Открытые горные работы. Подземная разработка пластовых месторождений. Обогащение полезных ископаемых

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный индустриальный университет» Институт горного дела и геосистем Кафедра открытых горных работ и электромеханики КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине Геотехнология открытая для студентов, обучающихся по направлению подготовки (специальности) 21.05.04 Горное дело, Специализации: Открытые горные работы, Подземная разработка пластовых месторождений, Обогащение полезных ископаемых, Электрификация и автоматизация горного производства, Горнопромышленная экология Новокузнецк 2018 Лекция 1. Введение. Роль и место открытых горных работ Открытый способ разработки как минеральное направление развития горнодобывающих отраслей промышленности России сохраняются для обеспечения топливом и минеральным сырьем потребителей энергетики, горной и цветной металлургии, химической индустрии, строительства, машиностроения, вычислительной техники и т.д. В настоящее время добыча угля открытым способом в России осуществляется более чем из 60 разрезов с общей добычей 61 % (примерно 173 млн.т3, 85,5 млн. подземным способом и 258,5 млн. всего). Одним из наиболее освоенных и перспективных бассейнов по добычи открытым способом энергетических и коксующихся углей в России является Кузнецкий бассейн. В связи с резким сокращением капвложений для добычи открытым способом в ближайшей перспективе будет осуществляться в первую очередь за счет интенсификации открытых горных работ на действующих разрезах, их реконструкции и технического перевооружения. Наибольшее развитие в дальнейшем должны получить Канско-Ачинский, Кузнецкий, Иркутский и Южно-Якутский бассейны. За рубежом прогнозируются также дальнейший рост удельного веса добычи угля открытым способом: в Германии до 60 %, Индии до 66 %, Китае – 30 %, в США до 50 %. Развитие железорудной базы горной металлургии за последние годы характеризовалось стабилизацией высокого (до 80-86 %) уровня удельного веса открытого способа добычи руд горных металлов, возросшей долей крупномасштабных карьеров, увеличением глубины разработок, усложнением в целом горно-геологических условий добычи руд, что в свою очередь привело к непрерывному возрастанию трудоемкости выемки и транспортирования горных пород, снижению производительности горного и транспортного оборудования и увеличению себестоимости добычи руд. Открытый способ разработки получил широкое распространение в цветной металлургии. В настоящее время этим способом разрабатывают 60 месторождений цветных и редких металлов и 7 месторождений – комбинированным открыто-подземным способом. Открытым способом добывается более 60 % руд цветных металлов. Разработка месторождений горно-химического сырья осуществляется 35 карьерами и 20 рудниками, удельный вес открытого способа превышает 55 %. Открытым способом также разрабатываются все уникальные месторождения алмазов 15 карьеров и добывается около 20 % урана. Около 100 % сырья в промышленности строительных материалов в странах СНГ добывается открытым способом. Свыше 2000 карьеров производственной мощностью от нескольких сотен до 50 млн.т/год и более добывают свыше 30 видов полезных ископаемых: асбест, графит, каолин, 2 слюду, тальк, керамическое, стекольное, цементное, нерудное сырье, гранитные и мраморные блоки для производства облицовочных материалов и др. Основные преимущества открытого способа разработки по сравнению с подземным: - экономией производственных ресурсов, выражающийся в повышении производительности труда от 3-4 раз по рудным карьерам и до 10-11 раз угольным и снижении себестоимости в 3-4 раза; - сокращением в 2-3 раза и более сроков строительства предприятий одинаковой мощности; - снижением потерь полезных ископаемых в недрах до 1-5 %; - безопасными и более комфортными условиями труда; В ближайшей перспективе минерально-сырьевая база будет характеризоваться дальнейшим снижением качества полезных ископаемых, резким увеличением глубины разработки, значительным усложнением горногеологических условий промышленного освоения месторождений. Угольный вес открытого способа сохранится на уровне 75 % за счет увеличения его в первую очередь в угольной промышленности и цветной металлургии. Крупномасштабные объемы горных работ могут быть выполнены при условии поддержания карьеров большой мощности, переоснащения их высокопроизводительными, автоматизированными средствами для выполнения основных и вспомогательных процессов открытых горных работ, обеспечивающих комплексное освоение месторождений и восстановление окружающей среды. Одновременно важную роль будут играть малые и средние по мощности карьеры в первую очередь в промышленности нерудных строительных материалов, цветной металлургии, промышленности по производству минеральных удобрений и черной металлургии. Опережающие развитие открытых горных работ, создание проектов уникальных карьеров с глубиной разработок до 700-800 м и объемом до 200-300 млн.м3 в год горной массы, а также дальнейшее развитие малых и средних по мощности карьеров в различных регионах и отраслях горной промышленности выдвигают перед горной наукой в области открытой разработки месторождений новые научные проблемы и задачи: - изучение физических и других свойств горных пород и массивов взаимодействия с ними современных и принципиально новых рабочих органов для разрушения, выемки, погрузки и перемещения горной массы; - разработка научных основ автоматизированного проектирования, создания и эксплуатации глубоких карьеров; - разработка принципов создания для глубоких карьеров новой техники, в том числе на основе технологии с применением конвейерного, автомобильного, железнодорожного и комбинированного транспорта, создания комбинированного способа разработки; 3 - изучение устойчивости откосов уступов и бортов глубоких карьеров, разработка методов их определения и искусственного повышения их устойчивости путем формирования распорных призм, применения внутреннего отвалообразования при разработке крутых месторождений и др.; - разработка экономических критериев создания новой технологии и техники открытых горных разработок при комплексном освоении месторождений, включая использование вскрышных пород в народнохозяйственных целях. Минерально-сырьевая база следующего столетия будет характеризоваться частичным истощением крупных месторождений с относительно высоким качеством полезных ископаемых. Это вызовет необходимость освоения средних месторождений с бедным содержанием компонентов, вовлечения мелких месторождений с высоким содержанием, доработки некондиционных запасов на ранее разрабатываемых месторождениях, освоения морской минеральной сырьевой базы. Лекция 2. Горные породы как объект разработки. Характеристики месторождений полезных ископаемых 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Понятие «полезного ископаемого» Происхождение горных пород Разделение горных пород на группы Основные физико-механические свойства горных пород Основные виды вод, содержащихся в горных породах Акустические свойства горных пород 2.1. Горные породы как объект разработки К полезным ископаемым относятся все виды горных пород, добываемых для хозяйственных, строительных, промышленных и научных целей и используемых в сыром виде или после переработки. Возможность и эффективность применения различных средств механизации горных работ, величина материальных и трудовых затрат горного предприятия во многом определяется физико-механическими свойствами разрабатываемых пород. По происхождению выделяют осадочные, изверженные и метаморфические горные породы. Выделяют следующие группы пород: скальные, полускальные, плотные, мягкие, сыпучие, разнородные. К скальным относят большинство изверженных и метаморфических пород, а также некоторые осадочные породы, характеризующиеся прочностью при одноосном сжатии в образце более 50 МПа. Полускальные породы имеют предел прочности при одноосном сжатии в образце от 20 до 50 МПа. К ним относятся выветрелые изверженные и метаморфические породы и большинство осадочных пород (глинистые сланцы, аргиллит, алевролит, гипс, мергель и другие). 4 Скальные и полускальные породы, как правило, требуют для открытых работ предварительного рыхления пород перед выемкой. Трудность разработки скальных и полускальных пород в большей мере зависит от их трещиноватости в массиве. Плотные породы имеют предел прочности при одноосном сжатии 5-20 МПа и могут отделяться от целика с помощью горных машин. К таким породам относятся твердые глины, мел, бурые и каменные угли и другие. В массиве они способны сохранять откосы до 60-70º при их высоте до 10-20 м. (глины, суглинки, супеси, полностью Мягкие породы дизентегрированные, изверженные метаморфические породы и другие) имеющие предел прочности при одноосном сжатии 1-5 МПа, угол внутреннего трения 14-23º, сцепление 0,05-1 МПа, способны сохранять углы откосов 50-60º при их высоте до 7-10 м. Такие породы достаточно легко разрабатываются без предварительного рыхления всеми видами выемочных машин. Сыпучие породы (пески) характеризуются почти полным отсутствием сил сцепления между отдельными частицами и минимальными усилиями копания. Углы их откосов в насыпях и массиве не превышают угла внутреннего трения. Разнородные породы представлены мягкими и сыпучими породами со скальными включениями в виде гравия, валунов и др. Разнородные породы характерны для песчано-гравийных месторождений. Свойства мягких, сыпучих и разнородных пород определяются размерами слагающих их частиц и обломков и делятся на следующие основные группы: 1. грубообломочные с частицами более 2 мм в поперечнике; 2. песчаные – от 2 до 0,1 мм; 3. Пылеватые – от 0,1 до 0,01 мм; 4. глинистые < 0,01 мм. Разрушенные (в результате взрывного, механического воздействия или природных сил) скальные или полускальные породы характеризуются разрыхленностью, определяемой величиной коэффициента разрыхления и гранулометрическим составом (кусковатостью) – содержанием кусков различного диаметра. От разрыхленности зависит степень связности разрушенных пород и подразделяются на три вида: 1. Сыпучие разрушенные породы, имеющие Кр = 1,4-1,5, склонны к осыпанию и образованию четко выраженных откосов; 2. Связно-сыпучие разрушенные породы, имеющие Кр = 1,2-1,3, характеризуются отсутствием сцепления между отдельными блоками и кусками, но наличием между отдельными кусками и по ненарушенным природным трещинам в кусках. Насыпь таких пород не имеет четко выраженного откоса; 5 3. Связно-разрушенные породы, имеющие Кр = 1,03-1,1, представлены природными отдельностями массива, не полностью разделенные между собой. Свойства горных пород, влияющие на эффективность работы различного горно-транспортного оборудования и устойчивость откосов, уступов и бортов карьеров, во многом определяются количеством содержащейся в них воды. Вода в породах находится в свободном и связном состояниях. Свободная вода может находиться в виде капиллярной воды, удерживаемой в мелких порах и трещинах силами капиллярного поднятия и передвигающейся в породах под действием силы тяжести или давления. Физически связанная вода тесно соединена молекулярными силами притяжения с твердыми частицами породы, обволакивая их в виде пленки. Такая вода полностью удаляется из породы только нагреванием свыше 105110 ºС. Особенно велико влияние воды на свойства глинистых пород, в которых вода содержится в основном в связном виде, удерживаемой вокруг глинистых частиц молекулярными силами. Горные породы характеризуются коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова f, который в первом приближении определяется по формуле σ сж f = , 10 2.1 и по шкале проф. Барона Л.И. f, который в первом приближении определяется по формуле σ сдв = 0,5 σ сж ⋅ σ р , σ σ сж f = сж + . 30 3 2.2 2.3 Скальные породы характеризуются коэффициентом крепости > 6 и до 20 и более, полускальные от 1,5 до 6, плотные 0,8-1,5, мягкие < 0,8. При расчетах норм выработки и нормировании затрат на те или иные виды работ широко используют классификации горных пород и грунтов, приведенных в СниП, классификации пород по буримости и трудности экскавации, приводимые в единых нормах выработки. При ведении горных работ часто приходится сталкиваться с упругими свойствами горных пород. Они характеризуются модулем упругости Е (модулем Юнга) при одноосном напряженном состоянии, модулем сдвига G и коэффициентом поперечных деформаций μ (коэффициентом Пуассона). 6 Модуль упругости представляет собой отношение нормального напряжения σ к относительной линейной деформации образца ε l Ε= σ εl 2.4 где относительная линейная деформация образца ε определяется по l формуле εl = ∆l l 2.5 σ d2 l1 l2 d1 σ Рисунок 2.1 – Определение нормальных деформаций в образце Коэффициентом поперечных деформаций μ (коэффициент Пуассона) это отношение относительных поперечных ε и относительных продольных d (линейных) деформаций ε определяется по формуле l µ= ∆d / d ε d = . ∆l / l ε l Модуль сдвига – отношение относительному сдвигу θ . G= касательного 2.6 напряжения τ к τ θ τ θ Рисунок 2.2 – Определение касательного напряжения τ в образце и относительного сдвига θ 7 Шкала крепости горных пород по М.М. Протодьяконову и некоторые физические свойства пород и углей приведены в таблицах 2.1 и 2.2. Акустические свойства определяют условия распространения в горных породах упругих колебаний. Среди упругих колебаний в твердых телах наибольший интерес представляют продольные и поперечные волны и релеевские волны. Причем V р > Vs > V . R Скорость распространения продольных волн равны Vр = 1− µ Ε ⋅ ρ (1 + µ )(1 − 2µ ) 2.7 Скорость распространения поперечных волн Vs = G Ε 1 = ⋅ ρ ρ 2(1 + µ ) 2.8 Скорость релеевской волны: V = Κ ⋅ V , µ s R где Κ – безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента µ поперечных деформаций (при µ = 0,25, Κ = 0,9194; при µ = 0,5, Κ = µ µ 0,9553). 8 Таблица 2.1 – Шкала крепости горных пород по М.М. Протодъяконову Катего Степень Порода рия крепости I В высшей Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по степени крепости породы II Очень Очень крепкие гранитовые породы. Кварцевый порфир, очень крепкий гранит, крепкие кремнистый сланец. Менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки III Крепкие Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды a III " Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор. Доломит. Колчедан IV Довольно Обыкновенный песчаник. Железные руды крепкие a IV То же Песчанистые сланцы. Сланцеватые песчаники V Средние Крепкий глинистый сланец. Некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат a V " Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель VI Довольно Мягкий сланец. Очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый мягкие грунт, антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированные галька и хрящ, каменистый грунт a VI То же Щебенистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшиеся галька и щебень, крепкий каменный уголь. Отвердевшая глина VII Мягкие Глина (плотная), мягкий каменный уголь, крепкий нанос – глинистый грунт a VII " Легкая песчанистая глина, лёсс, гравий VIII Землистые Растительная земля, торф, легкий суглинок, сырой песок IX Сыпучие Песок осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь Коэффициент крепости 20 15 10 8 6 5 4 3 2 1,5 1,0 0,8 0,6 0,5 9 Плывучие X Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лёсс, другие разжиженные грунты 0,3 Таблица 2.2 – Некоторые свойства углей и пород Руды и породы Плотность, г/см3 Угольные месторождения Донецкий угольный бассейн 2,58-2,89 Алевролиты 2,53-2,80 Песчаники 2,58-2,82 Сланцы глинистые 2,45-2,83 Аргиллиты Кузнецкий угольный бассейн 1,2-2,0 Уголь 2,40-2,60 Алевролиты 2,25-2,60 Аргиллиты 2,33-2,74 Песчаники Печорский угольный бассейн 1,3 Уголь 2,52-2,84 Алевролиты 2,45-2,60 Аргиллиты 2,53-2,80 Песчаники Пористость, % Модуль упругости, Ε ⋅ 10 −5 кгс/см2 Коэффициент поперечных деформаций ν Предел прочности, кгс/см2 при сжатии при растяжении [σсж] [σр] 4,0-20,0 4,0-30,0 5,0-30,0 1,5-8,2 3,0-8,0 1,6-4,5 0,6-1,4 0,16-0,34 0,13-0,50 0,15-0,27 0,20-0,25 250-2125 800-3100 560-1500 70-700 50-180 100-400 10-170 10-70 - 0,20-2,5 3-7 4,5-5,5 3-7 0,14-0,30 0,18-0,28 0,27-0,30 0,19-0,16 130-220 400-770 105-800 900-1200 5-22 60-135 45-70 40-100 - 0,25-0,52 1,3-3,2 1,1-2,0 0,70-6,0 0,22-0,44 0,22-0,27 0,21-0,24 0,19-0,30 120-230 500-900 400-950 290-1500 5-20 40-130 35-65 45-160 10 2.2 Характеристики месторождений полезных ископаемых Месторождения – естественное скопление полезного ископаемого в земной коре. Различают четыре основные формы залегания полезных ископаемых. Месторождения угля возникли в результате разложения растительных и органических остатков, скопившихся на участках земной поверхности с пониженными отметками (болота, долины рек, озера, моря) начиная с каменноугольного периода. Гумусовые угли – образовались в результате разложения растительных остатков (деревьев, мхов, кустарников). Эти угли имеют наибольшее распространение. Сапропелевые угли – образовались в результате разложения водных организмов (простейшие, планктон, водоросли). Встречаются в Подмосковном и Иркутском бассейнах. В ходе разложения органической массы выделялись различные газы, среди которых метан, другие углеводороды, азот, водород, сероводород, углекислый газ. Процесс угленакопления закончен в третичный период кайнозойской эры (около 1 миллиона лет назад). а – пласт – скопление ПИ, ограниченное двумя близкими к параллельным плоскостями и имеющие значительную площадь распространения по сравнению с толщиной накопления. б – линза - скопление ПИ с уменьшающейся по периферии толщиной накопления. в – гнездо - скопление ПИ с увеличивающейся по периферии толщиной накопления. г - жила – трещина в земной коре, заполненная полезным ископаемым. Рисунок 2.3 – Формы залегания полезных ископаемых Угольный бассейн – площадь развития угленосных отложений, характеризующая общностью условий образования на протяжении одного геологического отрезка времени. Таблица 2.3 – Образование углей в геологических системах Системы Возраст, млн. лет Запасы углей в % к мировым Третичная Около 65 54 Меловая 0,34 Юрская 4,03 Триасовая 0,5 Пермская 290 16,90 Каменноугольная 360 23,74 Девонская Менее 0,01 Угленосный район – часть угольного геологическими условиями залегания пластов. Таблица 2.4 – Химический состав угля Состав угля Торф Бурый уголь Углерод, % 55-70 67-78 бассейна с едиными Каменны й уголь 75- 97 Антрацит 92-97 Содержание 50-65 летучих веществ, % Твердость по шкале Менее 1,0 Мооса 3 0,6-0,8 Плотность, т/м 41-50 12-39 Менее 6 1,0-1,5 1,5-2,0 2,0 – 2,5 1,1-1,2 1,1-1,4 1,4-1,8 Теплота кДж/кг 8,5-20 27-32 33-35 сгорания, 5,4-5,7 Элементы залегания угольного пласта Вмещающие породы – породы, среди которых залегает пласт угля. Тонкие породные слои пород внутри пласта называют прослойками. Кровля пласта – толща пород, залегающая выше плоскости угольного пласта. Выделяют ложную, непосредственную и основную кровли: ложная – обычно несколько тонких слоев, обрушающихся вслед за выемкой угля; непосредственная – слой или несколько слоев пород, обрушающихся с некоторым отставанием от забоя; основная кровля – прочные, мощные слои пород, расположенные над непосредственной кровлей. 12 Почва пласта - толща пород, залегающая ниже плоскости угольного пласта. Различают ложную, непосредственную и основную почвы. Свита пластов – группа пластов залегающая совместно в порядке их образования и объединенная по определенному геологическому признаку (чаще возрасту). Междупластье – мощность пород между соседними пластами. Элементы залегания угольного пласта. Простирание – направление горизонтальной линии, лежащей в плоскости пласта. Линия простирания – линия пересечения плоскости пласта с горизонтальной плоскостью. Азимут простирания – угол между линией простирания пласта и меридианом (отсчитывается от направления на север по часовой стрелке). Падение – наклон пласта к горизонтальной плоскости. Линия падения – линия, лежащая в плоскости пласта перпендикулярно линии простирания называется линией падения. а – общий вид залегания пласта; б – вертикальный разрез, проведенный перпендикулярно к линии простирания. Р - горизонтальная плоскость; S – вертикальная плоскость. Рисунок 2.4 – Элементы залегания угольного пласта Угол падения пласта – угол между плоскостью пласта и горизонтальной плоскостью. Восстание – направление противоположное падению пласта. Линия вкрест простирания – линия, лежащая в горизонтальной плоскости и перпендикулярная линии падения. Мощность угольного пласта – расстояние между плоскостями, ограничивающими пласт со стороны кровли и со стороны почвы пласта. 13 Рисунок 2.6 – Мощности угольного пласта Горизонтальная мощность mг- расстояние между кровлей и почвой пласта по горизонтали. Нормальная мощностьmн – расстояние между кровлей и почвой пласта по нормали к плоскости пласта. Вертикальная мощностьmв - расстояние между кровлей и почвой пласта по горизонтали (по отвесу). Средняя мощность – отношение объема пласта к его площади. Классификация угольных пластов по мощности Весьма малая мощность – до 3-5 м Малая мощность – 6 – 10-20 м Средняя мощность – 20 – 30-40 м Мощные более – 40 м Открытый способ разработки для наклонного и крутого залегания пластов: Весьма малая мощность – до 15 – 25 м Малая мощность – 25 – 50-75 м Средняя мощность – 75 – 100 м Большая мощность – более 100 м Классификация угольных пластов по углу падения Горизонтальные – 0 º Пологие – до 10 º наклонные – 10 – 30 º Крутые – более 30º. Полезная мощность – мощность угольных пачек mn = mI + mII + mIII Полезная мощность – мощность всех угольных пачек и прослойков. Вынимаемая мощность – суммарная мощность пачек и прослойков, извлекаемых при добыче угля. 14 Рисунок 2.7 – Структурная колонка Классификация пород кровли и почвы Ложная кровля – слой пород кровли мощностью до 0,6м, залегающий над пластом угля обрушающийся в процессе выемки угля или через минимальное время после выемки. Непосредственная кровля – слой пород кровли, обрушающийся при небольших обнажениях на некотором расстоянии от забоя. Основная кровля – слой пород кровли, залегающих над непосредственной кровлей и способных сохранять устойчивость при значительных обнажениях. Ложная почва – слой слабых пород мощностью до 0,4 м, залегающий непосредственно под пластом. Непосредственная почва - слой пород, залегающий непосредственно под пластом. И подверженный смещениям в ходе горных работ. Основная почва - слой пород, залегающий непосредственно под непосредственной почвой. Производительность пласта – количество угля в тоннах, получаемое при извлечении 1 м2 пласта. 15 Рисунок 2.8 – Нарушения угольного пласта Угленосные отложения накапливались горизонтально или близко к горизонтальному положению. Однако в результате движения земной коры первичное залегание было нарушено и образовались вторичные формы залегания угольных пластов. Рисунок 2.9 – Нарушения угольного пласта 16 Дислокации – движение земной коры в результате которых изменяются первичное залегание пород и полезных ископаемых. По характеру перемещения выделяют: Радиальные – направленные по радиусу земли. Тангенциальные – направленные по касательной к поверхности земли. По отношению к сохранению сплошности выделяют: Пликативные – дислокации с сохранением сплошности пород. Дизъюктивные – с разрывом сплошности пород. В результате тангенциальных пликативных дислокаций образуются складки, тангенциальных и дизъюктивных – надвиги. При радиальных дислокациях образуются сбросы и взбросы. Пликативные нарушения – волнообразное изгибание слоев горных пород. Рисунок 2.10 – Дизъюктивные разрывные нарушения угольного пласта 17 Лекция 3. Основные понятия, термины и определения 1) Дайте определение понятию «карьер». Карье́р - горное предприятие по добыче полезных ископаемых открытым способом. 2) Дайте определение понятию «разрез» Разрез - это карьер по добыче угля 3) Дайте определение понятию «прииск». Прииск - горнодоб. предприятие, производящее разработку россыпных месторождений золота, платины, олова, драгоценных камней. 4) Дайте определение понятию «вскрыша». Вскрыша - пустая порода, покрывающая залежи полезного ископаемого и вынимаемая при его добыче открытым способом. 5) Дайте определение понятию «добыча». Добыча полезных ископаемых - извлечение твёрдых, жидких и газообразных полезных ископаемых из недр Земли. 6) Дайте определение понятию «уступ». Уступ - это часть боковой поверхности карьера, имеющая форму ступени. 7) Перечислите основные элементы уступа. Основными элементами уступа являются: верхняя и нижняя площадки, откос, угол откоса, высота уступа, верхняя и нижняя бровки уступа и забой уступа 8) Дайте определение понятию «рабочая площадка уступа». Если на площадке располагается оборудование, необходимое для разработки уступа, она называется рабочей площадкой. 9) Дайте определение понятию «берма». Виды берм. БЕРМА - горизонтальная площадка между откосами уступов нерабочего борта карьера (площадка на которой работа не производится). Различают транспортные, предохранительные и бермы безопасности. 10) Дайте определение понятию «откос уступа». Откос уступа - это наклонная поверхность ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства. 11) Дайте определение понятию «угол откоса уступа». Угол откоса - угол, образованный площадкой уступа и откосом уступа. 12) Дайте определение понятию «забой». Забой - это часть уступа, служащая объектом взаимодействия горного оборудования 13) Перечислите особенности отработки месторождения полезного ископаемого открытым способом Отличительные признаки открытых горных работ. 1. Добыча полезных ископаемых может производиться лишь после удаления вскрыши. 18 Объем удаляемых пустых пород (вскрыши) обычно в несколько раз превосходит объем добываемого полезного ископаемого. Поэтому основные затраты при открытом способе разработки связаны с вскрышными работами. 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 производятся в основном экскаваторным способом, реже – гидромеханическим способом или землеройно-транспортными и шнекобуровыми машинами. 4. Горное оборудование и транспорт, применяемые при открытой разработке месторождений, характеризуются значительными размерами и высокой производительностью.. 14) Перечислите преимущества открытого способа отработки месторождения полезного ископаемого 1. На карьерах обеспечивается 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. 3. Сроки строительства карьеров меньше сроков строительства шахт равной производственной мощности. Удельные капитальные затраты на строительство карьеров в 2 – 4 раза меньше, чем на строительство шахт. 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. 15) Перечислите недостатки открытого способа отработки месторождения полезного ископаемого. 1. Производство открытых горных работ требует отчуждения больших земельных площадей и их нарушение. 2. Вредное воздействие на природную среду ядовитыми газами, повышенной запыленностью, сейсмическим воздействием, понижению уровня грунтовых вод. 3. Высокой стоимостью мероприятий по снижению влияние открытой разработки на природную среду. 4. Влиянием климатических условий на ведение горных работ в зимнее время при низких температурах, особенно в условиях Заполярья. 16) Дайте определение понятию«коэффициент вскрыши». Количество вынимаемой пустой породы, приходящееся на единицу добываемого полезного ископаемого, называется коэффициентом вскрыши. 17) Перечислите виды коэффициентов вскрыши. Средний, средний геологический, средний промышленный, средний эксплуатационный, текущий, контурный, граничный, плановый. 19 18) Дайте определение понятию «средний коэффициент вскрыши». Средним коэффициентом вскрыши Кср называется отношение общего объема пустых пород в конечных контурах карьера Vв к отрабатываемым запасам полезного ископаемого Qп.и. в этих же контурах. 19) Дайте определение понятию «средний геологический коэффициент вскрыши». Коэффициент вскрыши называют геологическим, если данные получены по материалам геологоразведочных работ, то средний 21) Дайте определение понятию «средний эксплуатационный коэффициент вскрыши». Эксплуатационный коэффициент вскрыши выражает отношение объемов пустых пород Vвс к запасам полезного ископаемого Vп.и. отрабатываемым за период эксплуатации карьера 22) Дайте определение понятию «текущий коэффициент вскрыши». Текущий коэффициент вскрыши выражает отношение объема пустых пород Vтв к запасам полезного ископаемого Vп.и., отрабатываемым в определенный период времени (год, квартал, месяц). 23) Дайте определение понятию «контурный коэффициент вскрыши». Контурный коэффициент вскрыши определяет отношение объемов пустых пород Vвс к извлекаемым запасам полезного ископаемого Vп.и., прирезаемым к карьеру при расширении его контуров в плане или при его углублении. 24) Дайте определение понятию «граничный коэффициент вскрыши». Граничным коэффициентом вскрыши называется максимально допустимый коэффициент вскрыши по условиям экономичности открытых горных работ на данном месторождении. 25) Дайте определение понятию «плановый коэффициент вскрыши». Плановый коэффициент вскрыши Кп используется при планировании текущей производственной себестоимости полезного ископаемого Сп.и.; он характеризует объем вскрышных работ, затраты на которые погашаются в процессе текущего производства открытых работ 26) Дайте определение понятию «карьерное поле». Карьерное поле - месторождение полезных ископаемых (или его часть) с массивом покрывающих и вмещающих пустых пород, отведённое для разработки одним карьером. 27) Дайте определение понятию «борт карьера». Боковая поверхность, ограничивающая карьер. 28) Дайте определение понятию «подошва карьера» («дно карьера»). Поверхность, ограничивающая карьер снизу. 29) Дайте определение понятию «верхний и нижний контуры карьера». Это линии пересечения борта карьера с земной поверхностью и подошвой 32) Дайте определение понятию «угол откоса борта карьера». Угол между линией, проведенной по борту карьера от верхней бровки верхнего уступа до нижней бровки нижнего уступа. 20 30) Дайте определение понятию «рабочий борт карьера». Борт, представленный рабочими уступами, называют рабочим бортом карьера. На рабочем борту карьера производится выемка и погрузка горных масс. 31) Дайте определение понятию «нерабочий борт карьера». Нерабочим называется борт карьера, на котором в данный момент горные работы не производятся. 33) Дайте определение понятию «глубина карьера». Глубина карьера - расстояние по вертикали между уровнем земной поверхности и дном карьера или расстояние от верхнего контура карьера до нижнего. 34) Дайте определение понятию «конечные контуры карьера». Конечные контуры карьера – контуры, соответствующие моменту окончания открытых горных работ. Им соответствуют конечная глубина карьера и конечные размеры в плане. 35) Перечислите главные параметры карьера. К главным параметрам карьера относятся объем горной массы в контурах, конечная глубина, размеры по подошве, углы откосов бортов, запасы полезного ископаемого в контурах и размеры на уровне земной поверхности. 36) Дайте определение понятию «техническая граница карьера». Конечный контур на земной поверхности называется также технической границей карьера. 37) Дайте определение понятию «балансовые запасы». Балансовые запасы - это запасы, которые удовлетворяют промышленным кондициям. 38) Дайте определение понятию «забалансовые запасы». Забалансовые запасы вследствие низкого содержания полезного компонента непригодны для использования в настоящее время. 39) Дайте определение понятию «промышленные запасы». Промышленные запасы – часть балансовых запасов, подлежащая извлечению из недр. 40) Дайте определение понятию «проектные потери». Проектные потери – часть балансовых запасов, проектируемая к безвозвратному оставлению в недрах. На карьерах потери составляют 3 – 10 %. 41) Назовите, от каких факторов зависит экономическая целесообразность использования открытого способа горных работ. 1. Ценности полезного ископаемого; 2. Разницей в себестоимости добычи полезного ископаемого по отношению к другим технологиям (подземной, скважинной геотехнологиями). 42) Назовите, от каких факторов зависит выбор технологии и механизации открытого способа ведения горных работ. 21 1. от рельефа местности; 2. положения залежи относительно поверхности; 3. угла падения, мощности и формы залежи; 4. климатических и гидрогеологических условий 43) Перечислите виды расположения залежей относительно поверхности. В зависимости от положения залежи относительно поверхности она может быть: поверхностной – мощность покрывающих пород 25 –30 м; глубинной - мощность покрывающих пород более 30 м; высотной – выше господствующего уровня топографической поверхности; глубинно-высотной. 44) Перечислите, как различают залежи по углу падения. По углу падения различают следующие залежи: 1. горизонтальные; 2. пологие – угол падения 0 – 12о; 3. наклонные - угол падения 13 – 30о; 4. крутые – угол падения более 30о. 45) Перечислите, как различают залежи по мощности. По мощности различают залежи: пологие по вертикальной мощности весьма малой мощности – 3-5 м; малой мощности – 6 –20 м; средней мощности – 20-40 м; мощные более 40 м. наклонные и крутые – по горизонтальной мощности весьма малой – 15 –20 м; малой – 25-75 м; средней – 75 – 100 м; большой мощности более 100 м. 46) Перечислите, как различают залежи по строению. По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи. Простые залежи имеют однородное строение. Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого. Рассредоточенные залежи содержат прослойки полезного ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих пород. 47) Дайте определение понятию «обводненность карьера», «жесткость погодных условий». Как определяется их величина? Обводненность карьера определяется из выражения Квод =Vвод/Qи где Vвод – объем воды, откачиваемый из карьера за время t, м3; Qи – добыча полезного ископаемого за то же время, т. Жесткость погодных условий оценивается показателем жесткости Ж=t+2Vв, баллы 22 где t – абсолютное значение температуры, оС; Vв – скорость ветра, м/с. 48) Цель подготовки горных пород к выемке. Подготовка горных пород к выемке осуществляется с целью создания технической возможности и наилучших условий для выполнения последующих процессов выемки и погрузки горной массы, транспортирования, отвалообразования, и т.д. 49) Способы подготовки горных пород к выемке. В зависимости от типа и состояния пород подготовка их к выемке может осуществляться взрывным или механическим рыхлением, осушением, гидравлическим ослаблением, предохранением от промерзания, оттаиванием мерзлых пород. 50) Опишите гидравлический способ подготовки горных пород к выемке. Гидравлические способы подготовки пород к выемке основаны на свойствах пород пропускать через себя воду и растворы. При этом ослабление прочности пород при просачивании воды проявляется в снижении сил сцепления отдельных частиц и вымывании скрепляющего их цемента. 51) Для каких горных пород применяют гидравлическое разупрочнение? Гидравлическое разупрочнение используют при разработке плотных глин способом гидромеханизации. Вода под высоким давлением размывает глинистые породы, образованная пульпа по трубам перекачивается в гидроотвал. Достоинством способа является низкая стоимость перемещения грунтов. Недостатком – Низкая емкость гидроотвалов, необходимость отчуждения больших земельных площадей для гидроотвалов, загрязнение водной среды. 52) Опишите механический способ подготовки горных пород к выемке. Механическое рыхление пород обычно совмещается с их выемкой. В качестве рыхлителей в этом случае выступают экскаваторы, скреперы, бульдозеры, и т.д. Применяется также предварительное рыхление плотных и крепких пород специальными рыхлителями. 53) Опишите взрывной способ подготовки горных пород к выемке. Сущность взрывного способа подготовки к выемке состоит в отделении пород от массива и дроблении их до заданной крупности. Он нашел преобладающее применение при подготовке полускальных пород и является единственным способом при подготовке скальных пород с крепостью пород по шкале проф. М.М.Протодъяконова более 6. Часто взрывной способ применяют для разупрочнения углей с целью повышения производительности экскавации. 23 54) Перечислите требования, предъявляемые к взрывным работам на карьере К взрывным работам на карьерах предъявляются следующие основные требования. Взрывание массива должно обеспечивать требуемую степень дробления. Максимально допустимый размер кусков (размер кондиционного куска) Rк определяется по минимальной величине от: емкости ковша экскаватора Ек, емкости Vтр транспортного сосуда, размера приемного отверстия бункера или дробильной установки Адр, ширины ленты конвейера Вк. Число негабаритных кусков должно быть минимальным, а дробление равномерным. Развал горной массы должен быть компактным, а его размеры и форма – соответствовать параметрам применяемого погрузочного оборудования. Объем взорванной горной массы должен обеспечивать бесперебойную работу погрузочных машин в безопасных условиях и с высокими технико-экономическими показателями. 55) Перечислите методы ведения взрывных работ. Скважинных зарядов, шпуровых зарядов, камерных зарядов, накладных зарядов. 56) Опишите метод взрывания скважинных зарядов. Из известных методов взрывания наибольше распространение получил метод скважинных зарядов. Он заключается в размещении ВВ в скважинах диаметром от 75 до 400 мм и длиной от 5 до 30 – 50 м. Скважины взрывают сериями, расположенными параллельно забою в один (однорядное) или несколько рядов (многорядное взрывание). 57) Опишите метод взрывания шпуровых зарядов. Метод шпуровых зарядов предусматривает взрывание зарядов ВВ, размещаемых в искусственных цилиндрических углублениях (шпурах) диаметром до 75 мм при глубине до 5 м. Метод шпуровых зарядов применяется в основном при малом объеме работ и дроблении негабаритов. 58) Опишите метод взрывания камерных зарядов. Метод камерных зарядов состоит во взрывании зарядов ВВ, помещенных в специальных выработках - камерах. При использовании этого метода во взрываемом массиве проводят подготовительные выработки, из которых осуществляется проведение зарядных камер. Методы котловых и камерных зарядов в основном применяются при взрывании на выброс и сброс, так как они не обеспечивают равномерного дробления пород. 59) Опишите метод взрывания накладных зарядов. Метод наружных (накладных) зарядов применяют для дробления негабаритных кусков и валунов и заряд размещается на их поверхности. 60) Перечислите параметры взрывных скважин. Параметрами скважин являются их диаметр dскв, глубина Lскв, перебур Lпер и угол наклона αскв. 61) Для какой цели закладывается перебур скважины? Перебур - часть взрывной скважины (или шпура), расположенная ниже проектной отметки подошвы уступа. 24 Перебур скважины необходим для хорошей проработки подошвы уступа при взрыве заряда ВВ с целью создания нормальных условий для работы погрузочного оборудования и перемещения транспортных коммуникаций на уступе. Глубина перебура устанавливается в зависимости от высоты уступа, линии сопротивления по подошве, диаметра скважин, свойств применяемого ВВ, физико-механических свойств пород и условий их залегания. Обычно перебур изменяется в пределах 0,5 – 1,5 м. Когда уступ находится над слабыми породами или полезным ископаемым (углем) применяется недобур. 62) Перечислите классы буровых станков по виду воздействия на забой скважины и разрушению. • буровые станки вращательного бурения шарошечными долотами; • буровые станки вращательного бурения резцовыми коронками; • буровые станки ударно-вращательного бурения; • буровые станки комбинированного бурения; • буровые станки ударно-канатного бурения; • буровые станки огневого бурения; 63) Объясните принцип шарошечного бурения. Станки шарошечного бурения имеют в качестве разрушающего инструмента трехшарошочное долото с зубьями или штырями из твердого сплава. Долото вращается и прижимается с большим осевым усилием к забою за счет веса станка. При вращении долота шарошки перекатываются по забою. Разрушение пород забоя скважины происходит за счет внедрения (вдавливания) зубьев или штырей из твердого сплава шарошки. После внедрения зубцов или штырей образуется лунка выкола. При дальнейшем вращении шарошки происходит внедрение следующих зубцов или штырей, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Таким образом весь забой скважины разрушается по всей площади. Полученные сколы (кусочки) породы разрушаются до пылевидного состояния и удаляются компрессором станка из скважины. 64) Объясните принцип пневмоударного бурения. Пневмоударные станки (СБУ) ударно-вращательного действия имеют в качестве рабочего (разрушающего) органа пневмоударник с коронкой (штыревой или долотчатой). Погружные пневмоударники работают на энергии сжатого воздуха с давлением 0,5-1,5 МПа. Вращение долота с частотой 30-70 об/мин. осуществляется буровым ставом. Поршень-боёк пневмоударника за счёт поступательно-возвратного движения наносит удары по хвостовику долота. Буровая коронка наносит по забою скважины 1700 – 2500 ударов в минуту. Удар передается на забой скважины и происходит внедрение штырей или долота в массив и скол породы. При повороте коронки происходит ударное воздействие на массив на некотором расстоянии от предыдущего скола и так последовательно весь забой скважины разрушается. Буровая мелочь удаляется из скважины сжатым воздухом или водовоздушной смесью. 25 65) Объясните принцип огневого бурения. Станки огневого бурения основаны на разрушении породы от термических напряжений, обусловленных различными коэффициентами расширения для разных минеральных зерен или резким перепадом температур в различных слоях породы. А также в результате механического воздействия высокоскоростных газовых струй, полиморфных и фазовых превращений минералов, составляющих пород. В станках огневого бурения в качестве рабочего органа применяется горелка, куда по трубам подается окислитель (сжатый воздух или кислород), горючий компонент (керосин) и для охлаждения горелки и забоя скважины – вода. Пламя горелки попадает на забой или на стенку скважины, нагревает породу, породы расширяются. Возникают термические напряжения и происходит разрушение (шелушение) отделение зерен, частиц породы. Вращение, спуск-подъем бурового става обеспечивает разрушение по всей площади скважины. Станок огневого бурения может быть использован при бурении только горных пород с высоким коэффициентом расширения (кварцесодержащие породы, например, железистые кварциты). Наибольшая эффективность обеспечивается при огневом расширении скважин, пробуренных станками шарошечного бурения. Буровая мелочь удаляется из скважины сжатым воздухом. 66) Дайте определение понятию «удельный расход взрывчатых веществ». Это количество массы ВВ, необходимое для разрушения 1м3 породы. 67) Дайте определение понятию «массовый взрыв». Для открытых горных работ - это взрыв двух и более скважинных заряда, соединенных в одну взрывную сеть или в выработке, камере, рукаве. 68) Дайте определение понятию «вторичное дробление». Вторичное дробление - разрушение негабаритных кусков при открытой или подземной разработке месторождений. 69) Перечислите способы дробления «негабаритов». Разрушение, дробление негабаритов осуществляется двумя способами: Взрывной способ: 1)накладным зарядом; 2)шпуровым зарядом. Механический: бутобоем. 70) Перечислите виды опасного воздействия массового взрыва. 1. Разлет отдельных кусков породы (грунта). 2. Действие ударной воздушной волны. 3. Сейсмическому воздействию для зданий и сооружений. 4. Воздействию ядовитых газов (для массовых взрывов более 200 тонн). 71) В чем заключаются выемочно-погрузочные работы на карьере? Машины и механизмы на карьере выполняют основные и вспомогательные операции. Основные операции - выемочно-погрузочные машины. При чем за операцией, которая выполняется основной машиной, следует другая операция, выполняемая следующей машиной, при этом связь между 26 машинами основывается на непрерывном общем процессе. Оборудование выполняющее технологические процессы наз. комплексом. 72) Перечислите виды выемочно-погрузочного оборудования на карьерах. В качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах используются экскавационные машины цикличного и непрерывного действия. В машинах цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, погрузчики, колесные скреперы, бульдозеры и др.) рабочий орган состоит только из одного ковша или режущего элемента (лемех бульдозер), периодически выполняющего функции выемки и перемещения горной массы. В машинах непрерывного действия (многоковшовые цепные и роторные экскаваторы и др.) ковши (черпаки) перемещаются по замкнутой траектории и создают непрерывный поток груза. 73) Перечислите виды забоев экскаваторов по структуре горных пород. По структуре пород забои могут быть однородными (простыми) и разнородными (сложными). В однородных забоях горные породы имеют одинаковые свойства, а в разнородных забоях – различные. Разработка простых забоев осуществляется валовым (сплошным) способом. В сложных забоях выемка полезного ископаемого и вскрыши или полезного ископаемого различных сортов производится раздельно (селективно). В зависимости от взаимного расположения забоя и горизонта, установки выемочно-погрузочной машины различают выемку верхним, нижним и смешанным (верхним и нижним черпанием). Аналогично различают верхнюю, нижнюю и смешанную погрузку. 74) Виды расположения забоев относительно горизонта установки выемочно-погрузочного оборудования. Забой подразделяется на торцевой, продольный, забой площадка, (валовой) или селективной (раздельной). 75) Дайте определение понятию «рабочий цикл экскаватора». Черпание горной массы, ее перемещение к месту разгрузки и разгрузка осуществляются одноковшовыми экскаваторами последовательно. В совокупности эти операции составляют рабочий цикл экскаватора. Поэтому одноковшовый экскаватор является машиной цикличного действия. 76) Как различаются экскаваторы по типу черпания и погрузки? а – с верхним черпанием и нижней погрузкой; б – с верхним черпанием и верхней погрузкой; в – с верхнем и нижним черпанием и верхней и нижней погрузкой. 27 77) Как различаются экскаваторы по признаку конструктивной связи ковша со стрелой? а – прямая мехлопата; б – обратная мехлопата; в – драглайн; г – грейфер; д – цепной многоковшовый экскаватор; е – роторный экскаватор; ж – колесный скрепер; з – бульдозер; и – шнекоуборочная машина; к – погрузчик. 78) Как различаются экскаваторы по типу силового оборудования? По типу силового оборудования как одноковшовые, так и многоковшовые экскаваторы бывают электрические, дизель-электрические и дизельгидравлические. На карьерах в основном применяются электрические экскаваторы. 79) Как различаются одноковшовые экскаваторы в зависимости от назначения и конструктивных особенностей? тип ЭС - экскаваторы строительные гусеничные и пневмоколесные с ковшом емкостью 0,16 – 2,5 м3; тип ЭКСГ – экскаваторы карьерно-строительные гусеничные с ковшом емкостью 1,25 –8,0 м3; тип ЭКГ - экскаваторы карьерные гусеничные с ковшом емкостью 2,0 – 20,0 м3; тип ЭВГ - экскаваторы вскрышные гусеничные с ковшом емкостью 4,0 – 100,0 м3; 28 тип ЭШ – экскаваторы шагающие и драглайны с ковшом емкостью 4,0 – 120,0 м3. 80) Назовите основные технологические параметры одноковшовых экскаваторов. рабочие параметры, емкость ковша, габариты, масса, преодолеваемый уклон, удельное давление. 81) Перечислите рабочие параметры мехлопат. Перечислите рабочие параметры шагающих драглайнов. Рабочими параметрами мехлопат являются радиус и высота черпания и разгрузки, зависящие от длины рукояти и стрелы и размеров экскаватора. 82) Перечислите последовательность операций рабочего цикла мехлопат. состоит из четырёх фаз: - черпание - поворот - разгрузка ковша - поворот для начала нового цикла 83) Перечислите последовательность операций рабочего цикла драглайна. 1. заброс ковша в забой; 2. установка ковша в рабочее положение; 3. черпание (наполнение ковша); 4. выведение ковша из забоя; 5. поворот к разгрузке; 6. разгрузка ковша; 7. поворот к забою. 84) Дайте определение понятию «заходка». Заходка - часть массива горных пород (или развала горной массы), вынимаемая в забое за один полный технологический цикл. 85) Перечислите типы забоев при выемке пород мехлопатами. боковой (торцовый); тупиковый (траншейный); фронтальный. 86) Перечислите преимущества бокового (торцевого) забоя мехлопаты. Боковой забой обеспечивает максимальную производительность экскаватора, что объясняется небольшим средним углом поворота к разгрузке (не более 90о), удобной подачей транспортных средств под погрузку и минимальными простоями при перемещении и наращивании транспортных коммуникаций. 87) В каких случаях применяется тупиковый забой? Тупиковый забой применяется при проведении траншей, в основном при использовании автомобильного и конвейерного транспорта. В случае проведения траншей с использованием железнодорожного транспорта экскаватор, как правило, работает с верхней погрузкой. 29 88) Как подразделяются многоковшовые экскаваторы по конструкции рабочего органа? цепные и роторные. 89) Назовите, как подразделяются экскаваторы цикличного действия по способу разгрузки. По способу разгрузки различают экскаваторы с портальной и боковой разгрузкой. 90) Перечислите особенности эксплуатации карьерного транспорта. - сосредоточенная (односторонняя) направленность перемещения карьерных грузов при относительно небольшом расстоянии транспортирования; - периодическая передвижка транспортных коммуникаций в связи с постоянным изменением положения пунктов погрузки и разгрузки горной массы; - движение в грузовом направлении происходит, как правило, с преодолением значительных подъемов; - повышенные прочность и мощность двигателей транспортного оборудования, что вызвано большой плотностью, повышенной крепостью, абразивностью и неоднородной кусковатостью горной массы. 91) Дайте определение понятию «грузопоток». Устойчивое во времени направление перемещения горной массы. 92) Назовите основные виды карьерного транспорта. Основными видами карьерного транспорта являются железнодорожный, автомобильный, конвейерный и гидравлический. 93) Назовите недостатки железнодорожного транспорта. По сравнению с другими видами карьерного транспорта железнодорожный требует наибольших радиусов кривых (100 – 120 м), значительной протяженности фронта работ (700 – 800 м) и допускает наименьшие подъемы пути (40-60 ‰ ). Эти условия обеспечиваются при больших размерах карьера в плане и незначительной глубине (150-250 м). При железнодорожном транспорте относительно велики объемы горнокапитальных работ, капитальные затраты, затраты на содержание транспортных коммуникаций на их эксплуатацию и наиболее сложная организация труда. 94) Назовите область применения конвейерного транспорта. Применяется на карьерах для перемещения горной массы в рыхлом и раздробленном (размер кусков до 400 мм) состоянии с углом подъема не более 18º. Широкий диапазон изменения производительности конвейерных установок (до 15000 м3/ч) позволяет применять их в карьерах с различным грузооборотом. 95) Назовите подвижной состав железнодорожного транспорта на карьере. Подвижной состав на карьерах состоит из вагонов и локомотивов 30 96) Дайте определение понятию «руководящий подъем». подъем, по которому при проектировании ж. д. определяется наибольший вес поезда. 97) Дайте определение понятию «сцепной вес локомотива». Сцепным весом локомотива называется часть его расчетного веса, приходящаяся на движущиеся оси 98) Назовите виды карьерных железнодорожных путей. - забойные и отвальные временные пути, периодически перемещаемые по мере подвигания фронта очистных работ; - соединительные пути, связывающие забойные и отвальные пути с постоянными путями в капитальных траншеях и на поверхности; пути капитальных траншей и съездов, связывающие рабочие горизонты в карьере с путями на поверхности; - поверхностные пути (откаточные, хозяйственные, и т.д.); - магистральные пути, соединяющие карьер с путями МПС. 99) Дайте определение понятию «пропускная способность перегона». определяется числом поездов, которое может быть пропущено по этому перегону в единицу времени. Пропускная способность перегона зависит в основном от его длины и скорости движения поездов. Пропускная способность всего железнодорожного пути соответствует перегону с минимальной пропускной способностью, который называется ограничивающим. 100) Дайте определение понятию «провозная способность перегона». это количество груза, которое может быть перевезено по этому перегону в единицу времени. 101) Характеристика автомобильных дорог в карьере. Ширина проезжей части автодорог зависит от габаритов подвижного состава, скорости движения, числа полос движения и определяется по формулам: при однополосном движении: Ш1=а+2у, м при двухполосном движении Ш2=2(а+у)+х, м где а – ширина самосвала по скатам колес (примерно=ширине кузова), м; у – ширина предохранительной полосы, м; х=2у – зазор между кузовами встречных автосамосвалов, м; у=0,5+0,005v, м; где v – скорость автосамосвала, км/ч. На мощных карьерах с большой интенсивностью движения (2000-3000 автосамосвалов в сутки) на постоянных дорогах применяют цементобетонное или асфальтовое покрытие. При меньшей интенсивности движения (1000-1500 автосамосвалов в сутки) используют щебеночное покрытие с пропиткой и поверхностной обработкой или покрытие, обработанное по способу смешения. При рыхлом основании они имеют грунтовое покрытие, улучшенное щебеночными добавками. 31 102) Назовите способы подъезда автотранспорта к экскаватору. -сквозной проезд автосамосвалов к экскаватору; -подъезд автосамосвалов к экскаватору с петлевым разворотом; -подъезд автосамосвалов к экскаватору с тупиковым разворотом. 103) Устройство конвейерного транспорта в карьере. Ленточный конвейер состоит из ленты, роликовых опор, смонтированных на металлической конструкции, приводной станции, устройства для натяжения ленты, загрузочного устройства. Ширина В ленты конвейера зависит о его производительности и кусковатости транспортируемых пород и находится в пределах 400 – 3600 мм. 104) Дайте определение понятию «отвал». Искусственная насыпь, образующаяся в результате складирования вскрышных пород, называется отвалом. 105) Дайте определение понятию «отвальные работы». Совокупность производственных операций по приему и размещению вскрышных пород на отвале. 106) Дайте определение понятию «процесс отвалообразования». Технология, механизация и организация отвальных работ составляют сущность и содержание процесса отвалообразования. Процесс отвалообразования включает возведение первоначальных насыпей, разгрузку и складирование вскрышных пород, планировку поверхности отвала и перемещений транспортных коммуникаций на отвале. 107) От каких факторов зависит возможная высота отвала? Возможная высота отвального уступа зависит в основном от физикомеханических свойств складируемых пород и пород, лежащих в основании отвала, а также от средств механизации отвальных работ. 108) Дайте определение понятию «приемная способность отвала». Приемная способность отвала - это объем породы, который можно разместить на данной площади So отвала при его максимальном заполнении. 109) Перечислите способы развития фронта отвальных работ. Различают три способа развития отвальных работ: параллельный, веерный и прямолинейный. 110) Дайте определение понятию «внутренний отвал». Внутренние отвалы-располагаются в выработанном пространстве. 111) Дайте определение понятию «внешний отвал». Внешние отвалы-располагаются за конечным контуром карьера. 112) В каком случае применяется экскаваторное отвалообразование? При использовании железнодорожного транспорта. Экскаваторное отвалообразование при использовании на карьерах железнодорожного транспорта является ведущим (на его долю приходится 85 – 90%). 113) Опишите процесс бульдозерного отвалообразования. В связи с внедрением бульдозеров мощностью 300 л.с. и более на карьерах с железнодорожным транспортом начали применять бульдозерное отвалообразование. 32 При этом способе отвалообразования отвальный уступ разделяется на два подуступа. Порода разгружается на кровлю нижнего подуступа (транспортные пути располагаются на кровле верхнего подуступа) и бульдозерами перемещается к его откосу. Нижний подуступ отсыпается в направлении к тупику. Верхний подуступ отсыпают наоборот. Высота верхнего подуступа принимается такой, чтобы разгруженная из думпкара порода была ниже уровня пути, т.е должна быть в пределах 1,5 – 2,5 м. Расстояние от внешнего конца шпал до верхней бровки верхнего подуступа должно быть не менее 1 м. Высота нижнего подуступа принимается по условию устойчивости его откоса. Рациональная длина отвального тупика составляет 1,5 – 2,0 км. 114) Опишите процесс отвалообразования при конвейерном транспорте. При транспортировании вскрыши ленточными конвейерами отвалообразование, как правило, осуществляется консольными ленточными отвалообразователями. Консольный отвалообразователь представляет собой одноопорную металлическую ферму, смонтированную на поворотной платформе, имеющей самостоятельный ход. Процесс отвалообразования с использованием консольных ленточных отвалообразователей включает следующие основные операции: прием, транспортирование и укладку породы в отвал, планировку поверхности отвала и передвижку ленточных конвейеров. Технологическое отвальное оборудование включает магистральный конвейер, отвальный ленточный конвейер и консольный ленточный отвалообразователь, который принимает породу с ленточного отвалообразователя и отсыпает ее в отвал. 115) Дайте определение понятию «вскрытие месторождения». Вскрытие Месторождения - проведение горных выработок (траншей, шахтных стволов, буровых скважин и др.), открывающих доступ с поверхности к залежам полезных ископаемых. 116) Дайте определение понятию «капитальная траншея». Открытые горные выработки, используемые для вскрытия рабочих горизонтов, называются капитальными траншеями. 117) От каких факторов зависит ширина капитальной траншеи? Ширина основания капитальной траншеи определяется либо видом карьерного транспорта, либо способом ее проведения. Минимальная ширина основания капитальной траншеи должна быть не менее суммы поперечного размера транспортных средств, безопасных зазоров между ними, поперечного размера площадок, кюветов и других элементов транспортной коммуникации. Она должна обеспечивать возможность проведения траншеи при принятой технологической схеме и используемом оборудовании. 118) Дайте определение понятию «разрезная траншея». Открытые горные выработки, предназначенные для подготовки вскрытого горизонта к разработке, называются разрезными траншеями. 33 Разрезные траншеи – горизонтальные выработки редко с продольным уклоном 5-10‰ для стока воды с рабочего горизонта к границе карьера. 119) Дайте определение понятию «система капитальных траншей». Совокупность капитальных траншей, обеспечивающая вскрытие всех рабочих горизонтов карьера, называется системой капитальных траншей. 120) Перечислите способы вскрытия месторождения. Способ вскрытия Сущность способа вскрытия I. Отдельными траншеями Каждый уступ вскрыт независимой траншеей II. Групповыми траншеями Группы уступов вскрыты независимыми траншеями. Разные группы уступов вскрыты независимо друг от друга. III. Общими траншеями Все уступы вскрыты общей траншеей IV. Парными траншеями Каждый уступ, группа уступов или все уступы вскрыты двумя траншеями (или отдельными, или групповыми, или общими) V. Бестраншейное вскрытие Уступы вскрыты без проведения капитальных траншей VI. Подземными выработками Уступы вскрыты подземными выработками VII. Комбинированное Уступы вскрыты двумя или несколькими вскрытие способами 121) Дайте определение понятию «трасса капитальных траншей». Трассой капитальных траншей называется их продольная ось. 122) Перечислите основные параметры трассы капитальных траншей. Основными параметрами трассы являются ее подъем, глубина заложения (разность высотных отметок начала и конца трассы), минимальный радиус криволинейных участков, теоретическая и действительная глубина трассы, число и конструкция пунктов примыкания наклонных участков к горизонтальным. 123) Перечислите, какие факторы влияют на обоснование способа вскрытия карьерного поля. На выбор способа вскрытия влияют следующие факторы: 1. Рельеф поверхности. 2. Элементы залегания месторождений и размеры карьерного поля. 3. Расположение отвалов и перерабатывающего комплекса. 4. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия разработки. 5. Производственная мощность карьера и тип горно-транспортного оборудования. 6. Система разработки и режим горных работ. 34 124) Дайте определение понятию «скользящий съезд». открытая вскрывающая капитальная или временная выработка в виде полутраншеи или насыпь переменного сечения, предназначенные для обеспечения грузотранспортной связи одного рабочего горизонта с другим. По форме скользящий. 125) Дайте определение понятию «система разработки». Под системой открытой разработки месторождений полезных ископаемых понимается определенный порядок выполнения горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ. 126) Дайте определение понятию «структура комплексной механизации». Комплекс горного, транспортного и дробильно-сортировального и вспомогательного оборудования, обеспечивающий планомерную выемку горной массы в забоях и перемещение вскрыши на отвалы, а полезного ископаемого на склады и потребителям, составляет структуру комплексной механизации. Структура комплексной механизации определяет виды, мощность и расстановку оборудования, обеспечивающего выполнение этих работ. 127) Перечислите элементы системы разработки. К элементам системы разработки относят уступы, фронт работ уступа и карьера, рабочую зону карьера, рабочие площадки, транспортные и предохранительные бермы. 128) В чем заключается подготовка фронта работ уступа? Подготовка фронта работ уступа заключается в создании на уступе рабочей площадки необходимой ширины и в подводе транспортных и энергетических коммуникаций для обеспечения работы горного и транспортного оборудования. 129) Перечислите виды перемещения фронта работ относительно оси карьерного поля. - перемещение фронта от одной границы к другой параллельно длинной оси карьерного поля - то же параллельно короткой оси; - перемещение фронта от промежуточного положения к границе параллельно длинной и короткой оси карьерного поля соответственно - перемещение фронта радиально от центра к границам карьерного поля; - то же, от границ к центру; - веерное перемещение фронта соответственно с поворотным пунктом на границе карьерного поля и вблизи нее. 130) Дайте определение понятию «рабочая зона карьера». Рабочая зона карьера – это зона, в которой осуществляются вскрыша и добыча полезного ископаемого. 131) Каким способом осуществляется вскрытие горизонтальных и пологих (до 10о) месторождений? Вскрытие горизонтальных и пологих (до 10о) месторождений может осуществляться системой отдельных, общих и групповых капитальных 35 траншей. Характерной особенностью карьеров, является их незначительная глубина и большие размеры в плане. Вскрытие системой отдельных капитальных траншей внешнего заложения применяют при незначительной глубине карьеров (2 – 3 уступа) и целесообразности рассредоточения грузопотоков. Остальные капитальные траншеи небольшой глубины имеют небольшой объем, а возможность рассредоточения грузопотоков обеспечивает простоту организации горных и транспортных работ, высокую производительность карьера в целом. Вскрытие системой общих капитальных траншей внешнего заложения применяют также при 2 – 3 вскрываемых уступах и отсутствии необходимости и целесообразности рассредоточения грузопотоков (величина грузооборота небольшая, грузопотоки вскрыши и полезного ископаемого на поверхности совпадают по направлению). Основным преимуществом этого способа по сравнению с предыдущим является несколько меньший объем системы капитальных траншей. Этот способ вскрытия применяют и при большей глубине карьера (4 – 8 уступов), однако в этом случае капитальные траншеи имеют внутренне или смешанное заложение (верхние 2 – 3 уступа вскрывают траншеями внешнего заложения). 132) В каком случае применяется вскрытие месторождений системой групповых капитальных траншей? Вскрытие системой групповых капитальных траншей в основном применяют при 4 – 6 уступах. Одна группа рабочих траншей обычно обслуживает вскрышные уступы, а вторая – добычные уступы, чем создается рассредоточение вскрышного и добычного грузопотоков. Вскрытие горизонтальных месторождений в основном осуществляется при фланговом или центральном расположении капитальных траншей. Центральное расположение капитальных траншей в сочетании с фланговым применяют при большой длине карьерного поля, что позволяет разделить карьер на два участка и вести работы в них независимо друг от друга. При использовании технологических схем с перевалкой вскрыши в выработанное пространство широко применяют бестраншейное вскрытие вскрышных уступов. Вскрытие горизонтальных и пологих месторождений осуществляется комбинированным способом (бестраншейное вскрытие вскрышных уступов или их части и траншейное вскрытие обычного уступа). 133) Каким способом осуществляется вскрытие крутонаклонных и крутых месторождений глубинного типа? Характерной особенностью карьеров, разрабатывающих крутонаклонные и крутые месторождения глубинного типа является значительная конечная глубина (100 – 150 м и более), постепенное увеличение глубины карьера и числа вскрываемых уступов, непостоянство объемов грузопотоков, перемещение горной массы за контуры карьера (вскрыша перемещается на внешние отвалы, а полезное ископаемое – на склады или на фабрику), наличие скальных и полускальных пород, обеспечивающих высокую устойчивость бортов. Такие месторождения, как 36 правило, вскрываются системой общих или групповых капитальных траншей, а в отдельных случаях подземными выработками. 134) Приведите классификацию систем разработки по акад. В.В.Ржевскому. Какие критерия взяты в основу классификации? В основу классификации, предложенной акад. В.В.Ржевским (табл.), положены горно-геологические и геометрические предпосылки, характеризующие порядок разработки месторождения. Согласно этой классификации имеет место существенное различие систем разработки горизонтальных и пологих месторождений и наклонных и крутых месторождений. Системы разработки горизонтальных месторождений характеризуются только порядком выполнения вскрышных и добычных работ, так как горно-подготовительные работы на таких месторождениях заканчиваются в период строительства карьера. Возобновиться горноподготовительные работы могут только в период реконструкции карьера. Такие системы разработки называются сплошными (с постоянной рабочей зоной). С Подгруппа Сплошные (с постоянным положением рабочей зоны) СД Сплошные продольные Сплошные поперечные Сплошные веерные Сплошные кольцевые Углубочные продольные Углубочные поперечные Углубочные веерные Углубочные кольцевые Углубочносплошные продольные То же поперечные То же веерные То же кольцевые СП СВ СК У Углубочные (с временным положением рабочей зоны) УД УП УВ УК УС Смешанные (углубочносплошные) УСД УСП УСВ УСК Индекс системы Группа систем Индекс подгруппы Индекс группы Таблица – Классификация систем разработки по В.В.Ржевскому Система разработки СДО СДД СПО СПД СВЦ СВР СКЦ СКП УДО УДД УПО УПД УВР Сплошная продольная однобортовая Сплошная продольная двухбортовая Сплошная поперечная однобортовая Сплошная поперечная двухбортовая Сплошная веерная центральная Сплошная веерная рассредоточенная Сплошная кольцевая центральная Сплошная кольцевая периферийная Углубочная продольная однобортовая Углубочная продольная двухбортовая Углубочная поперечная однобортовая Углубочная поперечная двухбортовая Углубочная веерная рассредоточенная УКЦ Углубочная кольцевая центральная УСДО Углубочно-сплошная, продольная однобортовая УСПД То же, поперечная двухбортовая УСВР То же, веерная рассредоточенная УСКЦ То же, кольцевая центральная 37 Системы разработки наклонных и крутых месторождений характеризуются порядком выполнения вскрышных, добычных и горноподготовительных работ, так как горно-подготовительные работы на таких месторождениях ведутся как в период строительства карьера, так и в процессе его работы (для воссоздания фронта вскрышных и добычных работ нарезаются очередные по глубине уступы). Такие системы разработки называются углубочными (с переменой рабочей зоной). Месторождения со сложным топографическими и горногеологическими условиями могут разрабатываться смешанными (углубочносплошными) системами. Порядок разработки месторождения связан с развитием горных работ по отношению к контурам карьерного поля. В связи с этим различают следующие системы по направлению выемки в плане: продольные однобортовые и двухбортовые, когда фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного поля; поперечные однобортовые и двухбортовые, когда фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно короткой оси карьерного поля; веерные, когда фронт вскрышных и добычных работ перемещается по вееру с центральным (общим) или рассредоточенным (два и более) поворотными пунктами; кольцевые, когда фронт вскрышных и добычных работ имеет форму кольца и разработка ведется от центра к границам карьерного поля или от границ к центру. 135) Приведите классификацию систем разработки проф. Е.Ф.Шешко. Какие критерия взяты в основу классификации? В основу классификации, предложенной проф. Е.Ф.Шешко (табл.) положено направление перемещения вскрышных пород в отвалы. Эта классификация включает следующие группы систем. Группа А включает системы с поперечным перемещением вскрыши в отвалы без применения транспортных средств (бестранспортные системы). Группа Б включает системы с продольным (вдоль фронта) перемещением вскрыши в отвалы с применением транспортных средств (транспортные системы). Группа В включает комбинированные системы с поперечным и продольным перемещением вскрыши в отвалы. Эти системы являются комбинацией транспортных и бестранспортных систем. Системы с поперечной перевалкой вскрыши во внутренние отвалы являются технологически наиболее простыми и экономичными. Однако перевалка породы в рабочих органах экскаваторов ограничивает параметры этих систем и область их применения. Здесь жестко взаимоувязаны вскрышные и добычные работы, а объем вскрытых запасов строго ограничен. Системы с продольной перевозкой вскрыши на отвалы более сложны и менее экономичны. Однако у них нет такой жесткой взаимоувязки вскрышных и добычных работ, а вскрытые запасы могут быть созданы в большем объеме. Область применения этих систем более широкая. 38 Таблица – Классификация систем разработки по проф. Е.Ф.Шешко Наименование систем разработки Группы систем разработки А. Системы разработки с перевалкой вскрыши (с поперечным перемещением вскрыши в отвалы) Б. Системы разработки с перевозкой вскрыши (с продольным перемещением вскрыши в отвалы) В. Системы разработки с перевалкой и перевозкой вскрыши (с поперечным и продольным перемещением вскрыши в отвалы) А-0 Системы разработки с незначительным объемом вскрышных работ, когда способы перемещения вскрыши в отвалы не имеют существенного значения Условное обозначение систем разработки А-1 Система разработки с непосредственной перевалкой вскрыши То же, с кратной экскаваторной А-2 перевалкой вскрыши То же с перевалкой вскрыши А-3 отвалообразователями Система разработки с перевозкой Б-4 вскрыши на внутренние отвалы. То же на внешние отвалы Б-5 То же на внешние и внутренние Б-6 отвалы Системы разработки с частичной В-7 перевозкой вскрыши на внутренние или внешние отвалы То же, с частичной перевалкой В-8 вскрыши во внутренние отвалы А-0 136) Приведите классификацию систем разработки по акад. Н.В.Мельникову. Какие критерия взяты в основу классификации? Классификация включает следующие системы разработки (табл): бестранспортную, экскаватор-карьер, транспортно-отвальную, специальную, транспортную и комбинированную. В основу классификации, предложенной акад. Н.В.Мельниковым, положен способ производства вскрышных работ. Классификации систем разработки, в основу которых положены направление перемещения вскрыши в отвалы и способ производства вскрышных работ в неполной мере отражают порядок разработки месторождения. Эти классификации не характеризуют порядок производства добычных работ, а также порядок развития фронта и рабочей зоны карьера. Наиболее универсальной является классификация систем разработки, в основу которой положены горногеологические и геометрические посылки, характеризующие порядок производства вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ. 39 Специальная Транспортно-отвальная Экскаватор-карьер Бестранспортная (без Система переэкскавации или с разработки переэкскавацией вскрыши на Таблица – Классификация систем разработки по акад. Н.В.Мельникову Характеристика системы Вскрыша перемещается во внутренние отвалы непосредственно экскаваторами (возможна переэкскавация пород на отвалах) Условия применения Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности, мощность покрывающих пород ограничена рабочими параметрами экскаваторов. Наклонные и крутые месторождения при мягких вмещающих породах и глубине карьера, допускающей двойную и тройную переэкскавацию Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности (до 25 м) при покрывающих породах мощностью до 30 м Вскрышные и добычные работы производятся одним драглайном попеременно. Вскрыша переваливается в выработанное пространство, полезное ископаемое грузится в передвижной бункер, устанавливаемый на поверхности, или внавал; из бункера полезное ископаемое поступает на конвейер или в средства железнодорожного транспорта Вскрыша перемещается во Горизонтальные и пологие внутренние отвалы при месторождения с мягкими помощи транспортно- покрывающими породами отвальных мостов Вскрыша удаляется башенными экскаваторами, колесными скреперами, гидромеханизированным способом или кабелькранами Горизонтальные и пологие месторождения с мягкими покрывающими породами. При применении кабелькранов – крутые пласты в крепких породах Применяемое оборудование Мехлопаты драглайны больших размеров и Драглайн, подвижный бункер с питателем, мехлопата для погрузки из навала Цепные и роторные экскаваторы и мехлопаты; транспортноотвальные мосты и консольные отвалообразова тели. Кабельные экскаваторы, колесные скреперы, гидромониторы и землесосные установки, кабель-краны 40 Транспортная Комбинированн ая экскаваторы любых типов; рельсовый, автомобильной или конвейерный транспорт различных Горизонтальные и пологие Экскаваторы месторождения ограниченной любых типов, мощности с мягкими рельсовый или автотранспорт, покрывающими породами. транспортноотвальные установки различной Вскрыша транспортными Месторождения средствами перемещается на формы с породами любой внутренние или внешние крепости отвалы Комбинация систем 137) Характеристика автомобильного транспорта Автомобильный транспорт применяется главным образом на карьерах с небольшим годовым грузооборотом (15-20 млн.т) при расстоянии транспортирования до 4 км. С появлением автосамосвалов большой грузоподъемности (120-180 т и более) область применения автотранспорта значительно расширилась. Его особенно эффективно применять в период строительства карьеров, при интенсивной разработке месторождения с большой скоростью подвигания забоев и высокими темпами углубки горных работ. Отсутствие рельсовых путей и контактной сети, менее жесткие требования к профилю и плану автомобильных дорог (допустимый радиус кривых составляет 15-20 м, а подъем пути 80-100 о/оо ) снижают объем горнокапитальных работ и уменьшают сроки и затраты на строительство карьеров. К основным недостаткам автомобильного транспорта относится резкое снижение эффективности при увеличении расстояния транспортирования и зависимость от климатических условий. 138) Назовите периоды производственных процессов ОГР и их содержание. 1. Подготовительный 2. Строительный 3. Эксплуатационный 4. Рекультивационный В первом периоде, подготовительном, создаются благоприятные условия для нормальной работы горного и транспортного оборудования в последующих периодах. Задачей этого периода является подготовка поверхности месторождения, осушение его и ограждение от вод поверхностного стока. Подготовка поверхности месторождения заключается в вырубке лесов и кустарника, удалении слоя торфа (задерживающего воду), корчевке пней, осушении болот и озер, отвода в новое русло рек, переноса дорог, силовых и осветительных линий, сносе зданий и сооружений и другое. Во втором периоде, строительном, создается начальный фронт добычных и вскрышных работ, обеспечивающий планомерную отработку 41 месторождения и безопасность ведения горных работ. В задачи этого периода входит проведение специальных горных выработок, удаление определенного объема горной массы из карьера, строительство транспортных коммуникаций, обеспечивающих доступ к рабочим горизонтам. Горные работы первого и второго периода, называемые капитальными, финансируются в соответствии со сметами капитальных затрат. По окончании строительного периода карьер сдается в эксплуатацию и начинает функционировать как хозрасчетная производственная единица. Кроме начального фронта добычных и вскрышных работ, необходимого для обеспечения начала регулярной добычи полезного ископаемого в объеме полной проектной производительности карьера либо частичной (30-60 %), к моменту сдачи карьера в эксплуатацию необходимо иметь вскрытые запасы полезного ископаемого, обеспечивающие плановую добычу в течении нескольких месяцев Третий период – эксплуатационный. Горные работы этого периода подразделяются на вскрышные работы, обеспечивающие систематическое удаление вскрышных пород с целью создания доступа к полезному ископаемому и требуемой длины фронта работ, и добычные работы заключаются в извлечении полезного ископаемого в соответствии с планом по объему и качеству. Четвертый период – рекультивационный В течение четвертого периода осуществляется рекультивация земель, нарушенных горными работами. Характер нарушений земной поверхности при открытой разработке месторождения в первую очередь зависит от условий залегания полезного ископаемого в земной коре, что в большинстве случаев оказывает основное влияние на порядок разработки месторождения и место отвалов. Так, при разработке горизонтальных и пологих залежей на полную мощность основной объем пустых пород размещают в выработанном пространстве, а при разработке наклонных и крутых залежей – во внешние отвалы. На карьерах страны основную часть нарушений составляют отвалы пустых пород, на которые приходится более 60 % земельного отвода. В соответствии с основами земельного законодательства предоставление участков в пользование осуществляется в порядке отвода их с указанием цели, для которой они отводятся и основных условий пользования землей. 139) Назовите технологические процессы ОГР и их удельные затраты при разработке месторождений полезных ископаемых с различной крепостью пород. Основными производственными процессами являются: подготовка горных работ к выемке, выемочно-погрузочные работы, перемещение горной массы, отвалообразование вскрышных пород, складирование добытого полезного ископаемого. В следующей таблице приведены данные, характеризующие удельные затраты по отдельным производственным процессам при 42 производстве вскрышных работ с перемещением пород за пределы карьера (по профессору В.С. Хохрякову). Как видно из таблицы, более 40 % всех затрат приходится на процесс перемещения пород, что свидетельствует о его наибольшей трудоемкости и сложности в организационном отношении. Удаление больших масс покрывающих и вмещающих пород является главной особенностью открытых разработок. Доля затрат по процессам, % Породы Буровзр Выемочно- Содержани Перемещени Отвалообр ывные погрузочны е забойных е горной азование работы е работы автодорог массы Мягкие 18-20 12-16 40-50 18-22 Средней 13-18 16-23 10-12 38-45 15-18 крепости Крепкие 18-28 20-25 8-10 35-40 6-15 Основные затраты получают на вскрышных работах. Поэтому при разработке горизонтальных и пологих залежей вскрышные породы стремятся перемещать по кратчайшему расстоянию в раннее созданное выработанное пространство. 43 Лекция 4. Горно-технологические понятия и терминология ОГР Открытыми горными работами называют комплекс работ, производимых с земной поверхности для добычи разнообразных полезных ископаемых. Совокупность образующихся при этом различных горных выработок носит название карьера. При разработке горизонтальных или пологих (до 8-10º падения пласта) месторождений удаляют только покрывающие породы; породы лежачего блока (почвы) не извлекают (рисунок 4.1). 4 3 1 2 5 1 – внутренние отвалы пустых пород; 2 – выработанное пространство; 3 – рабочий борт карьера; 4 – породы висячего блока; 5 – полезное ископаемое Рисунок 4.1 – Схема отработки горизонтальных и пологих месторождений 7 8 3 4 2 2 – выработанное пространство; 3 – рабочий борт карьера; 4 – породы висячего бока; 7 – внешние отвалы; 8 – нерабочий борт карьера Рисунок 4.2 – Принципиальная схема отработки наклонных месторождений При разработке наклонных (10-30º) и крутых месторождений (>30º) помимо покрывающих необходимо удалить и часть вмещающих пород для создания транспортного доступа к различным частям залежи по глубине и 44 обеспечения устойчивости массива вмещающих пород после выемки полезного ископаемого. Для этих целей угол откоса породного массива не должен превышать 25-35º. При разработке наклонных залежей вскрышные породы удаляются только со стороны висячего бока залежи.При разработке крутой залежи необходимо удалять породы со стороны висячего и лежачего ее боков. 7 3 3 4 6 3 – рабочие борта карьера; 4 – породы висячего бока; 6 – породы лежачего бока; 7 – внешние отвалы Рисунок 4.3 – Принципиальная схема отработки крутых залежей Удаление больших масс покрывающих и вмещающих пород является главной особенностью открытых разработок. Основные затраты получают на вскрышных работах. Поэтому при разработке горизонтальных и пологих залежей вскрышные породы стремятся перемещать по кратчайшему расстоянию в раннее созданное выработанное пространство. Выемка полезного ископаемого, покрывающих и вмещающих пород производится слоями, с опережением верхними нижних. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов и в земной коре образуется выработанное пространство. Размеры выработанного пространства при разработке горизонтальных залежей увеличиваются в плане, а при разработке наклонных и крутых залежей одновременно и в плане, и по глубине вследствие нарезки новых уступов. Каждый уступ характеризуется высотной отметкой горизонта, расположения на нем транспортных коммуникаций. Отметки уступов могут быть абсолютные (относительно уровня моря) или условные. Поверхности, ограничивающие уступ по высоте, называют нижней и верхней площадками. Наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства, называется откосом уступа, а угол наклона откоса уступа к горизонтальной плоскости – углом откоса уступа. Линия пересечения откоса уступа с нижней и верхней площадками называются соответственно нижней и верхней бровками. 45 Подготовленная для разработки часть уступа по длине называется фронтом работ уступа (рисунок 4.4). Lфу1 I 1 2 3 Lфу2 6 4 5 2 4 I 3 5 β 1 α 6 1, 2 – нижняя и верхняя площадки; 3 – откос уступа; 4, 5 – верхняя и нижняя бровки; 6 – оси транспортных коммуникаций; β – угол откоса уступа; α – угол откоса рабочего борта карьера; Lфу1, Lфу2 – длина фронта работ на первом и втором уступах Рисунок 4.4 – Элементы уступа Различают рабочие и нерабочие уступы и борта карьера. На рабочих уступах производится выемка горных пород, поэтому нижняя площадка этого уступа называется рабочей площадкой. Здесь располагают выемочное оборудование и транспортные коммуникации, необходимые для разработки уступа. По условию технологии выемки уступы могут разделяться на подуступы, разработка которых ведется одним и тем же выемочным оборудованием последовательно или одновременно, но обязательно на единый для уступа транспортный путь. 46 Рисунок 4.5 – Схема выемки пород подуступами (одновременно разными экскаваторами) Поверхность горных пород в пределах уступа или развала, являющаяся объектом выемки, называются забоем. Месторождение или его часть, разрабатываемую одним карьером, называют карьерным полем. В состав земельного отвода карьера входит карьерное поле, внешние отвалы, промышленная площадка и др. производственные сооружения. Ступенчатые боковые поверхности, образованные откосами и площадками уступов и ограничивающими выработанное пространство, называется бортами карьера. На нерабочих бортах карьера горные работы не производится и откосы уступов разделяются площадками (бермами). Различают транспортные, предохранительные бермы и бермы очистки. Они формируются на подходе рабочих уступов к конечным контурам карьера за счет уменьшения ширины рабочих площадок. 1 2 3 1 – γ - транспортная берма; 2 – предохранительные бермы; 3 – берма очистки; γ – угол откоса нерабочего борта карьера Рисунок 4.6 – Конструкция нерабочего борта карьера На транспортных (соединительных) бермах шириной 10-15 м расположены транспортные коммуникации, соединяющие пути на рабочих площадках уступов и в специальных наклонных (крутых) выработках, через которые осуществляется грузотранспортная связь с поверхностью и другими горизонтами. Предохранительные бермы шириной от 3-5 до 8-10 м служат для повышения устойчивости прибортового массива горных пород, а также для задержания осыпающихся с верхних уступов кусков породы. Площадки очистки – представляют собой предохранительные бермы увеличенной ширины, позволяющие размещать необходимое оборудование, 47 для периодической очистки бортов карьера от осыпей и навалов. Их оставляют через 3-4 уступа по высоте. Угол между линией, нормальной к простиранию борта и соединяющей верхний и нижний контуры и горизонталью, называется углом откоса рабочего и нерабочего борта карьера. Величина его зависит от состояния массива, высоты уступов и ширины площадок. Угол откоса рабочего борта карьера γр изменяется от 7 до 17º (иногда до 23-27º), а нерабочего борта γн от 25 до 35º. Совокупность уступов, находящихся в одновременной разработке, называется рабочей зоной карьера. Положение ее определяется отметками нижних площадок верхнего и нижнего (на данный момент времени) рабочих бортов карьера. Длина фронта горных работ карьера представляет суммарную протяженность фронта горных работ всех рабочих уступов. Для введения в работу нового уступа необходимо создать транспортный доступ к нему и первоначальный фронт работ с соответствующей рабочей площадкой. Для расположения транспортных коммуникаций, по которым будут перемещаться горная масса нового уступа на поверхность или на вышележащие уступы, необходимо вскрыть уступ (нарезать горизонт), т.е. провести или с вышележащего уступа специальные (вскрывающие) горные выработки. Эти выработки соединяют с разными высотными отметками и поэтому имеют определенный угол наклона. При сооружении вскрывающие выработки обычно имеют трапециевидную или треугольную формы в поперечном сечении и называются соответственно капитальными траншеями и полутраншеями. Проведение траншей или полутраншей называется вскрытием уступа. Для создания начального фронта работ на вскрышном уступе необходимо провести от вскрывающей выработки горизонтальную (реже с небольшим уклоном) горную выработку – разрезную траншею (или полутраншею). Все горные работы на карьере состоят из горно-подготовительных (проведение траншей), вскрышных (выемка, перемещение и размещение вскрышных пород) и добычных (выемка, перемещение и складирование полезного ископаемого) работ. Эти работы необходимо проводить в определенном порядке, соблюдая между ними, элементами и параметрами горных выработок, в которых они выполняются, определенные соотношения и зависимости, позволяющие по техническим условиям обеспечить в каждый момент времени необходимый фронт горных работ, производственную и безопасную работу применяемого оборудования. Принятый порядок выполнения горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ, обеспечивающий для данного месторождения безопасную, 48 экономичную и полную выемку балансовых запасов полезного ископаемого называется системой разработки. 1 – капитальная траншея внешнего заложения; 2 – капитальная полутраншея траншея внешнего заложения; 3, 4 – разрезная траншея и полутраншея соответственно; 7 – граница карьера Рисунок 4.7 – Горно-подготовительные выработки 1, 2 – соответственно нижняя и верхняя площадка уступа; 3, 4, 5, 6 – заходки; 7 – откос уступа; 8 – нижняя бровка уступа; 9 – верхняя бровка уступа; 10, 11 – соответственно забои угольного и породного уступов; 12 – направление перемещения фронта работ; 13 – направление перемещения забоя заходки; 14 – развал породы после взрыва; α – угол откоса уступа; 15 – погрузка породы экскаватором в железнодорожный состав; 16 – подготовка заходки к взрыву, бурение и заряжание скважин; А – рабочая площадка; Б – нерабочая площадка Рисунок 4.8 – Элементы уступа 49 Лекция 5. Главные параметры карьера Главными параметрами карьера являются: - Объем горной массы; - Конечная глубина; - Размеры дна (по подошве); - Углы откосов бортов; - Запасы полезного ископаемого; - Объем вскрыши; - Размеры на уровне поверхности. 1. Общий объем горной массы в контурах карьера является важнейшим показателем, определяющим производственную мощность предприятия, срок его существования и др. Объем горной массы (м3) в контурах карьера, характеризующий масштаб горных работ, определяется по формуле В.В. Ржевского 1n 1 VГ . М . = SH K + ∑ l n H K2 ctg β n + π H K3 ctg 2 β ср 21 3 (5.1) где S – площадь подошвы уступа, м2; НК – глубина карьера, м; βn – угол откоса n-го участка борта карьера, град.; ℓn – длина n-го участка борта; βср – средний угол откоса борта, град. β ср = (β l + β l + ... + β l ) (l + l + ... + l ) 1 1 2 1 2 2 n n (5.2) n Если углы откосов всех бортов карьера равны или различаются между собой незначительно, то формула (5.1) примет вид 1 1 VГ . М . = SH K + РH K2 ctg β ср + π H K3 ctg 2 β ср 2 3 (5.3) где Р – периметр подошвы карьера 2. Конечная глубина, которая при разработке наклонных и крутых залежей определяет возможную производственную мощность карьера, размеры его по поверхности, общий объем горной массы. Конечная глубина карьера при разработке пологих и горизонтальных месторождений определяется отметкой подошвы пласта полезного ископаемого или суммой мощностей вскрыши hВ и полезного ископаемого hИ, т.е. НКК = hВ + hИ 50 В НК.П. ctg βр НК ctg βр β НК.К β НК. βн НК.К ctg βн β В НК.К ctg βн Рисунок 5.1 – Схема к определению конечной глубины карьера Экономическая целесообразность разработки горизонтальных и пологих месторождений открытым способом решается путем сравнения среднего и граничного коэффициентов вскрыши. Месторождение целесообразно разрабатывать открытым способом при Кср ≤ Кгр. При разработке крутых залежей конечная глубина карьера определяется из выражения Н КК = ( − Р + Р 2 − 4π ( S − m Г L Д (1 + К гр )) ) 2π сtgβ H (5.4) где mГ – горизонтальная мощность залежи, м; LД – длина дна карьера, м; βН – угол откоса нерабочего борта карьера, град.; Кгр – граничный коэффициент вскрыши. Аналитический метод расчета конечной глубины карьеров является приближенным, т.к. он не учитывает всех горно-геологических, топографических и других особенностей месторождения. Для более точного решения этого вопроса применяют графический метод и метод вариантов. 3. Размеры дна карьера устанавливаются оконтуриванием разрабатываемой части на отметке конечной глубины карьера. Минимальные размеры дна карьера определяются условиями безопасной выемки и погрузки пород на нижнем уступе. Размеры дна карьера в конечных границах при разработке горизонтальных месторождений определяются контурами залежи в плане на отметке подошвы. При разработке наклонных и крутых месторождений минимальная ширина дна карьера определяется условием безопасного 51 ведения горных работ и составляет 30-40 м. Длина дна карьера принимается равной протяженности залежи по простиранию (при незначительной ее длине). В случае большой протяженности залежи длина дна карьера по техническим соображениям принимается 3-4 км. Минимальная длина дна карьера должна находится в пределах 70-100 м. При разработке наклонных и крутых залежей значительной мощности объем извлекаемого полезного ископаемого в конечных контурах карьера зависит от положения дна карьера относительно боков залежи, что в конечном счете оказывает влияние на показатели открытой разработки. Так при известной длине дна карьера объем запасов полезного ископаемого определяется по формуле Vn = [mГ НК – (S1 + S2)] LД (5.5) где S1, S2 – соответственно площадь оставляемого со стороны висячего и лежачего бока полезного ископаемого при разработке дна карьера внутри залежи (смотреть рисунок 5.2) ВД βН β3 S1 S2 x m Рисунок 5.2 – Схема к выбору положения дна карьера Таким образом, оптимальное положение дна карьера, обеспечивающее извлечение максимального объема полезного и ископаемого и имеет вид, если S1 ( m = S1 + S2 → min − х − В Д ) ⋅ tg3 ⋅ tgβ H 2(tgβ 3 + tgβ H ) 2 Г (5.6) 52 x 2 ⋅ tgβ 3 ⋅ tgβ H S2 = 2(tgβ 3 + tgβ H ) (5.7) где х – расстояние от дна карьера до лежачего бока залежи, м; β3 – угол падения залежи, град. х= ( m Г − В Д )( tgβ 3 − tgβ H ) 2tgβ 3 (5.8) 4. Угол откоса бортов карьера на момент погашения горных работ определяется конструкцией бортов и условиями устойчивого равновесия слагающих его пород. В конструктивном отношении борта карьера могут включать откосы уступов, предохранительные и транспортные бермы, основания капитальных траншей. β К = arctg HK ∑ hy ctgα + ∑ вТ + ∑ вn + ∑ в КГ (5.9) где НК – глубина карьера, м; hу – высота уступа, м; α – угол откоса уступа, град.; Σhу · ctg α, ΣвТ, Σвn, ΣвКТ – соответственно суммарная ширина горизонтальных заложений откосов уступов предохранительных берм, транспортных берм, оснований капитальных траншей. Ширина транспортной бермы определяется по формуле (смотреть рисунок 5.3) ВТ = z + T + K (5.10) z = hy (ctg αе - ctg αp) (5.11) где z – ширина основания призмы возможного обрушения, м; αе – угол естественного откоса уступа, градусы; αp – угол откоса рабочего уступа, градусы; ВТ – ширина транспортной бермы, м; Т = 4÷7,5 м – ширина транспортной полосы; К = 0,5÷0,7 – ширина кювета, м. Величина ВТ зависит от вида и интенсивности движения картерного транспорта. При автотранспорте она принимается в пределах 5-10 и 8-20 м соответственно для одно- и двуполостного движения. Для железнодорожного транспорта при однопутном движении она равна 8 м, при двухпутном 12-14 м. 53 Ширина основания капитальных траншей при одно и двухпутном движении принимается 7,6 и 11,5 м соответственно. Вn – ширина предохранительной бермы. ВТ z αр T αе K Bn hy hy Рисунок 5.3 – Схема к определению ширины транспортной бермы ВТ 5. Запасы полезного ископаемого в контурах карьера – важнейший показатель, определяемый возможный масштаб добычи, срок существования карьера и экономические результаты разработки. Запасы в пределах каждого уступа (горизонта) и карьерного поля в целом устанавливаются при разработке месторождения, а затем уточняются и пересчитываются в контурах карьера при проектировании и эксплуатации его в соответствии с установленными и периодически изменяющимися кондициями на полезное ископаемое. Объем запасов полезного ископаемого в контурах карьера определяется по следующим формулам горизонтальные залежи 1 1 2 3 Vu = Shu + Phu ctg B K + πhu ctg 2 B K 2 3 (5.12) наклонные и крутые залежи Vu = m Г ⋅ L Д ( Н К − hH ) − ( S 1 + S 2 ) ⋅ L Д (5.13) где hН – мощность наносов, м. 6. Объем вскрыши в контурах карьера определяется из выражения Vв = Vг.м - Vи (5.14) 54 7. Размеры карьера на поверхности по простиранию и вкрест простирания залежи определяется размерами залежи, дна карьера, глубины и углов откоса его бортов. Они устанавливаются графики или аналитически. Форма карьера в плане обычно близка к овальной. Длина карьера изменяется от сотен метров до 8 км, а ширина в зависимости от типа месторождения до 4 км. Длина карьера LК и ширина Вк для крутопадающих залежей в конечных контурах карьера на уровне дневной поверхности определяются по формулам LK = LД + 2HK · ctgBK (5.15) ВK = ВД + 2HK · ctgBK (5.16) где ВД – ширина дна карьера (30-40 м). Лекция 6. Понятие о коэффициенте вскрыши 6.1. Общие сведения о коэффициентах вскрыши. 6.2. Средний коэффициент вскрыши. 6.3. Эксплуатационный коэффициент вскрыши. 6.4. Слоевой коэффициент вскрыши. 6.5. Контурный коэффициент вскрыши. 6.6. Текущий коэффициент вскрыши. 6.7. Граничный коэффициент вскрыши. 6.8. Плановый коэффициент вскрыши. Важным показателем открытых горных работ является соотношение извлекаемых в определенных масштабах на различных этапах деятельности карьера объемов вскрышных пород и полезного ископаемого. Количество пород в м3 или в тоннах, отнесенное к 1 м3 или к 1 т полезного ископаемого, называют коэффициентом вскрыши (К). Различают объемный коэффициент вскрыши (м3/м3) или весовой (т/т). Чаще всего коэффициент вскрыши измеряют отношением объема (м3) вскрышных пород к 1 т полезного ископаемого (м3/т). В зависимости от методики определения соотношения объемов вскрышных пород и полезного ископаемого раз-личают средний, эксплуатационный, слоевой, контурный, текущий, граничный и плановый коэффициент вскрыши. Средний коэффициент вскрыши (Кср) представляет собой отношение объема вскрышных пород в конечных контурах карьера (Vобщ. в) или части этого объема, отнесенной к какому-либо сравнительно длительному этапу разработки месторождения, к объему полезного ископае-мого (Vобщ. и) в этих же контура 55 Κ ср = Vобщ . в Vобщ . и (6.1) Эксплуатационный коэффициент вскрыши выражает отношение объемов вскрыши и добычи за период эксплуатации карьера Κэ = Vобщ . в − Vс .в . (6.2) Vобщ . и − Vс . и . Для определения эксплуатационного коэффициента вскрыши объем вскрышных и добычных работ устанав-ливается как разность между объемами вскрышных по-род Vобщ..в. и полезного ископаемого Vобщ..и. в конечных контурах карьера и объема вскрышных пород Vс.в. и по-лезного ископаемого Vс.и., извлекаемыми из карьера в пе-риод строительства. При незначительной мощности покрывающих пород и больших запасах полезного ископаемого значения Кэ существенно не отличаться от Кср. Однако при ограничен-ных размерах карьера в плане и больших объемах горно-строительных работ эти коэффициенты существенно от-личаются. Слоевой коэффициент вскрыши (Ксл) определяется делением объема вскрышных пород Vсл.в в границах слоя карьера на объем полезного ископаемого Vсл.и в этом же слое. Обычно высота слоя принимается равной высоте уступа Ну Vсл.в Н Н γ γ γл, γв – углы откосов лежачего и висячего боков залежи на момент погашения горных работ Рисунок 6.1 – Схема к определению слоевого коэффициента вскрыши Слоевой коэффициент вскрыши (Ксл) определяется по формуле 56 Κ сл = Vсл .в Vсл . и Контурный коэффициент вскрыши (Кк) выражает отношение объема вскрышных пород ΔVв к объему полезного ископаемого ΔVи, прирезаемому к карьеру при расширении его контуров определяется по формуле Κк = ∆Vв ∆Vи Vтв Vт V Δ ΔВ Рисунок 6.2 – Схема к определению контурного и текущего коэффициентов вскрыши Текущий коэффициент вскрыши (Кт) выражает отношение объема вскрышных пород Vтв, перемещаемых из карьера в отвалы за какой-либо период времени, к фактически добытому за этот же период времени объему полезного ископаемого Vти определяется по формуле Κт = ∆Vтв ∆Vти (6.4) Граничный коэффициент вскрыши (Кгр) является расчетным экономическим показателем, выражающим максимально допустимый по условию рентабельности открытых разработок объем вскрышных пород, перемещаемых из массива в отвал на единицу полезного ископаемого. 57 Κ гр = Си − Сд Св (6.5) где Си – допустимая себестоимость добычи полезного ископаемого на данном месторождении (в качестве допустимой может быть принята себестоимость добычи подземным способом), руб./м3; Сд – затраты на собственно добычные работы, руб./м3; Св – затраты на вскрышные работы, руб./м3. Граничный коэффициент вскрыши служит для установления границ открытых разработок как в плане, так и по глубине. В практике проектирования карьеров границы открытых горных разработок устанавливают приравниванием Кгр к контурному и чаще текущему Кт коэффициентам вскрыши. Плановый коэффициент вскрыши (Кп) Κп = С т − С т .и С т .в (6.6) где Ст – планируемая производственная себестоимость полезного ископаемого, руб./м3; Ст.и – текущая себестоимость полезного ископаемого, руб./м3; Ст.в – текущая себестоимость вскрышных работ, руб./м3. Величину Кп – необходимо знать для планирования производственной себестоимости полезного ископаемого, когда погашаются затраты на вскрышные работы в процессе текущего производства открытых работ. Лекция 7. Периоды производственных процессов открытых горных работ 1.1 1.2 1.3 1.4 Подготовительный период. Строительный период. Эксплуатационный период. Рекультивационный период. Разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом включает четыре периода. В первом периоде, называемом подготовительным, создаются благоприятные условия для нормальной работы горного и транспортного оборудования в последующих периодах. Задачи этого периода является подготовка поверхности месторождения, осушение его и ограждение от вод 58 поверхностного стока. Подготовка поверхности месторождения заключается в вырубке лесов и кустарника, удалении слоя торфа (задерживающего воду), корчевке пней, осушении болот и озер, отвода в новое русло рек, переноса дорог, силовых и осветительных линий, сносе зданий и сооружений и другое. Осушение месторождения состоит в удалении воды, поступающей из водоносных горизонтов и в результате выпадения атмосферных осадков. Различают предварительное и параллельное (текущее) осушение. Предварительное осушение производит-ся до начала разработки месторождения и служит для создания благоприятных гидрологических условий на участках работ. Параллельное осушение производится в период эксплуатации карьера одновременно с производством вскрышных и добычных работ, опережая их в пространстве. Осушение может осуществляться поверхностным, подземным и комбинированным способами. Поверхностный способ осушения заключается в проведении специальных горных выработок (водопонижающие скважины, горизонтальные дрены), вода из которых откачивается или самотеком отводится за пределы карьерного поля. Поверхностный способ осушения принимается при расположении водоносных горизонтов на большой глубине (80-100 м) в породах с хорошей водоотдачей (пески, супеси и др.) он экономичнее подземного способа. Подземный способ осушения предусматривает проведение подземных выработок (шахт, штреков, штолен и т.д.) и специальных водосборных устройств (забивные и дренажные фильтры, дренажные колодцы и др.). Вода поступает в специальные подземные водосборники, а затем откачивается на поверхность. Комбинированный способ осушения является сочетанием поверхностного и подземного способов. Ограждение карьера от вод поверхностного стока осуществляется путем проведения на незначительном расстоянии от его бортов (главным образом со стороны повышающихся отметок) нагорной канавы с целью перехвата и отвода стекающих вод. Во втором периоде, который называется строительным, создается начальный фронт добычных и вскрышных работ, обеспечивающий планомерную отработку месторождения и безопасность ведения горных работ. В задачи этого периода входит проведение специальных горных выработок, удаление определенного объема горной массы из карьера, строительство транспортных коммуникаций, обеспечивающих доступ к рабочим горизонтам. Горные работы первого и второго периода, называемые капитальными, финансируются в соответствии со сметами капитальных затрат. По окончании строительного периода карьер сдается в эксплуатацию и начинает функционировать как хозрасчетная производственная единица. 59 Кроме начального фронта добычных и вскрышных работ, необходимого для обеспечения начала регулярной добычи полезного ископаемого в объеме полной проектной производительности карьера либо частичной (30-60 %), к моменту сдачи карьера в эксплуатацию необходимо иметь вскрытые запасы полезного ископаемого, обеспечивающие плановую добычу в течении нескольких месяцев. Третий период – эксплуатационный. Горные работы этого периода подразделяются на вскрышные работы, обеспечивающие систематическое удаление вскрышных пород с целью создания доступа к полезному ископаемому и требуемой длины фронта работ, и добычные работы заключаются в извлечении полезного ископаемого в соответствии с планом по объему и качеству. В течение четвертого периода осуществляется рекультивация земель, нарушенных горными работами. Характер нарушений земной поверхности при открытой разработке месторождения в первую очередь зависит от условий залегания полезного ископаемого в земной коре, что в большинстве случаев оказывает основное влияние на порядок разработки месторождения и место отвалов. Так, при разработке горизонтальных и пологих залежей на полную мощность основной объем пустых пород размещают в выработанном пространстве, а при разработке наклонных и крутых залежей – во внешние отвалы. На карьерах страны основную часть нарушений составляют отвалы пустых пород, на которые приходится более 60 % земельного отвода. В соответствии с основами земельного законодательства предоставление участков в пользование осуществляется в порядке отвода их с указанием цели, для которой они отводятся и основных условий пользования землей. Отвод земель осуществляется в соответствии с существующим законодательством. Приступать к пользованию предоставленным земельным участком до установления соответствующими землеустроительными органами границ этого участка в натуре (на местности) и выдачи документа, удостоверяющего право пользования землей, запрещается. Отвод земель под горные разработки осуществляется при оформлении лицензии на горный отвод или, при необходимости, оформляется дополнительно. Земельный отвод горного предприятия представлен нарушаемыми и ненарушаемыми землями. Удельный вес нарушаемых земель земельного отвода составляет 60-95 %. Земли, нарушаемые горными выработками, включают карьерные выемки, траншеи, котлованы, нагорные канавы и другие горные выработки. Земли, занятые отвалами, включают внешние породные отвалы, отвалы некондиционных полезных ископаемых, шламо- и хвостохранилища, гидроотвалы пустых пород. К прочим нарушениям относят транспортные и другие инженерные коммуникации (железные и автомобильные дороги, трубопроводы, линии электропередач, конвейерные линии, канатные подвесные дороги и др.), объекты промплощадки (административно-хозяйственные здания и сооружения, перерабатывающие 60 предприятия, ремонтные службы, базы автотранспортных средств и др.), склады ВВ и прочие объекты. При добыче полезных ископаемых наряду с непосредственным нарушением земной поверхности при производстве горных работ, происходит загрязнение прилегающей территории, возникают очаги эрозии. Почвенный слой подвергается физическому, механическому и химическому воздействию. По приближенным подсчетам общая площадь земель, нарушенных в бывшем СССР при добыче твердого минерального сырья к 1990 г. превысила 3,0 млн. га. На РФ приходится около 67 % всех нарушенных земель, около 12 – Украину и около 9 % - на Казахстан. Лекция 8. Горные машины и оборудование 8.1. Буровые работы. 8.2. Выемочно-погрузочное оборудование. 8.3. Выемочно-транспортирующие машины. 8.4. Транспорт. 8.4.1. Общие сведения. 8.4.2. Железнодорожный транспорт. 8.4.3. Автомобильный. 8.4.4. Конвейерный транспорт. 8.1 Буровые работы В общей технологии открытых горных работ при разработке месторождений, сложенных скальными породами, буровзрывные работы являются одним из основных производственных процессов. Цель бурения – создание в породном массиве скважин или шпуров. Бурение представляет собой трудоёмкий и дорогостоящий процесс. Стоимость производства буровых работ в крепких породах на открытых горных работах достигает 36 % общей стоимости выемки 1 т горной массы. От качества рыхления горной массы зависят производительность погрузочного и транспортного оборудования, их долговечность и эффективность эксплуатации. Наибольшее распространение на открытых горных работах получил шарошечный способ бурения. Этим способом выполняется до 80 % всех объёмов бурения, тогда как вращательным способом с резцовыми коронками – около 19 % и ударным методом – до 1 %. В ближайшее время предполагается некоторое сокращение доли шарошечного бурения вследствие развития ударно-вращательного способа бурения, тогда как доля вращательного способа бурения останется приблизительно постоянной. Стандарт (ГОСТ 26698-85) устанавливает 3 подгруппы станков для открытых горных работ: 61 - СБШ – станки вращательного бурения шарошечными долотами с очисткой скважины воздухом (шарошечного бурения); - СБУ – станки ударно-вращательного бурения погружными пневмоударниками с очисткой скважины воздухом (пневмоударного бурения); - СБР – станки вращательного бурения резцовыми коронками с очисткой скважины шнеком (шнекового бурения); Кроме упомянутых типов станка на карьерах используются станки ударно-канатного бурения. Термические горелки (как инструмент) могут использоваться для расширения скважин (создания котлов) на станках комбинированного бурения. Классификация буровых машин Буровые машины, применяемые на открытых горных работах, классифицируются по: - способу разрушения горной породы; Буровые машины подразделяются на осуществляющие механические и физические способы разрушения, а также комбинированные. К первым относят: машины ударно-вращательного и вращательного бурения шарошечными и резцовыми долотами, производящие разрушения горной породы инструментом в соответствии с прикладываемыми к нему силовыми нагрузками; ко вторым: машины термического, взрывного, гидравлического, электрогидравлического и ультразвукового бурения, воздействующие на горную породу через жидкую и газообразную среду. Механический способ бурения скважин происходит за счет непосредственного воздействия рабочего инструмента на породу. При котором в последней возникают высокие напряжения, превышающие предел прочности минеральных образований и приводящие к разрушению породы в области контакта с инструментом. По форме и характеру воздействия бурового инструмента на породу различают бурение: ударное, вращательное резаньем, ударно-вращательное и комбинированное инструментом (режуще-шарошечным, шарошечно-ударным и т.д.). Физические или физико-химические способы бурения разрушают породу через жидкую или газообразную среду термическим, гидравлическим, взрывным, электрогидравлическим, ультразвуковым, плазменным, лазерным и др. способами воздействия. - способу приложения силовой нагрузки к буровому инструменту; Буровые машины подразделяют на: ударное бурение, ударноповоротное, вращательное бурение резаньем, ударно-вращательное и шарошечное бурение. - способу удаления продуктов разрушения от забоя скважины; Буровые машины подразделяют на машины: с непрерывным удалением и с периодическим. - по роду потребляемой энергии; 62 Буровые станки делят на электрические, тепловые (дизельные), пневматические и гидравлические. - способу расположения скважины; Станки подразделяют на станки для бурения вертикальных и горизонтальных скважин. - назначению. Буровые машины делятся на машины для бурения шпуров и небольших скважин (колонковые и бурильные молотки) и для бурения скважин среднего и большого диаметра. Буровые машины, используемые на открытых горных работ, классифицируют следующим образом: 1. Машины ударного бурения: - пневматические бурильные молотки- перфораторы с зависимым вращателем бура; - станки ударно-канатного бурения. 2. Машины вращательного бурения (рисунок 1): - станки вращательного бурения шарошечными долотами; - станки вращательного бурения режущими коронками. 3. Машины ударно-вращательного бурения: - станки с погружными пневмоударниками (пневмоударного бурения); - перфораторы с независимым вращением бура и внескважинным ударником. Рисунок 8.1 – Станок вращательного бурения DM-M2 63 Станки комбинированного бурения (используют сочетания различных способов разрушения горных пород). 8.2 Выемочно-погрузочное оборудование Для выемочно-погрузочных работ на карьерах наибольшее применение получили экскаваторы. Черпание горной массы, ее перемещение к месту разгрузки, разгрузка и поворот к месту очередного черпания осуществляется одноковшовыми экскаваторами последовательно. В совокупности эти операции составляют рабочий цикл экскаватора. Многоковшовыми экскаваторами эти операции выполняются одновременно. Поэтому одноковшовые экскаваторы являются машинами цикличного действия, а многоковшовые – машинами непрерывного действия. По признаку конструктивной связи ковша со стрелой различают одноковшовые экскаваторы с жесткой связью (прямая мехлопата, обратная мехлопата, гидравлический экскаватор) и одноковшовые экскаваторы с гибкой связью (драглайн, грейфер). Одноковшовый экскаватор в зависимости от назначения и области применения имеет различное рабочее оборудование. Основные виды рабочего оборудования, применяемого на открытых работах – прямая напорная лопата (рисунок 8.2), драглайн, кранлайн, гидравлические прямые и обратные лопаты и ковшовые погрузчики. Рисунок 8.2 – Общий вид выемочно-погрузочных работ с применением прямой мехлопаты Экскаваторы с ковшом вместимостью более 4 м3 относятся к карьерным. В их типаже приняты следующие обозначения: ЭКГ – экскаватор электрический, на гусеничном ходу. Цифры, стоящие после дефиса, обозначают вместимость основного ковша в м3 (ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-5У, ЭКГ-20А, ЭКГ-12Ус). 64 ЭШ – экскаватор шагающий. Цифры стоящие до точки – номинальная вместимость основного ковша в м3, а цифры, стоящие после точки – длина стрелы в метрах (ЭШ-6,5.45У; ЭШ-20.90; ЭШ-100.125 и т.д). ЭГ – экскаватор карьерный гидравлический на гусеничном ходу, прямая лопата (ЭГ-6, ЭГО-14, ЭГ-15). Прямые мехлопаты благодаря жесткой связи стрелы с ковшом развивают большие усилия черпания (до 3500 Н/см) и характеризуются большой прочностью рабочего оборудования. Они выпускаются различных типоразмеров с ковшом вместимостью 0,25…45 м3 и применяются при разработке мягких и разрыхленных полускальных и скальных пород. По объемам выполняемых работ на карьерах прямые мехлопаты занимают доминирующее место. Основной недостаток мехлопат – цикличность (прерывность) рабочего цикла. В последнее время как на зарубежных, так и на отечественных карьерах получают применение гидравлические экскаваторы. Прямая напорная лопата с выдвижной рукоятью состоит из: ковша, рукояти, удерживаемой седловым подшипником и деталями напорного механизма. В зависимости от системы напорного механизма и конструкции стрелы различают 4 основных типа прямой лопаты: с зубчато-реечным механизмом напора, с канатным механизмом напора и стрелой, с канатным механизмом напора и неразрезной стрелой, с канатным механизмом напора и неразрезной двухбалочной стрелой. Прямая коленно-рычажная напорная лопата состоит из: ковша, рукояти, стрелы с головными блоками и пятой, балансир, подвеска ковша, стреловой полиспаст, подъемный канат. Такого рода лопаты известны с двумя системами подачи: зубчато-реечной и канатной. Прямая напорная лопата с рабочим оборудованием «Суперфронт». Траектория рабочего движения образуется при сложном взаимодействии трёх механизмов: подъёма, напора и поворота ковша. Гидравлический экскаватор: Гидравлическая прямая лопата с поворотным ковшом состоит из: стрелы, рукояти и ковша, соответственно поворачивающиеся относительно шарниров, с помощью гидравлических цилиндров подъёма-опускания стрелы, напора рукояти и поворота ковша. Гидравлическая обратная лопата с поворотным ковшом состоит из: стрелы, рукояти и ковша. Поворот стрелы, рукояти и ковша в рабочем движении осуществляется соответственно вокруг осей и гидроцилиндрами. Тяги служат для крепления ковша. Виды оборудования гидравлического экскаватора – прямая и обратная лопаты, могут быть сменными и размещаться попеременно на одной базовой машине. Драглайн имеет: ковш с упряжью, тяговый и подъёмный канаты, стрелу с направляющими головными блоками и пятой. Для перемещения ковша 65 служат лебедки подъема и тяги. Угол наклона стрелы определяется длиной поддерживающего стрелу каната или полиспаста. Рисунок 8.3 – Общий вид выемочных работ с применением шагающего экскаватора Рабочее оборудование приспособлено к разработке грунта преимущественно ниже уровня стояния экскаватора, хотя вполне успешно может работать и выше этого уровня. Многоковшовые экскаваторы Выемочно-погрузочные машины непрерывного действия многоковшовые экскаваторы – различаются по типу рабочего органа и характеру перемещения его в пространстве. По типу рабочего органа бывают: цепными; скребково-ковшовыми; роторными; фрезерно-ковшовыми; с бесковшовым фрезерным рабочим органом. По характеру движения рабочего органа: - экскаваторы продольного копания, у которых направление рабочего движения (ротора, цепи) совпадает с направлением их перемещения; - экскаваторы поперечного копания (обычно с неповоротной платформой), у которых направление рабочего движения (ротора, цепи, скребка) перпендикулярно к направлению их перемещения; - экскаваторы радиального копания, у которых рабочий орган (ротор, ковшовая цепь) вместе с платформой поворачивается относительно базы машины. На открытых разработках применяются преимущественно роторные и цепные экскаваторы поперечного и радиального копания. Цепные экскаваторы поперечного черпанья различают: 66 - по взаимному расположению экскаватора и забоя - по конструкции рабочего оборудования: с жестко направленной ковшовой цепью; со свободно провисающей нижней ветвью ковшовой цепи и комбинированные; - по способу подачи рабочего оборудования в забой – веерного или параллельного черпанья. - по конструкции разгрузочных устройств – с центральным разгрузочным бункером и непосредственной погрузкой на транспорт и с консольными ленточными разгрузочными конвейерами. - по способу связи рабочего оборудования с ходовой тележкой – неповоротные и поворотные. - по ходовому оборудованию – с рельсовым, гусеничным, рельсогусеничным и шагающим (с внутренним опорным башмаком) ходом. Роторный экскаватор представляет собой самоходную машину непрерывного действия, экскавирующую горную породу ковшами, укрепленными на роторном колесе, и предназначенную для одновременной разработки и транспортирования вскрышных пород или полезного ископаемого (рисунок 8.3). Рисунок 8.3 – Роторный экскаватор В отличие от цепного экскаватора транспортирование породы после разгрузки ее из ковшей ротора осуществляется ленточным конвейером, расположенным на стреле. Исполнительный орган – роторное колесо (ротор) – осуществляет движение в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Роторные экскаваторы радиального и поперечного копания различают по технологическим признакам: - по теоретической производительности в разрыхленной массе; 67 - по величине расчетного коэффициента сопротивления копанию (и назначению); - по способу отработки забоя: верхнего черпанья; верхнего и нижнего черпанья; - по способу подачи рабочего органа на забой при отработке блока: с выдвижными и невыдвижными стрелами. По компоновочным признакам роторные экскаваторы, приняв условные обозначения: СР – стрела ротора; СП – стрела противовеса; РК – разгрузочная консоль; ВС – верхнее строение с противовесом роторной стрелы; СРК - стрела разгрузочного конвейера; ОПУ – опорно-поворотное устройство; ПУ – погрузочное устройство, можно классифицировать: - по общей компоновке экскаватора; - по конструкции разгрузочного оборудования: с консольным разгрузочным конвейером; с мостовым разгрузочным конвейером; - по конструкции стелы ротора: с постоянным вылетом, с переменным вылетом; - по типу подвески стрелы ротора: с канатной и с гидравлической подвесками; - по уравновешиванию верхнего строения экскаватора; - по конструкции нижней рамы: без горизонтирования; с горизонтированием; Современные роторные экскаваторы, как правило, делают с неподвижными стрелами, что на 20-25% снижает их массу по сравнению с экскаваторами, имеющими выдвижные стрелы. Отсутствие выдвижной стелы на мощных отечественных экскаваторах компенсируется маневренностью машины на шагающе-рельсовом ходовом устройстве. Фрезерная экскавационная машина продольного копания отделяет породу от массива послойно-полосовым способом за счет вращения барабанного рабочего органа роторного или шнекового типа, оснащенного по периметру режущими зубками или скребками, и подает ее на приемный конвейер при непрерывном горизонтальным движении машины (рисунок 8.4 и 8.5). Рисунок 8.4 – Фрезерный экскаватор 68 Рабочий орган закрепляется на раме машины между ходовыми тележками или консольно перед машиной. Погрузку породы в транспортное средство осуществляет поворотный разгрузочный конвейер. Рисунок 8.5 – Фрезерный комбайн KSM-2000R Рисунок 8.6 – КГРП «Superior Highwall Miners» 69 8.3 Выемочно-транспортирующие машины (ВТМ) Выемочно-транспортирующими машинами называются такие, которые одновременно с отделением (или после отделения) горной породы от массива транспортируют ее, причем движение рабочего органа в этот период осуществляется перемещением всей машины, как правило, за счет развиваемого ею тягового усилия или реже- с помощью тягачей или толкателей. Разработка пород выемочно-транспортирующими машинами осуществляется слоями. ВТМ можно разделить на два типа: ножевые (бульдозеры, рыхлители, струги, грейдеры) и ковшовые (скреперы, погрузочные машины). Бульдозеры, скреперы и грейдеры-элеваторы предназначены для выполнения различных видов земляных работ с преобладанием выполнения транспортирующих функций. Им присваивается буквенный индекс ДЗ. Рыхлителям, относящимся к машинам для подготовительных работ – ДП, погрузчикам как технологическому виду оборудования – ТО. Далее у ВТМ через дефис указывается номер модели оборудования, А, Б, В – модернизации или изменённые конструктивные размеры; С и ХЛ – климатическое исполнение (северное). На карьерах бульдозеры (рисунок 8.7) используются как для производства вспомогательных работ (зачистка кровли пласта, планировка трассы транспортных коммуникаций и рабочих площадок уступов, понижение их высоты, сооружение насыпей и т.д.), так и вскрышных и добычных работ. В тяжелых условиях наибольшее применение получили гусеничные бульдозеры. Рисунок 8.7 – Бульдозер-рыхлитель Бульдозеры, скреперы и одноковшовые погрузчики относятся к выемочно-транспортным машинам, которые при производстве вскрышных, добычных и вспомогательных работ на карьерах отделяют горную массу от 70 массива или навала, перемещают (транспортируют) ее в рабочем органе и укладывают в отвал или грузят в транспортные средства. Погрузка транспортных средств бульдозерами и скреперами осуществляется с использованием специальных бункеров. Колесный скрепер – самоходный или прицепной к тягачу агрегат, служащий для зачерпывания, пермещения и погрузки породы. Рабочим органом скрепера является ковш, имеющий на передней крышке днища нож, с помощью которого создается слой породы. Скреперы используются при производстве вскрышных и добычных работ, проходке траншей и сооружении насыпей, зачистке пластов полезных ископаемых, производсьве работ по рекультивации и при различных вспомогательных работах. Разработка пород скрепером осуществляется следующим образом. При подходе скрепера к забою поднимаются передняя его заслонка и ковш опускается. В процессе дальнейшего движения скрепера по забою его нож срезает слой породы (до 30 см). После наполнения ковш поднимается, закрывается заслонка и скрепер перемещается к месту разгрузки. На отвале ковш опускается, поднимается передняя заслонка и задняя стенка перемещаясь по ковшу, выталкивает породу. Одноковшовые погрузчики (рисунок 8.8) – представляют собой самоходные шасси с короткой стрелой, на конце которой шарнирно закреплен ковш. После наполнения ковш слегка поднимается, и погрузчик отъезжает к месту погрузки. Разгрузка может быть передняя, задняя и боковая. Погрузчики целесообразно применять на карьерах строительных материалов и цветных металлов, а также при разработке сложных забоев небольшой высоты, сложных рыхлыми и хорошо раздробленными скальными породами. Рисунок 8.8 – Погрузка одноковшовым погрузчиком 71 8.4 Транспорт Карьерный транспорт – служит для перемещения горной массы на открытых горных 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 для вскрышных пород – отвалы, для полезного ископаемого – постоянные или временные склады, приемные бункера дробильных, сортировочных, обогатительных или брикетных фабрик. В случае, когда полезное ископаемое на карьерах направляется отдельным потребителям, разгрузка как таковая отсутствует, и работа карьерного транспорта завершается передачей груза на межстроительный транспорт. Основное распространение на отечественных и зарубежных карьерах получили железнодорожный, автомобильный и конвейерный транспорт, применяемые как самостоятельные виды, так и в комбинациях. По прогнозу эти виды транспорта остаются основными на ближайшие 10-15 лет. Железнодорожный транспорт имеет широкое распространение на карьерах всех горнодобывающих отраслей России и других стран СНГ (электровозы и тепловозы). Основные преимущества железнодорожного транспорта: универсальность, надежность в работе, малая зависимость от климатических условий, способность транспортировать горные породы с различными физико-механическими свойствами, незначительное отрицательное воздействие на окружающую среду, относительное низкие энергоемкость и стоимость транспортирования. К недостаткам относится: незначительный уклон пути до 25-60‰, большой радиус поворота, небольшая производительность труда. Подвижной состав карьерного железнодорожного транспорта состоит из вагонов и локомотивов. Для перевозки полезного ископаемого в карьерах используют вагоны типа «гондола» и «хоппер». У вагона типа «гондола» дно составлено из отдельных щитов, вращающихся на шарнирах у хребтовой балки. В процессе разгрузки вагона щиты образуют наклонные плоскости, по которым груз высыпается по обе стороны от осей пути. Вагон типа «хоппер» имеет наклонные торцевые стенки. Полезное ископаемое разгружается через люки, расположенные ниже рамы вагона. При этом груз ссыпается обычно между рельсами в специальные емкости (бункера) потребителей. Для перевозки вскрышных пород в карьерах применяют специальные саморазгружающиеся вагоны-думпкары с односторонней или двусторонней автоматической разгрузкой. 72 Автомобильный транспорт (рисунок 8.9) получил широкое распространение на открытых горных разработках всех горнодобывающих отраслей мира. Опыт применения автотранспорта подтвердил его высокие технико-экономические показатели в определенных горнотехнических условиях. Грузоподъемность от 27 т до 500 т. Рисунок 8.9 – Самосвал «LIEBHERR» Основные преимущества автомобильного транспорта: автономность, независимость от внешних источников питания энергией, мобильность, что позволяет применять автотранспорт в сложных условиях залегания; возможность транспортирования горных пород с различными физикомеханическими свойствами; сокращение длины транспортных коммуникаций благодаря возможности двигаться по относительно крутым подъемам автодорог; упрощение процесса отвалообразования. Основные недостатки – значительная зависимость от состояния автодорог и, как следствие, снижение производительности и повышение опасности во время дождей, снегопада и гололеда; загрязнение атмосферы отработанными газами при большой интенсивности движения и ограниченных размеров карьера; относительно высокие энергоемкость и эксплуатационные затраты. Рационально расстояние транспортирования при автотранспорте не превышает 3-4 км, поэтому карьеры, где используется автотранспорт, имеют сравнительно ограниченные размеры в плане (не более 2,0-2,5 км). Уклоны автодорог 4-5˚ (80-100 ‰), радиусы поворота на дорогах – 40-50 м, глубина карьеров обычно не превышает 200-250 м. 73 Основными средствами карьерного транспорта являются автосамосвалы и автотягачи с полуприцепами. На отечественных карьерах большое применение получили автосамосвалы Белорусского завода (БелАЗы) грузоподъемностью 27-500 т, а также углевозы грузоподъемностью 100-500 т. Рисунок 8.10 – Катерпиллер Конвейерный транспорт применяется в разных объемах на предприятиях всех горнодобывающих отраслей стран мира. Основные преимущества конвейерного транспорта: поточность транспортирования как технологического процесса; автоматичность действия; возможность перемещать материал при углах наклона трассы 1618˚ и вследствие этого сокращение расстояния транспортирования и объема горно-капитальных работ по строительству траншей или наклонных стволов; высокая экономичность. К недостаткам относится жесткие требования к влажности, образивности и кусковатости материала (размер кусков не более 400-500 мм); зависимость от климатических условий; относительно высокая энергоемкость. Применение конвейерного транспорта связано в первую очередь с поточной технологией при использовании роторных и цепных экскаваторов на разработке рыхлых горных пород, а также в комбинации с железнодорожным и автомобильным транспортам, когда конвейеры 74 используются в качестве подъемников и для транспортирования по поверхности. Конвейерный транспорт эффективно применять при перевозке 20-40 минут 1 т в год и более. Рациональное расстояние транспортирования обычно не превышает 4-6 км. Высота подъема груза составляет 250-300 м. По назначению и месту установки конвейера в транспортной схеме на открытых разработках различают конвейеры забойные, отвальные, подъемные, магистральные, соединительные, вспомогательные. Забойные и отвальные конвейеры являются передвижными, подъемными и магистральными – стационарные, соединительными – полустационарные. Новая техника: беспросыпные ленточные конвейеры Зарубежные фирмы создали беспросыпные конвейеры с применением специальной дорогостоящей ленты – это трубчатые конвейеры и конвейеры со специальной подвесной лентой (рисунок 8.11). Рисунок 8.11 – Конвейер с подвесной лентой Трубчатые конвейеры начинают широко применяться за рубежом и единично в России. В машинах этого типа конвейерная лента сворачивается в трубу, что позволяет улучшить санитарные условия труда, обеспечить полную сохранность груза, исключить вредное воздействие химических агрессивных грузов на металлоконструкцию конвейера, удлиняя срок его эксплуатации. Появляется возможность транспортировать материалы под углом 20-25º. 75 Лекция 9. Буровзрывные работы Взрыв – чрезвычайно быстрое физическое или химическое превращение вещества или смеси веществ из одного состояния в другое с переходом потенциальной энергии в кинетическую энергию продуктов превращения. Основным характерным признаком взрыва является крайне быстрое проявление давления. В зависимости от вида исходной энергии различают взрывы физические, химические и ядерные. При физических взрывах происходят только физические превращения веществ (переход перегретой жидкости в пар или газ, расширение сжатого воздуха) с сохранением постоянства их химического состава. Примером физических взрывов могут служить взрывы баллонов со сжатым газом, паровых котлов и т.п. При химических взрывах происходит быстрое химическое превращение веществ с образованием газов или паров и выделением тепла. Примером химического взрыва может служить взрыв любого ВВ, метано-воздушной смеси, взвеси угольной пыли в воздухе и т.п. При ядерных взрывах энергия выделяется вследствие цепных реакций деления ядер или вследствие реакций синтеза новых ядер. При этих реакциях на единицу массы исходного вещества выделяется в миллионы раз больше тепловой энергии, чем при химическом взрыве. Взрывчатые вещества Взрывчатыми веществами (ВВ) называют индивидуальные химические соединения или смеси веществ, способные под влиянием того или иного внешнего воз-действия (удара, трения, нагревания, взрыва заряда другого ВВ) к быстрой химической реакции, сопровождающейся выделением большого количества тепла и образованием газов. Все ВВ по степени чувствительности и воздействия на окружающий массив могут быть разделены на три основных класса: инициирующие, бризантные и метательные (пороха). Отличительной особенностью инициирующих ВВ является то, что их горение очень легко и быстро переходит в детонацию. Инициирующие ВВ также характеризуются очень высокой чувствительностью к внешним воздействиям. Благодаря перечисленным качествам инициирующие ВВ используют для возбуждения взрыва зарядов бризантных ВВ. Бризантные ВВ - это очень мощные ВВ с высокой скоростью детонации и обладают большой разрушительной силой. Порох является метательным ВВ химическая реакция в них может протекать в режиме горения и взрывного горения. К взрывчатым химическим соединениям, используемым в качество бризантных ВВ, относятся различные нитросоединения (тротил, динитронафталин и др.), нитроэфиры (нитроглицерин, ТЭН и др.) и нитроамины (гексоген, тетрил и др.). При взрыве таких соединений основная 76 часть тепла выделяется в результате окисления горючих элементов (водород и углерод) кислородом, причем все они находятся в составе молекулы данного ВВ. Однако вследствие ряда причин (высокая чувствительность, высокая стоимость и т.п.) химические соединения редко используют в качестве промышленных ВВ. Для выполнения взрывных работ в народном хозяйстве широкое применение находят взрывчатые смеси. В принципе любая смесь окислителя с горючим может быть взрывчатой. Окислителями называют вещества, содержащие избыточный кислород, который при взрыве расходуется на окисление горючих элементов. В качестве окислителей наиболее широкое применение получили аммиачная се-литра, натриевая и кальциевые селитры, перхлорат аммонии и т.п. Горючими добавками называют вещества, богатые водородом и углеродом (нефтепродукты, угольная пыль, древесная мука, алюминиевый порошок и пудра и т.д.), легко окисляющиеся при взрыве, и выделяющие при этом большое количество тепла, иногда роль горючих добавок в смесевых ВВ выполняют взрывчатые химические соединения (тротил, динитронафталин и т.д.), имеющий в своем составе количество кислорода, недостаточное для полного окисления содержащихся в них горючих элементов. По своему физическому состоянию взрывчатые смеси разделяются на следующие: - газообразные ВВ (метано-воздушная смесь и др.); - аэрозоли (смеси пыли различных горючих веществ с воздухом); - жидкие (смеси тетранитрометана с бензолом и т.д.); - эмульсии (несмешивающиеся смеси двух жидких компонентов); - смеси твердых компонентов с жидкими (увлаж-ненные порошки и суспензии); - смеси твердых компонентов. Формы превращения взрывчатых веществ Существуют четыре формы взрывчатого превращения ВВ: термическое разложение, горение, взрывное горение, детонация. Термическое разложение наблюдается при нагреве ВВ ниже температуры вспышки. Скорость его зависит от температуры нагрева ВВ. Если приход тепла при термическом распаде больше, чем его отвод в окружающую среду, то температура вещества все время возрастает, что приводит к автоускорению реакции. Наступает так называемый тепловой взрыв, когда сразу с большой скоростью разлагаются большие массы ВВ. Изучение термического разложения необходимо для решения проблем химической стойкости ВВ, определяющих безопасные условия хранения и переработки ВВ. Горение возникает при сильных местных нагревах ВВ выше температуры его вспышки (поджигании, разогреве трением и т.п.) и характеризуется сравнительно медленным (от миллиметров до десятков сантиметров в секунду) распространением по веществу зоны реакции 77 (пламени) в результате прогрева впереди лежащих слоев вещества за счет тепрлопередачи. Скорость горения или распространения пламени по веществу зависит от физико-химических свойств ВВ и внешних условий (давления, температуры). Взрывное горение – это режим протекания окислительновосстановительной реакции осуществляется за счет диффузии, при этом скорость протекания значительно выше, чем при горении и составляет от нескольких метров в секунду до двух тысяч метров в секунду. Детонация – процесс взрывчатого превращения, вызываемый скачком давления, т.е. за счет прохождения по веществу ударной волны, распространяющейся с постоянной для данного ВВ и данного физического его состояния, сверхзвуковой скоростью от 1,5 до 10 км/с. У промышленных ВВ скорость детонации составляет от 3 до 5 км/с. При детонации вследствие большой скорости детонации развиваются максимальное давления (сотни тысяч атмосфер) и в результате наблюдается максимальное разрушающее действие. Классификация промышленных взрывчатых веществ Промышленные ВВ, предназначенные для ведения взрывных работ в народном хозяйстве, как правило, представляют собой взрывчатые смеси. По своему структурному состоянию они делятся на порошкообразные, гранулированные, прессованные, литые, пластичные и водосодержащие. В соответствии с условиями применения различают предохранительные и непредохранительные ВВ. Предохранительные ВВ – промышленные ВВ, обладающие пониженной способностью к воспламенению взрывоопасных сред. Предохранительные ВВ применяют в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли. Непредохранительные ВВ – промышленные ВВ, применяемые в местах ведения взрывных работ, не опасных по взрыву газа и пыли. По условиям применения все промышленные ВВ делятся на восемь классов. Классификация средств инициирования Начальный импульс, необходимый для возбуждения взрыва заряда промышленных ВВ, получают в результате детонации небольшого по величине заряда инициирующего ВВ, размещенного в капсюле-детонаторе или электродетонаторе. В зависимости от источника передачи начального импульса к заряду промышленного ВВ средства инициирования разделяются на четыре группы. Средства огневого инициирования: капсюли-детонаторы, огнепроводный шнур, зажигательные патроны и средства зажигания огнепроводного шнура. Средства электрического инициирования: электродетонаторы, соединительные провода, источники тока и контрольно-измерительная аппаратура. 78 Средства электроогневого инициирования: капсюли-детонаторы, огнепроводный шнур и электрозажигатели. Средства инициирования с помощью детонирующего шнура: детонирующий шнур и средства огневого, электрического или электроогневого инициирования. Неэлектрическая система инициирования зарядов (НСИ) – неэлектрическая система инициирования повышенной безопасности на основе капсюля-детонатора, не содержащего первичных инициирующих взрывчатых веществ и ударно- волновой трубки. Рисунок 9.1 – Типичные схемы расположения вертикальных (а) и наклонных (б) скважинных зарядов 79 Лекция 10. Основные понятия о рекультивации нарушенных открытыми горными работами земель 10.1. Общие сведения о рекультивации. 10.2. Этапы рекультивации. 10.3.Основные направления использования восстановленных земель. 10.4. Технологические схемы рекультивации. Рекультивация С целью сохранения земельных ресурсов страны, компенсации ущерба, наносимого природному комплексу, сельскому, лесному и иным хозяйствам, а также чтобы исключить вредное воздействие нарушенных земель на окружающую среду, горные предприятия обязаны проводить рекультивацию территорий, нарушенных в процессе добычи полезного ископаемого. К рекультивации относят комплекс горных, мелиоративных, сельскохозяйственных и гидротехнических работ по восстановлению продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель определенной це-левой направленности, а также на улучшение условий окружающей среды. Рекультивация выполняется в два этапа: 1-ый этап – горнотехнический (технический), предусматривающий приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для их целевого использования в сельском, лесном, рыбном хозяйствах или по иному назначению. К горнотехническому этапу рекультивации относятся: планировка поверхности отвалов и других участков, подлежащих рекультивации, снятие, транспортировка и нанесение почв и плодородных пород на рекультивируемые земли; планировка и формирование откосов; строительство дорог, гидротехнических, противоэрозионных и мелиоративных сооружений и др. 2-ой этап – биологический, включающий мероприятия по восстановлению плодородия земель после горнотехнической рекультивации. К биологическому этапу рекультивации относится комплекс агротехнических и мелиоративных мероприятий, направленных на восстановление и улучшение структуры грунтов, повышение их плодородности (вспашка, боронование, обработка химическими веществами, внесение удобрений и т.д.), освоение водоемов, создание лесов и зеленых насаждений, разведение дичи и животных и т.д. Технология и механизация рекультивационных работ выбираются применительно к конкретным условиям и согласно направлению рекультивации. Основными направлениями использования восстановленных земель являются: сельскохозяйственное, когда на восстановленных землях 80 создаются сельскохозяйственные угодья (пашни, сады, луга, пастбища); лесохозяйственное, когда на восстановленных землях создаются лесные насаждения различного типа (почвозащитные, ландшафтодекоративные, промышленные); рыбохозяйственное, предусматривающее создание в пониженных участках техногенного рельефа рыбоводческих водоемов; водохозяйственное – создание в понижениях техногенного рельефа водоемов различного назначения; рекреациооные – сооружение на нарушенных территориях зон отдыха; санитарно-гигиеническое, предусматривающее биологическую или техническую консервацию нарушенных земель, оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для использования в народном хозяйстве экономически не эффективна; строительное – приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства. В зависимости от направления последующего использования земель к их рекультивации предъявляются различные требования. Земельные участки, предназначенные после их восстановления для использования в сельском хозяйстве, должны быть спланированы, покрыты плодородным почвенным слоем, дренажем и другими коммуникациями и сооружениями. Эти участки должны быть удобными для выполнения сельскохозяйственных работ с применением современных машин, иметь уровень грунтовых вод, обеспечивающий оптимальные условия для произрастания растений. При рекультивации необходимо создание условий для правильного формирования структуры корнеобитаемого слоя растений, т.е. условия для нормального роста сельскохозяйственных культур. Общая мощность корнеобитаемого слоя устанавливается согласно глубины распространения корневой системы культивируемых растений и высоты капиллярного подъема. Она обычно не превышает 1,5-2 м и имеет три яруса: водоупор (глина), водовмещающий слой (лессы и лессовые суглинки), почва (гумусовый слой). Нанесение слоя почвы необходимо производить на устоявшуюся, не поврежденную просадками поверхность отвалов. Из-за неоднородности состава пород их просадка в различных точках отвала происходит неодинаково. Поэтому на таких отвалах до прекращения процесса просадки наносить плодородный слой на поверхность не следует, а лучше выращивать на них многолетние травы. После прекращения просадки следует произвести «ремонт» площади и нанести плодородный слой. Мощность наносимого плодородного слоя почв должны быть не менее 20-30 см. опытом установлено, что потенциальное плодородие рекультивируемых участков при увеличении толщины почвенного слоя от 0,3 до 0,8 м возрастает примерно в 2 раза. 81 Сопутствующий сельскохозяйственному освоению нарушенных земель и наиболее распространенной в прак-тике является лесохозяйственная рекультивация. Этому направлению всегда отдаётся предпочтение в районах, земли или климатические условия которых не пригодны для введения высокоэффективного сельского хозяйства, а также при большой плотности населения, когда требуется оздоровление окружающей природной среды. Кроме того, лесному освоению подлежат участки нарушенных земель, рельеф которых не отвечает требованиям сельскохозяйственной рекультивации. Проведение лесной рекультивации не требует полного выравнивания нарушенных земель. Достаточно частичной планировки, срезки вершин гребней отвалов, образованных при бестранспортной технологии отвалообразования, а также выполаживания откосов до 10-12° при обладании глинистых пород и до 4-6° – на песчаных. Состав грунтов на площадках, подготавливаемых для лесонасаждения, в пределах корнеобитаемого слоя (1,5-2 м) должен обладать благоприятным агрохимическими и физикомеханическими свойствами для произрастания деревьев и кустарников. В поверхностном слое (0,4-0,5 м) должны отсутствовать крупные (более 0,3 м) включения скальных пород, препятствующие механизации лесохозяйственных работ. При создании водоемов в отработанных карьерах и траншеях должно быть предусмотрено строительство гидротехнических сооружений, обеспечивающих поддержание постоянного уровня воды в водоеме, а также все необходимые меры для исключения возможности фильтрации и прорыва в подземные и смежные выработки. Объем воды в водоеме должен быть достаточным для покрытия её потерь на испарение, полезное потребление и фильтрацию при сохранении глубины не менее 1,5 м и соблюдении санитарно-гигиенических требований. Предусматривается также закрепление наводной части откосов водоемов с целью недопущения оползневых явлений, а также выполаживание пляжной, мелководной зоны водоема. Пляжные участки должны иметь ширину до 30 м, а остальная прибрежная полоса подлежит озеленению. Водоемы также должны иметь удобные подъездные пути. Возможность использования породных отвалов в качестве площадок под строительство промышленных и гражданских объектов устанавливается на основе специальных инженерно-геологических исследований, и в первую очередь, несущей способности отвалов. Долговечность возведенных зданий и сооружений, эксплуатационные расходы на содержание и ремонт зависят от степени уплотнения и устойчивости породных отвалов. Процесс уплотнения насыпей, сложенных глинистыми грунтами, продолжается до 10-15 лет, песчаными породами- до 2-5 лет, отвалов обогатительных фабрик- до 2-10 лет. Поэтому рекомендуется строительство на отвалах, уложенных без искусственного уплотнения, начинать не раньше чем че-рез 5 лет после отсыпки. Представляет интерес использование отработанных карьеров под 82 строительство спортивных сооружений (стадионов, ипподромов, велотреков и т.п.) Для нарушенных земель, лежащих в зоне сухих степей, полупустынь, горных районов и северных тундр с малой плотностью населения, выбор направления рекультивационных работ весьма затруднителен в силу малой их рентабельности в этих районах, а также отсутствия опыта и соответствующих научных разработок. В практике такие нарушенные земли оставляются для естественного зарастания. Однако в тех случаях, когда нарушение ландшафтной обстановки в результате горнопромышленных и разведочных угрожает массированным загрязнением окружающей среды, гибелью флоры и фауны на больших территориях, необходимы меры по консервации нарушенной поверхности. Основными объектами горнотехнической рекультивации являются внешние и внутренние отвалы. Этап гидротехнической рекультивации отвалов является основным в создании необходимых условий для последующего освоения нарушенных земель. Этот этап следует считать неотъемлемой частью технологии горных работ на карьерах. Поэтому технологические схемы горнотехнической рекультивации должны рассматриваться в тесной взаимосвязи с производством вскрышных и отвальных работ. Включение технологии и комплексной механизации горнотехнической рекультивации в основные технологические процессы производства горных работ будет способствовать решению задач по восстановлению нарушенных земель в соответствии с дальнейшим их целевым использованием при наименьших затратах. В зависимости от вида технологии на карьерах применяются различные технологические схемы рекультивации. При бестранспортной технологии (экскаваторно-отвальных комплексах), когда породы вскрыши перемещаются во внутренние отвалы экскаваторами с большими линейными параметрами (драглайнами, механическими лопатами), независимо от схемы экскавации необходима селективная разработка потенциально плодородных пород и укладка их в верхний ярус внутренних отвалов (рисунок 10.1). Плодородный слой почвы (1) убирается с опережением с использованием различного оборудования. Чаще всего штабелируется бульдозерами или драглайнами и из штабелей грузится погрузчиками или экскаваторами в автосамосвалы и транспортируется во временный склад или непосредственно на рекультивируемую поверхность внутреннего отвала (5). Планировка поверхности отвалов осуществляется бульдозерами или, при больших объемах планировочных работ, драглайнами. Для уменьшения объема планировочных работ на отвалах используется веерная схема их отсыпки вскрышным драглайном. Однако при этом уменьшается ширина вскрышной заходки. 83 1 – плодородный слой почвы; 2 – потенциально-плодородная порода; 3 – непригодная порода для биологического освоения; 4 – ось вскрышного драглайна; 5 – отсыпанный на рекультивируемую поверхность плодородный слой почвы Рисунок 10.1 – Технологическая схема рекультивации при бестранспортной технологии При использовании выемочно-отвальных комплексов оборудования, когда породы вскрыши разрабатываются роторным экскаватором и консольными отвалообразователями укладываются во внутренние отвалы, потенциально-плодородные слои верхнего уступа также стремятся разрабатывать селективно и укладывать в верхнюю часть отвального яруса (рисунок 10.2). Это не вызывает больших осложнений при поворотном отвалообразователе, когда он с опережением отсыпает нижнюю часть отвального яруса, на котором и располагается, а верхнюю – с отставанием. Роторный экскаватор вскрышной уступ разрабатывает селективно. Здесь также возможны различные схемы работы, включая деление уступа на подуступы с применением перегружателей и использованием на каждом подуступе отдельных роторных экскаваторов. Снятие и транспортирование плодородного слоя почвы возможно по тем же схемам, что и при бестранспортной технологии. Объем планировочных работ при использовании выемочно-отвальных комплексов может быть незначительным, так как отсыпка отвала осуществляется по вееру (при использовании поворотного отвалообразователя). 1 – плодородный слой почвы; 2 – потенциально-плодородная порода; 3 – ось роторного экскаватора; 4 – поворотный консольный отвалообразователь Рисунок 10.2 – Технологическая схема рекультивации при использовании выемочно-отвальных комплексов 84 Вопросы об охране окружающей среды и восстановле-нии нарушенных открытым способом земель рассмотре-ны в Федеральном законе. Федеральный закон «О техническом регулировании» № 184-ФЗ принят Государственной думой 15 декабря 2002 года. Одобрен советом федерации 18 декабря 2002 года. Вступил в действие с 1 июля 2003 года. Предметом законодательного регулирования являются установление обязательных технических норм и правил, подтверждения соответствия продукции, процессов производства обязательным требованиям стандартизации, аккредитации и др. Цель принятия технических регламентов – обеспечение защиты жизни, здоровья физических лиц, в том числе их отдельных категорий; имущества физических лиц, государственного или муниципального имущества; охраны окружающей среды, в том числе жизни и здоровья животных и растений. 85 Содержание Лекция 1. Введение. Роль и место открытых горных работ Лекция 2. Горные породы как объект разработки. Характеристики месторождений полезных ископаемых 2.1. Горные породы как объект разработки 2.2 Характеристики месторождений полезных ископаемых Лекция 3. Основные понятия, термины и определения Лекция 4. Горно-технологические понятия и терминология ОГР Лекция 5. Главные параметры карьера Лекция 6. Понятие о коэффициенте вскрыши Лекция 7. Периоды производственных процессов открытых горных работ Лекция 8. Горные машины и оборудование Лекция 9. Буровзрывные работы Лекция 10. Основные понятия о рекультивации нарушенных открытыми горными работами земель 2 4 4 11 18 44 50 55 58 61 76 80 86