Вскрытие месторождений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 7. 12 часов.

Вскрытие месторождений

Вскрытием называется производство горных работ по созданию комплекса капитальных и временных траншей и съездов, а также других выработок и сооружений, обеспечивающих грузотранспортную связь между рабочими горизонтами в карьере и приемными пунктами на поверхности.

Горные выработки, используемые, используемые для вскрытия (траншеи, съезды, стволы и др.) оборудуются средствами транспорта горной массы, создавая в комплексе систему транспортных коммуникаций, которая в каждый момент разработки должна быть безопасной, обеспечивать плановую производительность и быть наиболее экономичной.

Совокупность всех вскрывающих выработок называется схемой вскрытия или системой капитальных траншей и съездов.

Карьер, как комплекс горных выработок, по мере отработки месторождения изменяет свои размеры и форму. Вследствие этого изменяется конструкция и расположение системы капитальных траншей и съездов. Развитие системы капитальных траншей и съездов на весь период отработки месторождения или за длительный период представляет собой способ вскрытия. Обычно схемы вскрытия предусматриваются в проекте на первые 25 лет.

Конструкция и объем капитальных и разрезных траншей

Вскрытие месторождений, производится въездными (капитальными) траншеями, а подготовка - разрезными. Капитальные обеспечивают доступ от поверхности земли к месторождению, а разрезные создают фронт для выемки полезного ископаемого или вскрышных пород.

Траншеями называются открытые горные выработки значительной длины, имеющие обычно трапециевидное сечение. На косогорах они имеют вид треугольника, вскрывающие несколько уступов ступенчатую форму.

Основные параметры траншеи - длина, ширина понизу, уклон, угол откоса бортов зависят от назначения траншеи, проходческого оборудования, глубины вскрываемого горизонта и ФМС пород.

Углы откосов бортов капитальных траншей в крепких скальных породах принимаются 65 - 750, в скальных трещиноватых - 55 - 600, в осадочных породах (песчаники, аргиллиты) - 35 - 550, а в слабосвязных глинистых - от 25 до 400.

Длина траншеи L, максимальная конечная глубина H и уклон i связаны между собой отношением: L = H/i, где i =tga.

Угол а показывает наклон дна траншеи к горизонтальной плоскости. Уклон определяется родом транспорта. Для ж/д транспорта максимальный уклон до 40 %o; для автотранспорта до 12 % , при конвейерном транспорте 16 - 180.

Ширина траншеи понизу определяется двумя условиями: конструкцией и размерами транспортного пути и безопасным расположением оборудования при проведении траншеи.

Ширина траншеи понизу при электровозном транспорте включает (рис. 9.1. из хохр.) следующие элементы: А - обрез, К - кювет, О - площадку для установки опор, П - проезжую часть, З - земляное полотно, Л - лоток.

А - в рыхлых породах - 1 м; в скальных - 0,5 м; ширина кювета поверху в рыхлых породах 1,65 м, в скальных - 1.0 м. Контактная опора занимает площадку шириной 0,4 м и располагается на расстоянии СК = 3,7 м от оси ближайшего пути. Расстояние между осями путей СП изменяется от 4,1 до 5.3 м в зависимости от числа и грузоподъемности думпкара. Минимальная ширина дна траншеи при двухпутном ж/д пути составляет 14 - 15 м.

При автомобильном транспорте между кюветом и проезжей частью дороги оставляют обочины шириной 0, 5 - 1, 0 м. Ширина проезжей части П в зависимости от числа полос движения и грузоподъемности автосамосвалов изменяется от 4,5 до 20 м.

В климатических зонах с обильными снегопадами ширину траншей увеличивают на 7 - 10 м для временного складирования снега.

Поперечное сечение траншеи должно обеспечивать безопасное размещение экскаватора и другого оборудования, применяемого при проходке и возможность размещения негабарита при экскавации. Для производительной работы между его кузовом и бортом траншеи оставался зазор 1. , 0 - 1,5 м. При проведении траншеи с погрузкой в автотранспорт ее ширину часто увеличивают до 25 - 30 м, что позволяет организовать кольцевое движение автосамосвалов в траншее и повысить производительность экскаватора на 25 - 40 %. По сравнению с тупиковой схемой маневрирования.

В отличие от капитальной, ширина разрезной траншеи должна обеспечивать возможность боковой погрузки экскаватором при разносе борта траншеи. Поэтому она должна быть рассчитана с учетом размещения развала породы и ж/д пути.

Подсчет объемов траншей При равнинной поверхности объемы капитальных и разрезных траншей подсчитываются как объемы или сумма объемов правильных геометрических тел.

В действительности траншеи не являются правильными геометрическими фигурами, поэтому для более точных подсчетов используют метод вертикальных сечений.

Способы и организация проведения траншей

вскрытие разработка месторождение траншея

В зависимости от способа перемещения горной массы существуют транспортные и бестранспортные способы проведения траншей.

При транспортных способах проходки траншей используют железнодорожный, автомобильный, конвейерный и комбинированный транспорт. Погрузка осуществляется мехлопатами, драглайнами или многоковшовыми экскаваторами. Выемка производится либо сплошным забоем, либо послойно (рисую).

При бестранспортных способах проведения траншей порода, вынимаемая из забоя драглайнами или мехлопатами, размещается на борту траншеи.

Бестранспортный способ наиболее экономичен. Однако применение этого способа ограничено возможностью размещения пород на бортах траншеи.

В зависимости от вида экскаватора и схемы его работы различают следующие способы проведения траншей.

Транспортные.

1) сплошным забоем мехлопатой с нижней погрузкой;

2) сплошным забоем спаренными экскаваторами с нижней погрузкой;

3) сплошным забоем мехлопатой с верхней погрузкой;

4) послойно мехлопатой;

5) сплошным забоем драглайном;

6) многоковшовыми экскаваторами.

Бестранспортные:

1) драглайном с размещением породы на обоих бортах;

а) при прямолинейном ходе экскаватора по оси траншеи;

б) при зигзагообразном ходе экскаватора вдоль оси траншеи;

в) при выемке за несколько проходов;

2) драглайном с размещением на одном борту:

а) при прямолинейном ходе экскаватора по оси траншеи;

б) при зигзагообразном ходе экскаватора вдоль оси траншеи;

в) при двойном ходе экскаватора;

3) драглайнами с переэкскавацией;

4) мехлопатой;

6) проведение траншей на косогорах.

Каждую траншею проводят на основе рабочего проекта, в котором указаны объемы всех работ, календарный график их выполнения и плановые технико-экономические показатели.

До начала проведения траншей в соответствии с календарным планом строительства производят необходимые подготовительные работы (строительство ЛЭП, подъездных путей, оформление земельных отводов под отвал и подготовку площадки отвала и пр.).

На проведение траншей составляют график - циклограмму работ, на которой изображают длительность и последовательность всех процессов в забое: бурение, взрывание, погрузку взорванной массы, путеукладку, наращивание контактной сети, планировку почвы, проведение водоотливной канавы, перенос насоса для откачки воды. При составлении циклограммы следует учитывать непредвиденные работы и переход от одной работы к другой.

Средняя скорость проведения траншей при ж/д транспорте составляет 90 - 120 м/мес, максимально- достигнутая 250 м/мес. При автомобильном - 120 - 150 м/мес. Максимальная до 300 м/мес.

Разбивка траншеи на местности заключается в выносе характерных параметров траншеи и периодическая их переноска (обычно через 100 м) и контроль за их соблюдением.

Транспортные способы проведения траншей. Проведение траншей сплошным забоем механической лопатой с нижней погрузкой в средства ж/д транспорта (рис. 9.6. ).

Ж/д располагают на почве траншеи. Так как экскаватор может грузить только один вагон, сооружают выставочный тупик. Думпкары подаются в забой впереди электровоза. После погрузки вагон состав отгоняется в тупик, где груженый состав отцепляется и цикл повторяется до загрузки всего состава. По мере продвигания забоя тупик передвигают.

Затраты времени на маневровые операции при этом способе проведения достигают 60 - 70 % всего сменного времени, соответственно и производительность экскаватора в 2.5 - 3 раза ниже, чем при боковой погрузке в открытом забое.

Для уменьшения потерь времени экскаватора в некоторых случаях применяют схему проходки с двумя тупиками в забое траншеи. Вагоны подают попеременно, чтобы в момент перегона груженого вагона экскаватор грузил вагон в другом тупике. Чтобы приблизить ж/д пути к забою траншеи и обеспечить возможность загрузки двух вагонов, при производстве взрывных работ стремятся создать направленный выброс породы при взрыве.

По мере продвигания забоя траншеи рельсовые пути наращивают цельными звеньями или отрезками рельсов, которые затем заменяют звеньями. Целое звено собирают заранее вблизи экскаватора, а потом экскаватором укладывают на трассу. Перерыв в работе экскаватора при этом составляет около 1 часа.

Ширина траншеи понизу (в м) при погрузке в вагоны, рассчитывается исходя из габаритов оборудования, водоотливной канавы и других параметров, которые были рассмотрены нами ранее.

Проведение траншей сплошным забоем механической лопатой с погрузкой в автосамосвалы

При этом способе повышается производительность, имеется возможность применять временные съезды, что облегчает вскрытие и разработку отдельных залежей и участков месторождения.

Использовать автомобильный транспорт при проведении траншей целесообразно даже тогда, когда он не является основным видом карьерного транспорта.

При автомобильном виде транспорта применяют кольцевую или тупиковую схему подачи автосамосвалов под погрузку (рис. 9.8.).

При кольцевой схеме ширина траншеи понизу (в м) определяется :

В1 = 2(Ra + е),

где Ra -радиус поворота автосамосвала, м; е - зазор между автосамосвалом и бортом траншеи, м (2 - 3 м). Обычно ширина 25 - 30 м.

При тупиковой схеме:

В2 = Ra + la/2 + 2e,

где la - длина автосамосвала., м. обычно 20 - 22 м.

Ширина может быть уменьшена до 16 - 18 м. если для разворота делать ниши. В этом случае :

В2 = Ra + la/2 + 2e - bН,

bН - глубина ниши.

Проведение траншей сплошным забоем мехлопатой с верхней погрузкой

При использовании экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием траншеи проводят на полное сечение с верхней погрузкой породы в ж/д составы, которые располагают на борту траншеи.

Минимальная ширина траншеи понизу должна обеспечивать безопасное размещение экскаватора в забое.

Максимально возможная глубина траншеи h (м) устанавливается с учетом максимальной высоты разгрузки экскаватора HР (в м) и радиуса разгрузки RР (в м):

Глубина траншеи выполняется в зависимости от свойств разрабатываемых пород в пределах 9 - 18 м. Достоинством является отсутствие операций по наращиванию ж/д путей и маневров.

Недостаток: использование специальных экскаваторов с удлиненным оборудованием.

Этот способ является наиболее рациональным при проходке траншей в мягких породах и средней крепости.

Послойное проведение траншей

Траншею делят на горизонтальные слои, которые последовательно отрабатывают экскаваторами нормального исполнения с погрузкой породы в средства транспорта, расположенные выше уровня стояния экскаватора.

Перед началом проведения траншеи на ее борту укладывают рельсовый путь и отрабатывают первый слой, затем путь переносят на дно вынутого слоя и так далее.

Максимальная высота слоя h = HP - (hB + c), где hB - высота вагона и рельсового пути; c - зазор между ковшом экскаватора, м (1 - 1,5 м).

При использовании стандартных думпкаров высота отрабатываемого слоя составляет 3 - 3.2 м для э пятикубового экскаватора и 4,5 - 4,7 для востмикубового.

Достоинства - возможность отработки с верхней погрузкой при использовании обычных мехлопат.

Недостаток - большой объем путевых работ, малая производительность экскаватора из за малой высоты забоя.

Проведение траншеи драглайном с погрузкой породы на транспорт

Проведение траншей многоковшовыми экскаваторами применяется в мягких породах на тех карьерах, где эти экскаваторы являются вскрышными или добычными.

Бестранспортные способы проведения траншей

Бестранспортные способы проведения траншей применяют в тех случаях, когда один или оба борта траншеи достаточно устойчивы и имеется возможность разместить на них породу, вынимаемую из забоя.

При этих способах применяют экскаваторы с большими рабочими параметрами - драглайны, реже механические лопаты. Драглайнами обычно проводят траншеи в мягких породах, не требующих буровзрывных работ. Мощные драглайны с ковшами емкостью более 6 м3 можно использовать при проведении траншей в полускальных породах, разрабатываемых с помощью БВР. Использование рабочего времени экскаватора при бестранспортных способах достигает 0,9 - 0,95, что связано с отсутствием задержек возникающих при погрузке в средства транспорта.

Проведение траншей драглайном с размещением породы на обоих бортах (9.11) широко применяется при проведении внешних капитальных траншей в период строительства карьера.

Возможные глубина и ширина траншеи при этом способе зависит от рабочих размеров экскаваторов, ФМС пород и расположения экскаватора относительно оси траншеи.

Проходку ведут либо при условии установки драглайна по оси траншеи либо зигзагообразно.

В первом случае параметры траншеи определяются из условия равенства объемов породы, вынимаемой из траншеи и возможных объемов навалов на обоих бортах траншеи:

VT kP ? 2VO

kP - коэфф. Разрыхления

При этом глубина траншеи не должна превышать глубины черпания экскаватора. Высота навала не должна превышать высоты разгрузки драглайна.

Расстояние от оси траншеи до центра навала не должно превышать радиуса разгрузки драглайна.

Второй случай используется при необходимости проведения траншеи с более широкими параметрами. Экскаватор смещен относительно оси и может отбрасывать породу дальше от траншеи.

Траншеи больших размеров проводят за несколько проходов драглайна. При этом одновременно может работать несколько драглайнов.

Проведение траншей драглайном с размещением породы на одном борту

Чаще применяется при проведении разрезных траншей в период строительства карьера. Для увеличения радиуса действия может использоваться зигзагообразный ход.

Проведение траншей драглайнами с переэксавацией породы

Применяют обычно в том случае, когда рабочие параметры драглайнов недостаточны для создания выемки заданных параметров. При этой схеме проводят траншею неполного сечения, размещая породы во временный отвал. Затем драглайн перемещает породу из временного отвала дальше от борта. После этого вынимается вторая заходка и траншея расширяется до нормального сечения. Обычно, при этой схеме используют два драглайна.

Бестранспортное проведение траншей (полутраншей) на косогорах

Осуществляется обычно мехлопатами (рис 9.13), при этом экскаватор сбрасывает породу под откос. Высота отвала породы от уровня стояния экскаватора не должна превышать высоту разгрузки экскаватора.

Классификация вскрывающих выработок и способов вскрытия

Вскрывающие выработки различают по расположению траншей относительно контура карьера (внешние и внутренние), по форме трассы (прямые, петлевые, тупиковые и спиральные рис. 249 из Борисова и 12. 8 из Хохр.), по расположению относительно центра карьера (фланговые и центральные).

Вскрытие внешними траншеями используют при отработке пологих, неглубоко залегающих месторождений, иногда для верхних горизонтов крутопадающих месторождений. Применяют вскрытие либо отдельными траншеями (вскрывают не более трех горизонтов, на косогорах может быть и больше), либо группой траншей (общими или групповыми). Рис. 248 из Борисова и 10.5 из Хохр. В этом случае каждая траншея, вскрывающая нижележащий горизонт, проходится внутри траншеи верхнего горизонта. Число уступов, вскрываемых общими траншеями, достигает 5 - 6. При групповом вскрытии одна группа траншей вскрывает породные горизонты, другая - добычные. При этом вскрытие может осуществляться с двух флангов при тупиковом фронте работ или сквозном. Рис. 10.4 из Хохр., и с одного фланга.

Вскрытие двумя флангами, создающими тупиковый фронт и возвратное движение обычно применяется при большой длине карьерного поля, когда целесообразно рассредоточить потоки вскрышных пород и полезного ископаемого по разным направлениям.

Расположение траншей на одном фланге карьера целесообразно использовать при разработке месторождений с небольшими запасами, при небольшой производительности карьера, при незначительной глубине залежи.

Центральное расположение траншей используется очень редко. Это позволяет сократить дальность транспортирования, но траншеи располагаются в выработанном пространстве, где необходимо оставлять целики, ведущие к потерям п.и.. Поэтому вскрытие центральной траншеей применяется только на очень пологих и горизонтальных месторождениях, при небольшой мощности вскрышных пород (с небольшой глубиной залегания полезного ископаемого). При большой длине карьера используют вскрытие центральной траншеей в комбинации с фланговыми.

На флангах располагают обычно, отдельные и групповые траншеи, а на одном фланге и в центре - общие (10.5 - хохр.). Групповые отличаются от общих тем, при групповом вскрытии одна группа траншей используется для транспортировки п.и, а другая для вск. породы. По общим траншеям осуществляется транспортировка как п. и так и вск. породы.

2. Вскрытие внутренними траншеями осуществляется вследствие расположения траншей внутри контура карьера и применяются в основном для вскрытия средних и глубоких карьеров, при крутом угле падения залежей, также может использоваться и при вскрытии пологих месторождений. При этом способе сокращается объем породных работ. Внутренние траншеи аналогично внешнему вскрытию могут быть отдельными, групповыми или общими. Трасса капитальных траншей, может быть, простой или сложной. Простая - если она имеет одно направление по всей длине, и сложной, если она состоит из двух или нескольких участков разного направления. В последнем случае отдельные участки трассы соединены между собой петлями, кривыми или тупиками, соответственно с этим траншеи называют петлевыми, спиральными или тупиковыми (рис. 249 из Борисова и 12. 8 из Хохр.).

Классификация и краткая характеристика систем открытой разработки

Системой открытой разработки называется определенный порядок выполнения во времени ив пространстве подготовительных, вскрышных и добычных работ в границах карьера.

Системы открытой разработки не отличаются таким многообразием. Как системы подземной разработки. Из существующих классификаций систем разработки наибольшее распространение получили классификации академика Мельникова и профессора Шешко.

В основу этих и ряда других классификаций положен способ перемещения вскрышных пород в отвалы.

В таблице приведена упрощенная классификация систем разработки, основанная этом принципе (способ перемещения пустых пород в отвалы).

Приведенная классификация не является исчерпывающей и отражается и отражает только основные системы разработки, применяемые в горно-рудной промышленности.

Класс	Группа
I. Бестранспортные	1. Простая 2. С кратной перевалкой
II. Транспортно-отвальные	1. С применением консольных отвалообразователей. 2.С применением траспортно- отвальных мостов.
III. Транспортные	1. Со вскрытием тупиковыми съездами. 2. Со вскрытием спиральными съездами.
IV. Комбинированные	1. С сочетанием I и III классов. 2. С сочетанием II и III классов.

Бестранспортные системы разработки

При бестранспортных системах отработки вскрышные породы в основном складируются в выработанное пространство (внутренний отвал).

При этих системах перемещение пустых пород в выработанное пространство осуществляется вскрышными экскаваторами типа прямой механической лопаты или драглайном. На рис. 253 из Борисова показана схема бестранспортной системы с перелопачиванием в выработанное пространство драглайном. Детали простой бестранспортной системы приведены на рис. 254 из Борисова.

1 - внешняя отдельная фланговая траншея; 2 - съезд для экскаватора (въездная траншея на добычной горизонт, если транспортирование будет вестись по почве пласта); 3 - широкая разрезная траншея; 4 - пустые породы на нерабочем борту; 5 - разрезная траншея по руде (проходится добычным экскаватором).

Часто для обеспечения второго выезда из карьера на другом фланге месторождения также проходят въездную траншею 6.

В этом случае если длина фронта работ достаточна, уступ делят на два блока с одновременным производством вскрышных и добычных работ в разных блоках.

В тех случаях, когда мощность вскрыши значительна и параметры вскрышного экскаватора недостаточны для полного размещения породы в выработанном пространстве, применяют системы с кратной перевалкой пустых пород (рис 255 из Борисова). Иногда (особенно при разработке россыпных месторождений) вскрышные и добычные работы выполняют одним драглайном попеременно. Такой вариант бестранспортной системы называется «экскаватор - карьер».

Основными достоинствами бестранспортных систем является низкая себестоимость 1 т руды, простота производства работ, особенно при схеме «экскаватор - карьер».

Применение мощных вскрышных экскаваторов значительно расширяет область применения этой системы разработки. Драглайны с емкостью ковша более 10 м3 можно применять и на экскавации скальных пород, предварительно разрыхленных взрывом.

Недостаток систем - жесткая взаимосвязь между вскрышными и добычными работами, не позволяющая создать большие запасы руд, готовых к выемке.

Транспортно-отвальные системы разработки

При транспортно-отвальных системах разработки для перемещения вскрыши в выработанное пространство применяют консольные отвалообразователи или транспортно-отвальные мосты. Вскрышные и добычные работы ведут многочерпаковыми экскаваторами (цепными или роторными), реже применяют прямые мехлопаты.

Схема системы разработки с перемещением породы во внутренние отвалы консольным отвалообразователем приведена на рис. 256 из Борисова. (он состоит из ходовых тележек 1, с металлоконструкциями 2, которые служат основанием для конвейера. Экскаватор 3 грузит породу в бункер 4 отвалообразователя, и ленточный конвейер перемещает породу в отвал 5. Отвалообразователи выпускают на гусеничном и шагающем ходу.

Обобщенные показатели консольных отвалообразователей:

- длина отвальной консоли, м - 40 - 180;

- высота разгрузки от уровня установки, м - 10 - 60;

- ширина конвейерной ленты, мм - 900 - 2000;

- общий вес отвалообразователя, т - 100 - 2000;

- производительность, м3/ч - 300 - 5500.

Достоинства - отработка месторождений с большой мощностью вскрыши (до 30 - 50 м).

Недостатки - жесткие условия применения (пологие залежи относительно небольшой мощности, при мягких вскрышных породах).

Транспортно-отвальные мосты

Отличаются от консольных наличием длинной мостовой фермы 1, расположенной на самоходных опорах, - забойной 2 и отвальной -3.

Высота опор должна допускать размещение под мостовой фермой добычного оборудования. Опоры моста передвигаются вдоль уступов карьера по многониточным рельсовым путям 4. Транспортно-отвальные мосты работают в сочетании с многочерпаковыми экскаваторами, порода от которых поступает на ленточный конвейер моста и в конце консольной фермы 5 разгружается в отвал.

Характеристика крупного отвального моста

- общая длина, м - 336

- длина отвальной консоли -, м - 140

- расстояние между опорами моста, м - 175 + 15

- наибольшая высота отвала, м - 14

- скорость хода, м/мин - 6

- ширина главного конвейера, мм - 1800

- вес моста, т - 3000

- теоретическая производительность, м3/ч ( в целике) - 3300.

Транспортные системы разработки

Транспортные системы разработки характеризуются перемещением пустых пород в отвалы средствами колесного или конвейерного транспорта. Эти системы применяются при самых разнообразных горногеологических условиях залегания месторождения, поэтому получили более широкое распространение.

В большинстве случаев они применяются при наклонных и крутопадающих пластах или мощных залежах, когда нет возможности разместить отвалы внутри карьера. Поэтому пустые породы вывозят за пределы карьера во внешние отвалы.

Вскрытие крутопадающих месторождений, как отмечалось ранее, при транспортных системах разработки осуществляется внутренними траншеями (тупиковыми или спиральными).

Схема развития работ при вскрытии тупиковыми съездами показана на рис. 258 из Борисова. Въездная траншея 1 заканчивается горизонтальным участком 2. который служит тупиковой площадкой. После проходки разрезной траншеи 3, экскаватор параллельными заходками 4, 5, и т. д отрабатывает первый уступ. Пустые породы и руда (когда экскаватор дойдет до рудного тела) вывозятся из карьера в железнодорожных вагонах. По мере отработки заходок рельсовый путь переносят в новое положение. Одновременно с отработкой верхнего уступа вскрывают траншеей 7 и отрабатывают второй горизонт.

При вскрытии спиральными съездами разрезные траншеи, от которых начинают отработку того или иного горизонта, могут располагаться с любой стороны карьера в соответствии с расположением съезда. Поэтому уступы отрабатывают по веерной схеме.

Элементы транспортных систем отработки

К элементам системы отработки относятся: ширина рабочей площадки, угол откоса, высота уступа (подуступа), ширина заходки, ширина призмы обрушения, ширина и высота развала, число рабочих уступов и длина фронта работ. (рис. 260).

Комбинированные системы разработки

Наиболее распространены в сочетании транспортной системы с бестранспортной или транспортно-отвальной.

Размещено на Allbest.ru

...