площадей и поверхности отвалов. Подготовка поверхности месторождения заключается в вырубке леса и корчевке пней, отводе рек и ручьев за пределы карьерного поля, осушении озер и болот, сносе зданий и сооружений, переносе дорог и в удалении других 7 естественных и искусственных препятствий, затрудняющих или не допускающих ведение открытых горных работ. В этот же период снимают плодородный слой земли с первоочередных участков разработки, строят дороги, ЛЭП и другие коммуникации, жилые, производственные здания и сооружения, очистные сооружения, а также проводят ряд мероприятий по охране окружающей среды. Различают следующие виды осушения: осушение поверхности карьерного поля; ограждение карьера от поверхностных вод; предварительное и текущее осушение месторождения. Осушение наносов и отвод воды с поверхности месторождения обычно осуществляются с помощью сети осушительных и дренажных канав. Ограждение карьера от поверхностных вод (ливневых, паводковых и проникающих из соседних водоемов) производится с помощью нагорных канав, которые проводятся по всему периметру карьера или со стороны возвышенной части карьерного поля. Предварительное осушение месторождения проводится до начала разработки и предназначено для понижения уровня подземных вод и осушения участков, которые подлежат разработке в первую очередь. Горно-капитальные работы в период строительства карьера включают проведение капитальных и разрезных траншей для вскрытия месторождения, а также удаление некоторого объема вскрышных пород для создания вскрытых запасов полезного ископаемого перед сдачей карьера в эксплуатацию. Проведение подготовительных выработок в период эксплуатации карьера необходимо при его углублении, т. е. при переходе горных работ на новые горизонты в случае разработки крутых и наклонных залежей. При небольшой глубине залегания месторождение вскрывают общими наклонными траншеями, расположенными за контурами карьера. Глубокие карьеры чаще всего вскрывают внутренними траншеями (съездами), расположенными внутри карьера на его бортах. Съезды бывают спиральными петлевыми, тупиковыми. При гористом рельефе для вскрытия карьера используют иногда подземные выработки – рудоспуски и штольни. 8 Вскрышные работы заключаются в удалении пустых пород, вмещающих полезное ископаемое, в результате чего обеспечивается доступ к нему. Добычные работы представляют собой собственно извлечение полезного ископаемого и являются последним этапом разработки месторождения открытым способом. Подготовка поверхности, работы по осушению, горно-капитальные, подготовительные и вскрышные работы начинают последовательно, а затем ведут параллельно, но со взаимным опережением в пространстве: подготовка поверхности и осушение месторождения опережают вскрышные работы, которые предшествуют добычным работам. По организационно-экономическим признакам время, в течение которого разрабатывается месторождение, делится на периоды: строительства карьера – от начала горных работ до ввода карьера в эксплуатацию; освоение – от начала эксплуатации до достижения проектной производственной мощности; нормальной эксплуатации; затухания или доработки. Все горные работы строительного периода называются капитальными. Они финансируются соответственно утвержденной смете капитальных затрат, являющейся частью проекта данного предприятия. ТЕХНОЛОГИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОР МПИ Термин «технология» в общем случае означает совокупность знаний о способах, средствах и организации выполнения каких-либо производственнотехнических работ. Технология разработки месторождения – это совокупность взаимосвязанных процессов, способов и приемов механизированного производства горных работ, основанная на фундаментальных знаниях закономерностей разработки и возможностей технических средств. 9 Технология открытой разработки месторождений бывает: – непрерывной (поточной); – цикличной; – комбинированной. Непрерывная (поточная) – технология, при которой все процессы (подготовка горной массы к выемке, погрузка, перемещение и отвалообразование) или подготовка к переработке производятся непрерывно. Цикличная – технология, при которой все производственные процессы выполняются в принятом ритме чередования рабочих и холостых ходов. Комбинированная – технология, при которой используются машины цикличного и непрерывного действия. Существуют следующие основные технологические схемы открытых горных работ: цикличные: 1) погрузка одноковшовым экскаватором – транспортирование в думпкарах – отвалообразование одноковшовым экскаватором; 2) погрузка одноковшовым экскаватором – транспортирование автосамосвалами – отвалообразование бульдозерами; 3) погрузка многоковшовым экскаватором – транспортирование в думпкарах – отвалообразование абзетцерами; 4) погрузка одноковшовым экскаватором – транспортирование автосамосвалами – перегрузка на внутрикарьерном складе или эстакаде — транспортирование в думпкарах – отвалообразование одноковшовым экскаватором. 10 Первая и вторая схемы применяются при отработке рыхлых и скальных пород, третья – при отработке рыхлых пород, четвертая – преимущественно при отработке скальных пород; поточные (для рыхлых пород): 5) выемка роторным экскаватором – транспортирование и отвалооб- разование консольными отвалообразователями; 6) выемка роторным экскаватором – транспортирование ленточными конвейерами; циклично-поточные: 7) выемка и погрузка скальных пород одноковшовым экскаватором – транспортирование автосамосвалами к дробилке – транспортирование ленточными конвейерами; 8) выемка и погрузка рыхлых и мягких пород одноковшовым экскаватором – погрузка их через бункер-питатель на конвейер. Выбор технологической схемы должен учитывать условия залегания месторождения и технологические свойства извлекаемых горных пород. Лекция 4 УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, ОТРАБАТЫВАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ Открытым способом разрабатываются месторождения полезных ископаемых любой формы, залегающие в разнообразных природных условиях. Все месторождения ПИ могут быть разделены на характерные типы по наиболее отличительным признакам. По форме месторождения: – пластовые – пластообразные залежи, имеющие относительно выдержанную мощность и более или менее четкие плоскости почвы и кровли; – залежи сложной формы. По положению залежи относительно дневной поверхности различаются месторождения: 11 – поверхностного типа, расположенные на поверхности или покрытые наносами небольшой мощности; – глубинного типа, расположенные значительно ниже господствующего уровня поверхности; – нагорного типа, расположенные на возвышенности или склоне горы, т. е. выше господствующего уровня поверхности; – высотно-глубинного типа (смешанные), частично расположенные на горе или на горном склоне. По углу наклона к горизонту различают следующие залежи полезного ископаемого: – горизонтальные или слабонаклонные (пологие) с углом наклона до 10–15°; – наклонные с углом наклона от 10–15 до 25–30°; – крутые с углом наклона более 25–30°. По структурному строению и распределению качества различают залежи: – простые однокомпонентные с однородным строением и равномерным распределением качественных признаков; – сложноструктурные многосортные и многокомпонентные с неравномерным распределением типов и сортов руд в плане залежи и по ее глубине. Добыча руд при разработке простых однокомпонентных или односортных месторождений производится валовым способом, а разработка многосортных месторождений обычно требует более дорогой селективной выемки различных сортов. По преобладающим типам пород месторождения представлены: – скальными вскрышными породами и крепкими рудами, – крепкими рудами и скальными вмещающими породами, – мягкими и плотными покрывающими породами, полускальными полезными ископаемыми, – полускальными вскрышными породами и полезными ископаемыми, – мягкими вскрышными породами и мягкими или плотными полезными ископаемыми. 12 Лекция 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД Объектами горных разработок являются различные горные породы: – коренные (магматические, метаморфические, осадочные), – залегающие в толще земной коры на месте своего образования, – наносы – измельченные породы, переотложенные и перенесенные, покрывающие полезную толщу. Горные породы в процессе их разработки и переработки характеризуются определенными технологическими свойствами, главными из которых являются трудоемкость их разработки и полезность. Технологические свойства горных пород определяют выбор оборудования для их разработки и переработки, схему комплексной механизации, величину затрат, необходимых для производства горных работ, и, в конечном счете, экономическую эффективность разработки месторождения. Трудность разработки определяется прежде всего такими физико- механическими свойствами горных пород, как: – плотность , – трещиноватость, – пределы прочности на сжатие, на сдвиг, на растяжение, – разрыхляемость или связность, – крепость, – сцепление, – угол внутреннего трения. Совокупная оценка физико-технических свойств пород по трудности их разработки производится на основании классификации горных пород. Широкое распространение получила классификация проф. М. М. Протодьяконова в соответствии с которой: – рыхлые и мягкие породы имеют коэффициент крепости 0,6  0,8, – полускальные  от 1,5 до 5, – скальные – от 5 – 6 до 15 – 20. По трудности разрушения все породы делятся на пять классов и 25 категорий. 13 Общий показатель трудности разрушения породы определяет относительное сопротивление горных пород воздействию внешних усилий. Для краткой технологической характеристики можно выделить следующие группы горных пород: – рыхлые и мягкие, – плотные, – полускальные и скальные в массиве, – полускальные и скальные разрушенные. Рыхлые и мягкие породы легко без предварительного разрыхления отделяются от целика всеми видами горных машин. Рыхлые породы (растительные почвы, пески) отделяются от массива при небольших усилиях копания. Мягкие породы (глины, суглинки, мягкие угли и др.) отделяются от массива при средних усилиях копания. Плотные породы (твердые глины, мел, бурые и каменные угли, глинистые руды и другие) отделяются горными машинами от целика без предварительного рыхления лишь при достаточных усилиях копания. Полускальные породы, как правило, при разработке требуют предварительного разрыхления. К полускальным породам относятся выветрелые изверженные и метаморфические породы и большинство осадочных пород (глинистые сланцы и песчаники, руды гематитовые, мергели, известнякракушечник, аргиллиты, алевролиты, гипс, каменная соль, каменные и прочие бурые угли и др.). Скальные породы не поддаются отделению от массива без предварительного рыхления взрывом. К скальным относится большинство изверженных и метаморфических пород (граниты, кварциты, базальты, габбро, сиениты, колчеданы), а также некоторые осадочные породы (песчаники, прочные известняки, кремнистые конгломераты и др.). Трудность разрушения скальных и полускальных пород существенно зависит от их трещиноватости. Различают породы: – монолитные, 14 – малотрещиноватые, – среднетрещиноватые, – сильнотрещиноватые, – слоистые. У монолитных малотрещиноватых пород трещины расстояние между практически трещинами отсутствуют. 100– 150 У см, у среднетрещиноватых – 50–100 см, у сильнотрещиноватых – 10–50 см. Породы, имеющие отдельности размером около 10 см, являются чрезвычайно трещиноватыми. Слоистые породы характеризуются выраженным напластованием маломощных, сравнительно однородных пластов. Скальные и полускальные породы в результате воздействия взрыва переходят в разрушенное состояние и становятся пригодными для погрузки и перемещения горными машинами. Разрушенные горные породы различаются по степени связности и кусковатости. По степени связности различают: – сыпучие разрушенные породы с коэффициентом разрыхления 1,4–1,65 и более; – связно-сыпучие разрушенные породы с коэффициентом разрыхления 1,2– 1,3; – связно-разрушенные породы с коэффициентом разрыхления 1,03–1,05, сохраняющие в насыпи крутой откос. Кусковатость горных пород определяют по среднему линейному размеру куска dcp и по размерам наиболее крупных кусков и разделяют на пять категорий. Категория кусковатости Размер наиболее Средний линейный пород крупных кусков, см размер куска DСР, см 40-60 менее 10 II (мелкоразрушенные) 60-100 15-20 III (среднеразрушенные) 100-140 25-35 IV (крупноразрушенные) 150-200 40-60 I (очень мелкоразрушенные 15 V (весьма разрушенные) 250-300 70-90 Лекция 6 КАЧЕСТВО ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И ВСКРЫШИ К полезным ископаемым относятся те горные породы, которые добывают для хозяйственных, строительных, промышленных и научных целей и используют в сыром виде или после переработки. Разделение горных пород на полезные ископаемые и вскрышные породы относительно. С прогрессом техники добычи и переработки многие вскрышные породы начинают использоваться как полезные ископаемые. Месторождением полезного ископаемого называется природное скопление полезного ископаемого, которое как по количеству, так и по качеству удовлетворяет требованиям промышленной разработки при данном состоянии техники и данных экономических условиях. Различают полезные ископаемые: – металлические (руды черных, цветных и благородных металлов, радиоактивных и редких элементов), – неметаллические (сырье для металлургической, химической и других отраслей промышленности), – твердые горючие (уголь, горючие сланцы, торф и др.) – строительные. Совокупность свойств, определяющих пригодность и экономическую эффективность использования, называется качеством полезного ископаемого. Требования к качеству полезного ископаемого выражаются в форме кондиций, технических условий и государственных стандартов. Качество полезного ископаемого определяют в период геологической разведки и непрерывно контролируют в процессе эксплуатации на различных участках технологического процесса на всем пути от забоя до потребителя. В зависимости от качества и требований потребителя запасы полезного ископаемого разделяются на технологические типы и сорта, обычно требующие различной 16 технологии переработки и часто вызывающие необходимость их раздельной выемки в карьере. Тип руды характеризуется химико-минералогическим составом и другими показателями, предопределяющими различную технологию переработки для различных типов руд. Сорт руды обычно определяется содержанием в ней полезного компонента. Различают, например, богатые, бедные и убогие руды. Иногда сорта руды различаются по содержанию вредных компонентов. Различные сорта руд могут перерабатываться как совместно по единой технологии, так и раздельно. Окончательный эффект горного производства достигается при переработке полезного ископаемого на обогатительных фабриках, в доменном процессе и т. п. Горные работы ведут на основе погоризонтных качественных планов, на которых отражают все типы и сорта полезного ископаемого с указанием содержания полезных и вредных компонентов и других характеристик. В последние годы вследствие резко возросших требований к охране окружающей среды возникла необходимость в определении агрохимических и токсических качеств горных пород, которые должны быть известны для правильного решения задач рекультивации породных отвалов. При производстве вскрышных работ требуются раздельная выемка и укладка в отвалы плодородных и потенциально плодородных почв, а также токсичных пород. Лекция 7 СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ГОРНОЙ МАССЫ К ВЫЕМКЕ Подготовка горной массы к выемке заключается в: – предварительном осушении, защите от промерзания, оттаивании и разупрочнении – для мягких, сыпучих и плотных пород; – осушении и разупрочнении механическим или буровзрывным рыхлением – для скальных и полускальных пород. Реже используются такие методы разупрочнения как: с использованием воды, с использованием поверхностно активных веществ (ПАВов), с применением токов 17 высокой или низкой частоты, электромагнитных полей, с использованием термического воздействия. Осушение пород перед выемкой Обводненность горных пород значительно затрудняет условия работы людей и машин. Кроме того, к ряду полезных ископаемых предъявляются определенные требования по содержанию влаги. Основные способы осушения горных выработок: – формирование водосборных выемок (карьерных зумпфов) с последующей подачей собранной воды на поверхность с использованием насосов; – формирование системы водоотводящих канав и валов, предотвращающих попадание воды в карьер, стекающей с прилегающей нагорной части месторождения; – организация предварительного осушения за счет формирования опережающих горных выработок, аккумулирующих водопритоки из рабочей зоны; – организация заградительного дренажа, состоящего из глубоких скважин, обуриваемых по периметру карьерной выемки; – применение ряда специальных организационных мероприятий по осушению (иглофильтры, локальное замораживание, высокое давление). Предохранение пород от промерзания Смерзание пород влечет за собой увеличение их предела прочности на сжатие. Предохранение горных пород от смерзания может быть выполнено одним из следующих способов: – вспашка и боронование поверхности слоя, подлежащего отработке, при котором происходит снижение теплопроводности пород; – создание снегового покрова над предохраняемым слоем; – создание искусственного льдовоздушного покрова; – утепление поверхности теплоизоляционными материалами; – устройство специальных покрытий и тепляков; – комбинированное утепление. 18 Выбор того или иного способа предохранения зависит от глубины промерзания пород. Оттаивание мерзлых пород Оттаивание может осуществляться: 1. Электричеством Глубинный электрообогрев осуществляется размещением электродов рядами или в шахматном порядке в специальных шпурах, пробуренных на глубину промерзания породы на расстоянии 50-70 см друг от друга. Поверхностное оттаивание заключается в размещении металлических сеток на оттаиваемой поверхности. По сеткам пропускается высокочастотный ток (70 кГц) высокого напряжения (12 кВ). 2. Поверхностным пожогом Данный способ заключается в сжигании слоя угля на поверхности массива. 3. Горячими газами Возможно при небольших объемах извлечения. Осуществляется с помощью установки, состоящей из чугунных полутруб, укладываемых на прогреваемую поверхность. В трубы подаются образующиеся при сжигании в форсунках дизельного топлива горячие газы, которые и нагревают массив. 4. Паром Производится с помощью паровых игл, вставленных в шпуры, которые потом закрываются пробками. 5. Термохимическими патронами На участке по определенной сетке (в зависимости от условий работы) бурятся шпуры, в которые закладываются и затем сжигаются термические патроны. Буровзрывная подготовка (см. следующую лекцию). Лекция 8 БУРОВЗРЫВНАЯ ПОДГОТОВКА ГОРНОЙ МАССЫ К ВЫЕМКЕ Подготовка горной массы к выемке с использованием БВР является основным способом разупрочнения скальных и полускальных массивов. 19 По характеру разрушения породы все способы бурения делятся на механические и физические. Способ бурения зависит от физико-механических свойств горных пород. Различают следующие механические способы бурения: – бурение резанием; – ударное бурение; – ударно-вращательное бурение; – шарошечное бурение. Бурение резанием (вращательное) применяется в породах с коэффициентом крепости до 6-7, шарошечное – в породах с коэффициентом крепости 7-20, ударновращательное – в породах с коэффициентом крепости 16-20. Физические способы бурения: – огневое; – электрическое; – гидравлическое. ТЕХНОЛОГИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО (ШНЕКОВОГО) БУРЕНИЯ Механизм разрушения пород при вращательном бурении носит характер периодического скола с резкими колебаниями усилий на лезвие инструмента от максимума до минимума. Буровой инструмент при бурении резанием – буровые штанги и буровые колонки. Примерно 30% взрываемой горной массы на карьерах обуривается с использованием режущих долот. Режущий инструмент классифицируется по ряду признаков: 1. По способу удаления буровой мелочи из забоя: со шнековой очисткой скважин, с продувкой скважин воздухом. 2. По назначению: для бурения мягких пород (f<4), для бурения пород повышенной крепости (f<7). В более крепких породах имеет место интенсивный износ резцов. 3. По числу режущих лучей (перьев): двухлучевые, трехлучевые, четырехлучевые, с круговым расположением резцов. 20 4. По способу армирования твердым сплавом: армированный вставками по торцу, армированный по передней грани, армированный специальными несъемными резцами, со сменными резцами. 5. По расположению резцов в линиях резания: дублированное, недублированное, смешанное. 6. По форме режущей кромки и расположению резцов по высоте: со сплошной режущей кромкой, с прерывистой режущей кромкой, с превышением резцов в каждой последующей линии над предыдущими. ТЕХНОЛОГИЯ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ На шарошечное бурение приходится до 80% всего объема буровых работ на карьерах. Принцип шарошечного бурения состоит в том, что при вращении инструмента прижатого к забою скважины, оснащенного конусами или цилиндрами с зубками (шарошки), последние перекатываются по забою, при этом зубки внедряются в породу и осуществляют ее разрушение. Процесс внедрения зубков в породу происходит под действием осевого давления, передаваемого через буровой став. Удаление продуктов разрушения с забоя скважины производится сжатым воздухом или водой. Буровой инструмент – шарошечные долота, как правило, с тремя шарошками. По расположению и конструкции промывочных или продувочных каналов долота изготовляются: – с центральной промывкой; – с центральной продувкой; – с боковой гидромониторной промывкой; – с комбинированной центральной и боковой промывкой; – с боковой продувкой. ТЕХНОЛОГИЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН При бурении скважин станками с пневмоударниками породоразрушающий инструмент подвергается одновременному действию нескольких нагрузок: 21 динамической от бойка пневмоударника, статического осевого усилия и вращающегося момента. Динамическая нагрузка периодически и с большой частотой действует на хвостовик буровой коронки, это способствует эффективности разрушения породы и снижению износа лезвий по сравнению с вращательным бурением. Статическое осевое усилие обеспечивает заглубление в забой скважины лезвия долота. Вращающий момент вызывает скол породы, находящейся впереди заглубленного лезвия. В комплект инструмента для ударно-вращательного бурения входят: пневмоударник, долото, буровая штанга. Пневмоударники могут работать на сжатом воздухе или на воздушо-водяной смеси. По типу воздухораспределения – клапанные и бесклапанные. По типу крепления долота к корпусу пневмоударника – со шпоночным и роликовым соединением. Буровые долота классифицируются по следующим признакам: 1. По диаметру – 85, 105, 125, 150, 160 мм. 2. По числу разрушающих лезвий и их расположению – долотчатые, трехперые, крестовые и X-образные, многолезвийные. 3. По расположению разрушающих лезвий: одноступенчатые, двухступенчатые, многоступенчатые. 4. По способу удаления продуктов разрушения – с центральной, боковой и внешней продувкой. ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕВОГО БУРЕНИЯ В камере сгорания горелки ракетного типа сжигается жидкое горючее в смеси с окислителем. Струи раскаленного газа истекают через сопла горелки со сверхзвуковой скоростью и нагревают породу. Порода при нагревании расширяется и разрушает близлежащие слои (эффект холодного стакана, заполняемого кипятком). Разрушение забоя скважин при термическом бурении происходит либо за счет температурных напряжений на поверхности (200-250°С) либо за счет плавления 22 породы (1200-1700°С). В качестве рабочих компонентов могут использоваться: смесь керосина и кислорода, смесь воздуха и бензина, смесь азотной кислоты и горючего (бензин, керосин). Достоинствами огневого бурения является: – отсутствие разрушающего инструмента; – непрерывность процесса бурения; – возможность создания полости любой формы; – возможность автоматизации управления процессом бурения; – малое пылеобразование. Недостатки: – большая энергоемкость; – сложность оборудования; – ограниченная область применения. Лекция 9 ВИДЫ ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Выемка и погрузка, как правило, выполняются одной машиной или одним комплексом забойных машин. Различают два вида выемки: – валовая (все разновидности горных пород экскавируются и грузятся совместно); – селективная (разные типы, сорта полезного ископаемого извлекаются и грузятся отдельно друг от друга). Экскавация горной массы на карьерах выполняется: – одноковшовыми экскаваторами (применяются во всех условиях разработки карьера с погрузкой во все виды транспорта); – экскаваторами многочерпаковыми – цепными и роторными (применяются для мягких пород без предварительного рыхления с погрузкой на конвейер или в ж/д транспорт); – выемочно-транспортным оборудованием (скреперы, бульдозеры); 23 – ковшовыми погрузчиками (применяются для мягких и хорошо разрыхленных скальных пород, погрузка в любые виды транспорта, возможно транспортирование горной массы в ковше погрузчика на расстояния до 500 м). ТИПЫ ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ Одноковшовые экскаваторы выпускают в различном конструктивном исполнении трех типов: – строительные, – карьерные и вскрышные, – шагающие драглайны. Строительные экскаваторы имеют в основном ковши небольшой вместимости (0,5–2,5 м3), универсальное рабочее оборудование (прямая или обратная лопата) дизельный или дизель-электрический двигатель, часто изготовляются на пневмоколесном ходу и отличаются значительной маневренностью. Они выпускаются с канатным или чаще с гидравлическим приводом. Предназначены для погрузки, главным образом, мягких пород. Их преимущественно применяют на добыче песка, глин и на земляных работах в строительстве. Карьерные экскаваторы (канатные и гидравлические) имеют мощное рабочее оборудование в виде прямой мехлопаты с канатным или гидравлическим приводом и с ковшами вместимостью от 3,0–5,0 до 12,5–35,0 м3. Они предназначены для погрузки скальных и тяжелых руд и пород. Эти экскаваторы имеют электрический двигатель и гусеничный ход. Вскрышные экскаваторы имеют удлиненную стрелу и рукоять по сравнению с карьерными. Вместимость ковшей этих экскаваторов достигает в отдельных случаях 150 м3 и более. Вскрышные экскаваторы с ковшами вместимостью до 10– 20 м3 применяют для погрузки породы в транспортные средства, расположенные выше уровня стояния экскаватора, а с ковшами большей вместимости – для перевалки породы при бестранспортных системах разработки. Шагающие драглайны отличаются гибкой канатной связью ковша с приводом. Они обычно имеют ковши вместимостью от 6–8 до 100 м3 и более и стрелу длиной от 60 до 150 м. Драглайны предназначены для перевалки рыхлых или хорошо взорванных скальных пород и лишь в отдельных случаях при небольшой 24 вместимости ковша (до 4–8 м3) могут применяться для погрузки породы в транспортные средства или бункера. Одноковшовые экскаваторы различаются: По виду привода: – электрический; – гидравлический. По связи ковша со стрелой: – жесткая связь (механическая лопата); – с гибкой связью посредством канатов и цепей. По виду оборудования: – прямая лопата; – обратная лопата. По емкости ковша: – до 4 м – строительные экскаваторы; – свыше 4 м – карьерные экскаваторы. НОМЕНКЛАТУРА ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ ЭКГ — экскаватор электрический, на гусеничном ходу. Цифры, стоящие после дефиса, обозначают вместимость основного ковша в кубических метрах. Прямая карьерная лопата используется на мягких, плотных и разрыхленных (полускальных и скальных) породах, при погрузке пород в отвал и транспортные сосуды, установленные на уровне стояния экскаватора или на вышележащем уступе, а также при проходке траншей и на отвальных работах. ЭШ — экскаватор шагающий. Цифры, стоящие до точки, — номинальная вместимость основного ковша в кубических метрах. Цифры, стоящие после точки, — длина стрелы в метрах. Драглайн применяется на легких, средней крепости или взорванных крепких породах, как с нижним, так и с верхним черпанием при бестранспортной системе разработки, при работе на отвалах, при переэкскавации горной массы, при погрузке в транспортные сосуды или бункер, при строительстве карьеров и проходке траншей. 25 ЭГ — экскаватор карьерный гидравлический, на гусеничном ходу, прямая лопата. Цифры, стоящие после дефиса, обозначают вместимость основного ковша в кубических метрах. ЭГО — экскаватор карьерный гидравлический, на гусеничном ходу, обратная лопата. Цифры, стоящие после дефиса, обозначают вместимость основного ковша в кубических метрах. Обратная лопата применяется на тех же породах, что и прямая лопата, при черпании ниже уровня его стояния и погрузке в транспортный сосуд, расположенный на нижележащем уступе или на уровне стояния экскаватора и при проходке траншей. Буквы А, И, М, С, добавленные к названию, обозначают модификации экскаваторов; Ус — экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для погрузки транспорта, расположенного на уровне стояния экскаватора; У — экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для верхней погрузки. Лекция 10 ТИПЫ ЭКСКАВАТОРНЫХ ЗАБОЕВ а — боковой с нижней погрузкой; б — то же с верхней погрузкой; в — фронтальный с нижней погрузкой; г — траншейный с нижней погрузкой; д—то же с верхней погрузкой РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ ЭКСКАВАТОРОВ МЕХЛОПАТ Конфигурацию и размеры забоя определяют радиус и высота черпания и разгрузки, а также положение пунктов черпания и разгрузки. 26 Радиус черпания Rч — горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Различают: – максимальный радиус черпания Rч max — при максимально выдвинутой горизонтальной рукояти, – минимальный радиус черпания Rч min — при подтянутой к гусеницам рукояти с ковшом на горизонте установки экскаватора, – радиус черпания на уровне стояния Rч.у. — максимальный радиус черпания на горизонте установки экскаватора, а также – радиус черпания при максимальной высоте черпания. Высота черпания Нч — вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Различают: – максимальная высота черпания Hч.max соответствует максимально поднятой рукояти. – высота черпания при максимальном радиусе черпания и максимальную – глубина черпания ниже горизонта установки экскаватора hч. Радиус разгрузки Rр – горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до оси ковша при разгрузке. Максимальный радиус разгрузки Rр.max соответствует максимально выдвинутой горизонтальной рукояти. Высота разгрузки Hр - вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней кромки открытого днища ковша; – максимальная высота разгрузки Hр max соответствует максимально поднятой рукояти. Минимальные значения радиусов черпания и разгрузки не совпадают с соответствующими максимальными значениями высот разгрузки. Габариты экскаватора определяются радиусом вращения задней части кузова Rk, высотой экскаватора Hэ (вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до верхнего края наиболее выступающей вверх несъемной его части), высотой кузова экскаватора hk. Скорость движения мехлопат на гусеничном ходу составляет 0,9—3,7 км/ч. Преодолеваемый подъем —12°. 27 РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ ДРАГЛАЙНОВ Основными рабочими параметрами драглайна являются:  максимальный радиус черпания Rч.max,  минимальный радиус черпания на уровне стояния Rч.y,  радиус разгрузки Rp,  максимальная глубина черпания Нч mах,  максимальная высота разгрузки Нр.max. Работа драглайна разрешена при скорости ветра до 20 м/с. Радиус разгрузки и радиус черпания мощных драглайнов с ковшом вместимостью более 10—15 м3 при погрузке породы и отвал могут увеличиваться на величину заброса ковша. Дальность заброса в зависимости от модели драглайна и опыта машиниста составляет около 1/4 длины стрелы. Схемы работы драглайнов с забросом ковша используют при проведении траншей с большой площадью сечения, при очистке уступа полезного ископаемого от породы и перевалке ее в выработанное пространство. Глубина и радиус черпания драглайна могут быть увеличены путем уменьшения наклона стрелы. 28 29 Лекция 11 КАРЬЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ Карьерный транспорт служит для перемещения горной массы на открытых разработках и представляет собой комплекс устройств и сооружений, объединяющий основное (подвижной состав) и вспомогательное оборудование, транспортные коммуникации, средства управления работой, устройства для технического обслуживания и ремонта. Пунктами погрузки в карьерах (разрезах) служат экскаваторные забои или промежуточные склады, а пунктами разгрузки для вскрышных пород — отвалы, для полезного ископаемого — постоянные или временные склады, приемные бункера дробильных, сортировочных, обогатительных, агломерационных или брикетных фабрик. В случаях, когда полезное ископаемое из карьера направляется отдаленным потребителям, разгрузка как таковая отсутствует и работа карьерного транспорта завершается передачей груза на магистральный транспорт. Вид карьерного транспорта определяется в первую очередь средствами перемещения горной массы. Каждому виду транспорта соответствуют определенные оборудование, коммуникации и организация работы. Выбор вида транспорта производится на основе технико-экономических расчетов применительно к конкретным горнотехническим условиям с учетом большого числа разнообразных факторов: условий залегания пласта и рудного тела, производственной мощности карьера, т.е. объема перевозок, характеристики транспортируемого груза, глубины карьера, расстояния транспортирования и т.д. С учетом вида карьерного транспорта выбираются схемы вскрытия месторождения и параметры системы разработки. Особенности карьерного транспорта:  пункты погрузки и разгрузки постоянно меняют свое положение, следуя за фронтом горных работ, что требует периодического перемещения транспортных коммуникаций и оборудования;  для высокопроизводительного использования экскавационного (погрузочного) и транспортного оборудования необходимо взаимное согласование параметров того и другого. 30  работа в стесненных условиях при минимальных радиусах трасс, до 120м при ж.д. транспорте и 30м при автомобильном транспорте.  относительно небольшая длинна транспортировки 3-10 км при ж.д. транспорте и 1.5-4 км при автомобильном транспорте.  большие уклоны трасс и большая высота подъема горной массы (до 200-250м и более), уклоны при ж.д. транспорте до 40-60о/оо, при автомобильном транспорте до 80 - 150 о/оо.  значительная доля временных автодорог по трассе движения с низкими транспортно-эксплуатационными качествами.  значительная мощность грузопотоков - десятки миллионов тонн в год,  значительная плотность, повышенная прочность и абразивность, неоднородная кусковатость перемещаемой горной массы, ударные воздействия при погрузке и разгрузке. Основные виды карьерного транспорта:  автомобильный,  железнодорожный,  конвейерный транспорт. Нетрадиционные виды карьерного транспорта:  гидравлический трубопроводный транспорт (карьеры гидромеханизированой добычи).  канатные дороги и подъемники (карьеры в гористой местности небольшой мощности),  скиповые подъемники (Сибайский медно-серный комбинат, Башкирия). 31 Лекция 12 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРЬЕРНОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА Автомобильный карьерный транспорт получил широкое распространение на открытых разработках всех горнодобывающих отраслей как в России, так и во многих странах мира. Опыт применения автотранспорта подтвердил его высокие техникоэкономические показатели в определенных горнотехнических условиях. Круг этих условий в последние годы расширяется благодаря созданию новых высокопроизводительных автомобилей и совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта. Основные преимущества автомобильного транспорта:  автономность, т.е. независимость от внешних источников питания энергией, благодаря чему использование в период строительства карьеров;  мобильность, что позволяет применять автотранспорт в сложных условиях залегания, а также при разработке месторождений с ограниченными запасами и малом сроке эксплуатации;  возможность транспортирования горных пород с самыми различными физико- механическими свойствами;  сокращение длины транспортных коммуникаций благодаря возможности двигаться по относительно крутым подъемам автодорог;  упрощение процесса отвалообразования.  отсутствие рельсовых путей и контактной сети упрощает организацию работ, производительность экскаваторов возрастает на 20–25 % по сравнению с их производительностью при железнодорожном транспорте.  увеличивается возможный темп углубления горных работ и скорость подвигания забоев. Основные недостатки автотранспорта:  значительная зависимость от состояния автодорог и, как следствие, снижение производительности в период дождей, снегопада, гололеда;  загрязнение атмосферы отработавшими газами при большой интенсивности движения и ограниченных размерах карьера; 32  относительно высокие энергоемкость и эксплуатационные затраты. Схемы автодорог и движения автотранспорта определяются горнотехническими условиями разработки месторождения, направлением и расстоянием транспортирования вскрышных пород и полезного ископаемого. Расположение автодорог и направление движения по ним зависят от способа вскрытия месторождения. С применением автомобильного транспорта трасса вскрывающих выработок, обеспечивающих транспортную связь вскрышных и добычных уступов с технологическим комплексом на поверхности, представлена в виде прямых, спиральных, петлевых и комбинированных съездов. При выборе руководящего (расчетного) уклона учитываются глубина карьера, интенсивность движения, тяговые свойства средств автотранспорта, климатические особенности района. Большие уклоны позволяют значительно сократить объемы горных работ, однако при этом снижаются безопасность и скорость движения автомобилей, а также пропускная способность автодорог. Для современных типов автосамосвалов (колесная формула 4*2) расчетный уклон по этим соображениям принимается равным 80—90 °/00. В исключительных случаях на отдельных участках дороги допускается уклон свыше 90 °/00. При использовании автопоездов с колесной формулой 6x2 целесообразнее пологий уклон (40—50 °/оо), так как в этом случае увеличиваются скорость движения автомобилей и производительность автотранспорта в целом. На криволинейных участках постоянных автодорог предусматривается уширение проезжей части в зависимости от радиуса закругления на 1-3 м с постепенным уменьшением ширины обочины (при этом ширина обочины должна оставаться не менее 1 м). На временных дорогах в забоях и на отвалах уширение проезжей части на кривых не выполняется. Очертание поверхности проезжей части выполняется с уклоном для отвода воды. Карьерные автодороги различают: по характеру перевозок — технологические, хозяйственные; местоположению — в капитальных траншеях, на съездах, отвалах, в забоях; условиям эксплуатации — постоянные, временные; конструкции — с дорожным покрытием и без покрытия. 33 Важнейший параметр автодороги — ширина проезжей части. Ширина проезжей части автодорог зависит от габаритов подвижного состава, скорости и числа полос движения. Автомобильный транспорт применяют, главным образом, на карьерах малой и средней производственной мощности с грузооборотом до 15 млн. т в год, а на более крупных карьерах – в основном в комплексе с другими видами транспорта. При автосамосвалах большой грузоподъемности (80–180 т) применение автотранспорта эффективно при грузообороте карьера 25–70 млн т в год и более. Автотранспорт эффективен при строительстве карьеров, при разработке залежей сложных форм, малых размерах карьерных полей, сложной топографии поверхности. Он успешно применяется при раздельной выемке сложно-структурных залежей; может использоваться как вспомогательный и дополнительный к другим видам транспорта, особенно при горно-подготовительных работах. По конструктивному исполнению подвижной состав карьерного автотранспорта подразделяется на две основные группы — автосамосвалы и автопоезда. К конструкции эксплуатации на карьерных открытых автомобилей горных ввиду разработках специфических предъявляются условий следующие требования:  высокая прочность механической части, позволяющая выдерживать ударные усилия при экскаваторной погрузке;  обеспечение удобства погрузки и разгрузки кузова для сокращения длительности этих технологических операций;  высокая маневренность для обеспечения эффективной работы в стесненных условиях горных выработок;  на затяжных подъемах и спусках, характерных для карьерных условий, возможность развивать достаточную скорость и необходимое тормозное усилие. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРЬЕРНОГО Ж/Д ТРАНСПОРТА Железнодорожный транспорт имеет широкое распространение на карьерах всех горнодобывающих отраслей России и других стран. Основные преимущества ж.-д. транспорта: 34  возможность достижения практически любой производственной мощности карьера при любом расстоянии перевозок за счет большой пропускной способности путей и увеличения массы поезда до 1500 т и более;  надежность работы в любых климатических и горно-геологических условиях,  способность транспортировать горные породы с различными физико- механическими свойствами,  незначительное отрицательное воздействие на окружающую среду,  относительно низкие энергоемкость и стоимость транспортирования. К недостаткам относятся:  большая протяженность фронта работ на уступах (не менее 300–500 м), кривые большого радиуса (не менее 100–120 м для широкой колеи), небольшие подъемы и уклоны путей (до 25–30, реже 40–60°/оо);  увеличение длины и объема наклонных траншей, снижается маневренность транспортных средств и производительность экскаваторов при раздельной выемке;  весьма трудоемкое перемещение и содержание путей;  небольшая производительность труда. Железнодорожный транспорт эффективно применяется при широком изменении объемов перевозки (от 20 до 100 млн т/год и более); рациональное расстояние транспортирования составляет 5— 10 км и более, радиусы кривых до 80—100 м, уклоны пути не превышают 2,5—3,5° (40—50 0/00), поэтому он наиболее эффективно используется на месторождениях с большими размерами карьерного поля и при выдержанном залегании пластов или рудных тел. Глубина карьеров при железнодорожном транспорте составляет обычно не более 200—250 м, а с применением тоннельных схем вскрытия глубоких горизонтов достигает 350—400 м. Лекция 13 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОНВЕЙЕРНОГО ТРАНСПОРТА Применение конвейерного транспорта связано с поточной технологией при использовании роторных и цепных экскаваторов, а также в комбинации с железнодорожным или автомобильным транспортом, когда конвейеры используются в качестве подъемников и для транспортирования по поверхности. 35 Конвейерный транспорт эффективно применяется при перевозке 20-40 млн. тонн/год и более. Рациональное транспортирование обычно не превышает 4,0-6,0 км. Высота подъема груза составляет 250-300 м. Основные преимущества конвейерного транспорта: – поточность транспортирования; – угол наклона транспортирования от 1,6 до 18 градусов. Как следствие – сокращение расстояния транспортирования и объема горно-капитальных работ по строительству траншей или наклонных стволов; – высокая экологичность. К недостаткам относятся: – жесткие требования к влажности, абразивности и габаритам среднего куска; – зависимость от климатических условий; – относительно высокая энергоемкость. По назначению и месту установки конвейера в транспортной схеме на открытых горных работах различают конвейеры забойные, отвальные, подъемные, магистральные, соединительные, вспомогательные. Забойные и отвальные конвейеры являются передвижными, подъемные и магистральные – стационарными, соединительные – полустационарными. Основные части конвейера: линейные и переходные секции с верхними и нижними роликоопорами, замкнутая конвейерная лента, приводная станция. КОМБИНИРОВАННЫЙ ТРАНСПОРТ При комбинированном транспорте на отдельных звеньях транспортной системы применяются различные виды и средства транспорта, что позволяет достигнуть более высоких технико-экономических показателей его работы в целом, так как каждый из входящих в комбинацию видов транспорта эксплуатируется в наиболее благоприятных для него условиях. Транспорт первого звена (внутрикарьерный) непосредственно обслуживает добычные забои. Он должен обладать большой маневренностью для обеспечения высокой производительности добычных машин, полноты выемки и требуемого качества полезного ископаемого. 36 Транспорт второго звена должен обеспечить перемещение по кратчайшим наклонным участкам пути. Транспорт третьего звена (на поверхности) характеризуется транспортированием горной массы на большое расстояние по относительно горизонтальным участкам пути. Как показала практика, для транспортирования горной массы в карьере наиболее целесообразно использовать автосамосвалы различной грузоподъемности. Для подъема горной массы наиболее высокие технико-экономические показатели достигаются при использовании конвейерных и скиповых подъемников. Для транспортирования горной массы на поверхности лучшие результаты дает железнодорожный транспорт. Наибольшее железнодорожного распространение транспорта, при получила которой комбинация горная автомобильно- масса доставляется автотранспортом от забоев до перегрузочных пунктов, а затем железнодорожным транспортом на поверхность до отвалов или дробильно-обогатительной фабрики (ДОФ). Перегрузка горной массы производится экскаваторами или на эстакадах при непосредственной разгрузке автосамосвалов в вагоны. Основное достоинство этой схемы: низкие затраты на перевозку 1 т горной массы и большая провозная способность транспортной сети. Основной недостаток состоит в том, что размещение перегрузочных пунктов, имеющих довольно значительные размеры (до 500–600 м и более), приводит к сокращению рабочей зоны и к консервации рабочих уступов на длительное время, что осложняет горные работы. Комбинированный автомобильно-железнодорожный транспорт с внутрикарьерной перегрузкой горной массы эффективен на нижних уступах при глубине 120–150 м (иногда 40–70 м) и при большой производственной мощности карьеров в тех случаях, когда на верхних горизонтах используется железнодорожный транспорт. Расстояние транспортирования автосамосвалами при этом обычно не превышает 0,7–0,9 км (иногда достигает 1,2–1,5км). 37 Комбинация автомобильного транспорта с конвейерными или скиповыми подъемниками применяется на глубоких горизонтах карьера, расположенных ниже 120–150 м от поверхности. При этой схеме подъемники выдают горную массу на поверхность по кратчайшему пути и, следовательно, с наименьшими затратами. Комбинация автомобильного транспорта с рудоспусками, подвесными канатными дорогами применяется на высокогорных карьерах, где спуск горной массы при перепаде высот 200–800 м другими средствами затруднен, небезопасен и требует слишком больших затрат. Лекция 14 ОТВАЛООБРАЗОВАНИЕ Технологический процесс размещения пустых пород и некондиционных руд, удаляемых при открытой разработке и строительстве, называется отвалообразованием. Способы отвалообразования зависят, прежде всего, от вида применяемого транспорта и типа рабочего оборудования. При железнодорожном транспорте применяются экскаваторные (с механическими лопатами, драглайнами, абзетцерами), плужные и бульдозерные отвалы, при автомобильном транспорте — бульдозерные и экскаваторные, при конвейерном транспорте для укладки породы в отвал используются консольные отвалообразователи. По размещению относительно контура карьера отвалы делятся на внешние и внутренние, а по стационарности — на постоянные и временные. Отвал по своей конструкции представляет собой насыпь горной массы, состоящую, как правило, из нескольких слоев (ярусов) и имеющую в плане в общем случае криволинейную форму или чаще близкую к прямоугольнику. В один отвал может быть раздельно уложено два-четыре вида пород или некондиционных полезных ископаемых (селективное складирование пород). Селективное складирование ведется в случаях, когда извлекаемые вскрышные породы представляют собой сырье для обрабатывающей промышленности и строительства либо некондиционные полезные ископаемые, которые в дальнейшем с пересмотром 38 кондиций и совершенствованием технологии обогащения могут быть вовлечены в переработку. Формирование отвала осуществляется в течение всего периода его эксплуатации и завершается, когда в плане он достигает отведенных ему границ (предельных контуров), а в высоту — проектных отметок. Процесс формирования отвала начинается с создания пионерной насыпи первого яруса. При железнодорожном и конвейерном транспорте пионерная насыпь длиной 0,5-2,0 км имеет узкую и вытянутую форму, благодаря чему обеспечивается длина фронта работ, достаточная для эффективного использования транспортного и отвального оборудования. Развитие отвала происходит в одну или обе стороны дискретно с шагом, равным ширине отвальной заходки. При автомобильном транспорте пионерная насыпь имеет овальную форму и ограничивается размерами площадки для свободного маневрирования автосамосвалов (приблизительно 100×200 м). ТЕХНОЛОГИЯ ПЛУЖНОГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ На плужных отвалах порода, доставленная из карьеров в думпкарах, разгружается непосредственно под откос отвального уступа, при этом часть породы (около 40 % взорванных скальных и до 70 % мягких и плотных) остается на откосе в виде насыпей, а остальная скатывается вниз. Разгрузка производится одновременно из двух-трех думпкаров состава. Для сталкивания породы под откос отвала применяют отвальные плуги. Отвальный плуг представляет собой агрегат, исполнительным органом которого является система подвижных лемехов. Масса тяжелых отвальных плугов составляет 50—70 т, максимальный вылет дальнего крыла (лемеха) 7,5 м. После разгрузки вагонов по всей длине отвального тупика производится его профилирование (вспашка) отвальным плугом, который разравнивает сваленную породу боковым лемехом. Часть породы сваливается под откос, а на отвальной бровке создается площадка, на которую снова выгружают породу. Операцию по разгрузке составов с последующей планировкой отвальным плугом повторяют несколько раз (четыре—восемь), после чего вдоль отвальных путей 39 создается площадка шириной до 3,5 м, затем производят передвижку путей в новое положение, ближе к бровке отвала, и все операции повторяют снова. Основное преимущество плужных отвалов состоит в сравнительно небольших капитальных затратах, поскольку один отвальный плуг и один путепередвигатель могут обслуживать несколько отвальных тупиков (тогда как при экскаваторных отвалах на каждом отвальном тупике необходимо иметь отдельный экскаватор). Большим достоинством этого способа отвалообразования является также низкая энергоемкость работ, так как значительная часть породы складируется в отвал под действием силы тяжести. Приемная способность отвальных тупиков 300—400 тыс. м3/год, производительность труда отвального рабочего 80— 270 м3/смену. К недостаткам плужных отвалов относятся: – низкая высота отвального уступа (10—15 м в мягких породах, 15—20 м в скальных породах), которая ограничивается условиями его устойчивости и требованием безопасного расположения железнодорожного пути, находящегося после его передвижки на расстоянии 1,5—2м от верхней отвальной бровки. Так как железнодорожный путь из-за частых передвижек не может быть уложен на балласт, то устойчивость его на высоких отвалах недостаточна; – отсутствие эффективной механизации для передвижки железнодорожных путей и поддержания их в безопасном состоянии. В настоящее время эти работы требуют больших затрат ручного труда, что резко снижает производительность труда рабочих и увеличивает эксплуатационные расходы. Плужное отвалообразование эффективно, главным образом, на небольших рудных карьерах при раздельной отсыпке бедных и специальных сортов руд во временные отвалы и при одновременной эксплуатации большого числа тупиков с небольшими объемами работ на каждом из них. ТЕХНОЛОГИЯ БУЛЬДОЗЕРНОГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ПРИ Ж/Д ТРАНСПОРТЕ При бульдозерном отвалообразовании укладка породы в отвал осуществляется мощными бульдозерами. После возведения пионерной насыпи железнодорожные пути укладываются на расстоянии 4—5 м от бровки отвала. Длина приемной площадки 40 должна быть равна примерно двум длинам состава. Площадка устраивается с небольшим (5—6°) уклоном в сторону отвального откоса. Состав разгружается с одного места стояния или при дистанционном управлении на ходу со скоростью 3—4 км/ч. После разгрузки состава бульдозер перемещает породу в отвал или в промежуточный штабель. Если к моменту прибытия очередного состава зона разгрузки не освобождена от породы, состав может разгрузиться в другой части заходки. Складирование породы на площадке может осуществляться одним или двумя бульдозерами. Конструктивные особенности бульдозера не позволяют ему разворачиваться на месте, будучи под нагрузкой. Угол разворота бульдозера обычно составляет не 90, а 30—40°. Поэтому расстояние транспортирования бульдозером поперек заходки всегда больше ее ширины на 40—50 % и применение второго бульдозера, оснащенного косым плугом для штабелирования породы, значительно повышает среднюю производительность обоих бульдозеров. Рациональные параметры отвалов при использовании бульдозеров мощностью 240—360 кВт следующие: ширина заходки 50—60 м, длина тупика 1000—1400 м, высота отвального яруса 30—40 м. Рациональный годовой объем работы бульдозера составляет около 10 млн м3. Основные преимущества применения бульдозеров для отвалообразования при железнодорожном транспорте по сравнению с мехлопатами состоят в низких капитальных и приведенных затратах и возможности в 2—3 раза увеличить шаг переукладки путей и тем самым значительно снизить трудоемкость горных работ в карьере. Удельные приведенные затраты в 1,5—2 раза меньше, а производительность на 1 т массы оборудования в 6—7 раз больше, чем при использовании механических лопат. Основными недостатками являются: трудность очистки думпкаров от налипшей и намерзшей породы, большой расход дизельного топлива. 41 Лекция 15 ТЕХНОЛОГИЯ БУЛЬДОЗЕРНОГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ПРИ АВТОТРАНСПОРТЕ Для отвалообразования при автомобильном транспорте используются в настоящее время в основном мощные бульдозеры. Автосамосвалы разворачиваются на временной автодороге и задним ходом подъезжают к месту разгрузки. Разгрузка автосамосвалов относительно небольшой грузоподъемности (до 40 т) производится на расстоянии 1—2,5 м от верхней бровки отвала. При этом часть выгружаемой породы скатывается непосредственно под откос отвала. Планировка поверхности производится бульдозерами, которые сдвигают под откос выгруженную на ней породу. По условиям безопасности на верхней бровке отвала необходимо постоянно устраивать предохранительный вал породы или применять стопорное устройство в виде, например, ограничительного деревянного или металлического бруса. Разгрузка машин и планировка отвальной бровки производятся обычно на различных участках. Общая длина фронта работ отвального участка колеблется от 100 до 500 м и зависит от числа одновременно работающих автосамосвалов. К достоинствам бульдозерных отвалов относятся: простота работ на отвалах; возможность быстрого их строительства; небольшие затраты на отвалообразование, низкие капитальные затраты на оборудование. Бульдозер является не только отвальной машиной, но и основной машиной для ремонта и строительства как отвальных, так и карьерных дорог. ТЕХНОЛОГИЯ ЭКСКАВАТОРНОГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ПРИ Ж/Д ТРАНСПОРТЕ На экскаваторных отвалах в качестве механизмов для размещения породы в отвал после выгрузки ее из состава применяют механические лопаты, драглайны и многоковшовые отвальные экскаваторы-абзетцеры. Технология отвалообразования с применением мехлопат имеет следующие особенности. Отвальный уступ высотой от 10— 15 до 20—40 м разделен на два подуступа. Экскаватор располагается на кровле нижнего подуступа на 4—7 м ниже кровли верхнего подуступа, на которой находится железнодорожный путь. 42 Порода разгружается из думпкаров в приемную яму отвального экскаватора, имеющую длину 20—25 м, глубину (ниже горизонта установки экскаватора) 0,8—1 м и вместимость 200—300 м3. Экскаватор переваливает эту породу в трех направлениях: вперед по ходу экскаватора, в сторону под откос отвала и назад, создавая при этом отвальную заходку, высота которой должна быть выше уровня железнодорожного пути на 0,5— 1 м. Это превышение рассчитано на усадку породы, вследствие которой высота отвала сохраняется одинаковой во всех заходках. После разгрузки породы откос уступа принимает прямолинейный профиль с углом, близким к углу естественного откоса пород. Размещение породы экскаватором может производиться с отсыпкой верхнего и нижнего подуступов сразу. В случае неустойчивых отвалов первоначально отсыпается нижний под-уступ на длину 100 м и более, после чего экскаватор обратным ходом производит засыпку верхнего подуступа, затем операция повторяется. К достоинствам применения мехлопат на отвалах относятся: небольшая трудоемкость передвижки разгрузочных путей, которая производится обычно звеньями с помощью кранов; высокая производительность отвального тупика; возможность устройства отвалов в самых различных условиях, в том числе на заболоченных площадях. ОТВАЛООБРАЗОВАНИЕ ДРАГЛАЙНАМИ Процесс отвалообразования драглайнами аналогичен процессу отвалообразования мехлопатами. Думпкары состава поочередно (по два-три вагона) разгружаются в приемный бункер, который периодически, по мере развития отвальной заходки, сооружается драглайном. Глубина приямка 4—8 м, а длина равна длине двухтрех думпкаров. На первом этапе развития автомобильного отвала заполняют нижний ярус, состоящий из двух подуступов. Драглайн располагается на несколько метров ниже транспортного горизонта на кровле нижнего подуступа и, черпая породу из приемного бункера, заполняет нижний подуступ. Верхний подуступ также может быть заполнен экскаватором или использован как резервная емкость для бульдозерного отвалообразования, что гарантирует стабильность работы отвала. При заполнении нижнего яруса экскаватор заполняет второй ярус, разгружая породу из ковша выше 43 уровня транспортного горизонта. Доставка породы производится по той же автомобильной дороге. Приемная способность отвала и параметры забоя зависят от линейных параметров драглайна, устойчивости пород и рельефа основания отвала. Схемы отвалообразования различаются числом железнодорожных тупиков, обслуживающих один экскаватор, местоположением драглайна и путей относительно друг друга и относительно площади основания отвала, способом отсыпки отвальных ярусов (нижняя, верхняя, комбинированная) и порядком их заполнения. Лекция 16 СТРУКТУРА КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ НА КАРЬЕРАХ. ПРИНЦИПЫ КОМПЛЕКСНОСТИ Комплексы оборудования для открытой добычи формируются исходя из принципов механизации открытых горных работ, сформулированных акад. Н. В. Мельниковым. 1. Принцип поточности обеспечивают непрерывность перемещения горной массы от забоя до приемного пункта на поверхности. При этом достигаются наиболее полная комплексная механизация всех операций в грузопотоке, наибольшее использование всех механизмов во времени, лучшие экономические показатели и возможность полной автоматизации. 2. Принцип совмещения операций. В этом случае операции по выемке, транспортированию и укладке породы в отвал осуществляются одной машиной - экскаватором, при бестранспортных технологических схемах -погрузчиком, скрепером или бульдозером. 3. Принцип независимости операций. Каждая операция выполняется технически независимыми звеньями, функционирование которых взаимоувязано в пространстве во времени. В технологических схемах, основанных на этом принципе, каждая операция выполняется группой самостоятельных машин; например, погрузка - экскаваторами, транспортирование - автосамосвалами, отвалообразование - посредством бульдозеров. Принцип независимости операций широко распространен, так как наиболее универсален. На этом принципе основаны цикличные технологические схемы, 44 посредством которых отрабатывается более 95 % всех объемов скальных пород и преобладающая часть рыхлых пород на карьерах. Сочетание этого принципа с принципом поточности привело к созданию циклично-поточных технологических схем, применяемых при разработке крепких руд и скальных пород в глубоких карьерах. Машины, механизирующие отдельные процессы и предназначенные для выполнения всех работ при разработке месторождения слагают технологическую линию – структуру механизации. В ряде случаев для наилучших экономических показателей все процессы на карьере предельно механизируются. Основные процессы механизированы в настоящее время на 75-90 %. В большинстве случаев структура механизации набирается из отдельных машин специального технического назначения. Комплектация структур ведется на следующих принципах: – желательно чтобы машины в технологической линии были одного принципа действия; – по своим характеристикам машины должны соответствовать горнотехническим условиям разработки; – производительность машин должна быть одного порядка; – рабочие параметры оборудования отдельных процессов должны быть соизмеримыми; – машины в комплексе должны иметь примерно одинаковую надежность; – желательно чтобы число машин в технологической линии было минимальным. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОГР Система разработки наряду со способом вскрытия является важнейшей составной частью технологии горного производства как при открытом, так и подземном способе добычи. Рациональная, правильно выбранная для данных горно-геологических и организационно-экономических условий система разработки во многом определяет экономичность и безопасность горных работ, а также их воздействие на окружающую среду. 45 Разнообразие горно-геологических и организационно-экономических условий разработки месторождений определяет наличие множества систем открытой разработки, Системы характеризующихся набором определенных признаков. разработки разделены в зависимости от порядка формирования рабочей зоны. Технологическая классификация систем открытой разработки Индекс системы А Наименование систем разработки в зависимости от способа перемещени я вскрыши развития рабочей зоны расположения фронта работ в плане Бестранспо Сплошна Продольная ртная я Веерная Кольцевая направления перемещения фронта работ Однодвухбортовая или Горизонтальные и пологие залежи и пласты относительно небольшой Центральная или мощности (до 20-30 м) и рассредоточенная вскрыша небольшой мощности (до 20-45 м) Центральная или периферийная Транспортн Сплошна Продольная ая я Поперечная Веерная Б В Условия применения систем Одноили двухбортовая Центральная или рассредоточенная Кольцевая Центральная Периферийная Углубочн Продольная Одноили ая Поперечная двухбортовая Веерная Рассредоточенная Кольцевая Центральная Комбиниро Сплошна Те же в различных сочетаниях ванная я и углубочн ая Горизонтальные и пологие залежи и пласты большой мощности Наклонные и крутые залежи и глубоко залегающие месторождения Горизонтальные и пологие залежи большой мощности вскрыши, с переменным углом падения В зависимости от расположения фронта работ в плане и направления его перемещения классы и подклассы разделены соответственно на группы (продольные, поперечные, веерные и кольцевые) и подгруппы (однобортовые, двухбортовые, центральные, рассредоточенные, периферийные) (рис. ). 46 47