Поняття про розробку корисних копалин відкритим способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поняття про розробку корисних копалин відкритим способом

Принцип відкритої розробки

Гірниче підприємство, що здійснює видобуток корисної копалини відкритим способом, називається кар'єром (вугільний кар'єр називається вугільним розрізом). Природно як шахті виділяють шахтне поле, так кар'єру виділяють гірничий відвід. Принцип відкритої розробки полягає в тому, що товща порід, що покриває пласт корисної копалини, у межах гірничого відводу, розділяється на горизонтальні шари, що виймають послідовно в напрямку зверху вниз з випередженням нижніх шарів верхніми. Товщина шару залежить від міцності порід і застосовуваної техніки та коливається від декількох метрів до декількох десятків метрів.

Розглянемо на прикладі розвиток відкритих робіт у вугільному розрізі (рис. 1).

Рис. 1 - Розвиток гірничих робіт у вугільному розрізі

Товща порід розділена на три шари, нижнім з яких є вугільний пласт. Спочатку по першому шарі на границі відведеної для розробки ділянки проводять розрізну траншею 1 (рис..1, а). Розрізна траншея - це відкрита горизонтальна гірнича виробка, призначена для монтажу в ній виймального і транспортного устаткування (аналогія з розрізною піччю при підземному видобутку вугілля). Одна зі стінок розрізної траншеї посувається у бік, протилежний границі ділянки, шляхом послідовного зняття з цієї стінки смуги порід. Порода, що добувається в цьому шарі, вивозиться в зовнішні відвали. При розширенні траншеї на визначену величину проводять розрізну траншею 2 (рис. 1, б) по другому шарі й аналогічно описаному вище проводять виїмку порід другого шару. При цьому одночасно роботи з виїмки породи ведуться в першому шарі. Нарешті проводиться розрізна траншея 3 (рис. 13.1, в) по вугіллю. З цього моменту починаються роботи з видобутку вугілля. Синхронне посування робіт у всіх трьох шарах буде мати місце до закінчення виїмки запасів вугілля в межах границь розрізу (рис. 1, г, д).

Шар товщі порід розрізу, що розроблюється самостійними засобами виїмки, навантаження і транспортування гірської породи називають уступом. На рис. 1 у кар'єрі три уступи.

Уступи, в яких добувають корисну копалину, називають видобувними уступами. Уступи, призначені для виїмки порожніх порід, називають розкривними уступами, а гірничі роботи в цих уступах - розкривними роботами.

Сукупність уступів з однієї сторони кар'єру називають бортом кар'єру (е-ж) рис. 1, д. У випадку, коли кар'єрне поле має прямокутну форму в плані, кар'єр має чотири борти. Нижня площадка нижнього уступу являє собою дно кар'єру.

Елементи уступу

Як указувалося раніше, розробка корисної копалини і порожньої породи в кар'єрах ведеться в уступах видобувних і розкривних. На рис. 2 показані два уступи з указівкою посування вибою заходок і загальний фронт робіт.

Розрізняють наступні елементи уступу.

Площадка уступу - горизонтальна поверхня, що обмежує уступ за висотою. Відповідно виділяють верхню і нижню площадки. Для уступу «а»: верхня - 1, нижня - 5, для уступу «б»: верхня - 5, нижня - 2.

Укіс уступу - похила площина - 3, що обмежує уступ з боку виробленого простору.

Кут укосу уступу б - кут між укосом уступу і нижньою його площадкою. Кут укосу не повинний бути більш кута внутрішнього тертя порід уступу.

Бровка уступу - лінія перетинання укосу і площадки уступу. Відповідно виділяють верхню - 8 і нижню - 4 бровки.

Заходка уступу - смуга порід чи корисної копалини, у якій проводять виїмку гірських порід 6 і корисної копалини 7. Ширина заходки залежить від засобів механізації робіт.

Верхній контур кар'єру - лінія перетинання борта кар'єру з денною поверхнею. Положення верхнього контуру кар'єру до моменту закінчення робіт називають кінцевим контуром кар'єру.

Рис.2 - Елементи уступу

Етапи відкритої розробки

Відкрита розробка проходить наступні етапи (періоди):

вибір ділянки, тобто визначення контуру гірничого відводу і напрямок експлуатаційних робіт;

підготовка поверхні родовища, що полягає у видаленні природних (ліса, струмки, озера, болота і т. п.) і штучних (будинки, спорудження) перешкод для ведення гірничих робіт;

попереднє осушення родовища - дренаж;

розкриття родовища;

розкривні і видобувні роботи;

рекультивація.

Перші три етапи, а саме - вибір ділянки, підготовка поверхні родовища і попереднє його осушення не вимагають роз'яснень. Тому перейдемо до розгляду основних виробничих процесів, тобто до розкривних, відвальних і видобувних робіт.

Розкриття кар'єрних полів

Раніше було показано, що розробка гірських порід кожного шару кар'єру починається з проведення розрізної траншеї. Глибина цієї траншеї дорівнює товщині розроблювального шару порід. Але, щоб вийти на рівень підошви розрізної траншеї, необхідно пройти відкриту гірничу виробку з денної поверхні. Такою виробкою є капітальна траншея - похила відкрита гірнича виробка, проведена з денної поверхні до нижньої площадки уступу. Проведення такої траншеї забезпечує розкриття кар'єрного поля.

Поперечний переріз капітальної траншеї, як правило, має форму трапеції, розміри якої визначаються шириною нижньої основи, кутом укосів бортів і глибиною самої траншеї. В залежності від виду кар'єрного транспорту, ширина нижньої основи траншеї коливається від 3-4 до 14-15 м. Більші значення відносяться до автомобільного і залізничного транспорту, менші - до конвеєрного.

Кути укосів бортів траншей приймаються в межах 15-50^° - при піщано-глинистих породах і 45-70^° при тривких монолітних породах.

Ухили капітальних траншей складають 0,020…0,030 при залізничному транспорті і 0,060…0,100 при автотранспорті. Проходка траншеї може здійснюватися екскаватором з укладанням породи на одному чи двох бортах траншеї (рис. 3), тобто безтранспортний спосіб. При транспортному способі проходки породу вивозять у зовнішні відвали (рис. 4). Може застосовуватися і комбінований спосіб проведення траншеї, при якому частина породи розміщається на бортах траншеї, а іншу вивозять за її межі.

Капітальні траншеї можуть бути внутрішніми і зовнішніми. Внутрішні траншеї розташовують усередині контуру кар'єру, на його бортах; зовнішні - за межами його контуру. У свою чергу капітальні траншеї можуть бути окремими, коли на кожен уступ проводиться своя траншея і загальні, коли одна траншея обслуговує кілька уступів.

На рис. 5 показаний приклад розкриття кар'єрного поля, представленого двома уступами (розкривним і видобувним), при розкритті двома окремими зовнішніми траншеями, а на рис. 6 - при розкритті однією загальною зовнішньою траншеєю.

Рис. 13_3 - Безтранспортний спосіб проходки траншей: а - драглайном; б - механічною лопатою

Рис. 4 - Транспортний спосіб проходки траншей з залізничним транспортом: а - з нижнім укладанням; б - з верхнім укладанням

Рис. 13_5 - Розкриття окремими зовнішніми траншеями: 1 - капітальна траншея першого уступу; 2 - вибій першого уступу; 3 - вибій другого уступу; 4 - капітальна траншея другого уступу; 5 - рейкові шляхи

Рис. 6 - Розкриття загальною внутрішньою траншеєю

В другому випадку капітальна траншея має поперечний переріз східчастої форми, для двох доріг, кожна з який виходить на свій уступ.

При розробці похилих і крутих покладів на великих глибинах у кар'єрах глибиною 300-400 м місце закладення зовнішньої траншеї повинне розташовуватися на значному видаленні від контуру кар'єру, що незручно. У цих випадках застосовують внутрішні траншеї. Вони проводяться по неробочому борті кар'єру і не виходять за його межі. Як і зовнішні, внутрішні траншеї можуть бути окремими і загальними. На рис. 7 показані принципові схеми розкриття внутрішніми, окремими і загальною, капітальними траншеями.

Рис. 7 - Розкриття внутрішніми траншеями а - окремими; б - загальною; 1 - вибій нижнього уступу; 2 - вибій верхнього уступу; 3 - дорога

Розкривні і видобувні роботи

Розкривні і видобувні роботи містять у собі наступні виробничі процеси:

підготовку гірських порід до виїмки;

виймальні-навантажувальні роботи;

переміщення гірської маси з вибоїв;

відвалоутворення, тобто складування розкривних порід.

Підготовка тривких гірських порід до виїмки полягає в створенні найкращих умов для виконання наступних процесів - виїмки, навантаження, транспортування. При необхідності здійснюється розміцнення порід розкриву за допомогою буропідривних робіт.

Буропідривні роботи застосовуються на скельних і напівскельних породах. Верстатами ударного чи обертального буравлення пробурюють один чи два ряди свердловин діаметром 150-200 мм на глибину до 30-40 м (рис. 8, 9).

Рис. 13_8 - Станок обертального буравлення СОБ на гусеничному ходу

Як вибухові речовини застосовують в основному гранульовані ВР (грануліти, ігданіт і ін.), рідше порошкоподібні ВР (амоніти, амонали). Заряди в свердловинах підривають вогневим чи електричним способами.

Рис. 9 - Схема блока

а б

в г

д

Рис. 10 - Екскаватори: а - пряма механічна лопата; б - зворотна механічна лопата; в - драглайн; г - роторний; д - багатоківшевий ланцюговий

Висаджена порода розкриву повинна роздрібнитися на шматки, розмір яких визначається ємністю ковша екскаватора, ємністю і міцністю залізничних вагонів, вимогами споживача й ін.

Виїмка рихлих і м'яких порід здійснюється спеціальними гірничими машинами - екскаваторами. Розрізняють екскаватори циклічної дії (механічна лопата, драглайн) і безупинної дії (роторні і багатоковшові) (рис. 13-10).

Екскаватор типу «механічна лопата» має робочий орган у вигляді ковша ємністю від 4 до 40 мі, укріпленого на стрілі. Екскаватор установлюється на нижній площадці уступу (рис. 10, а) чи на верхній площадці (рис. 10, б) і подачею ковша робить черпання породи. Потім екскаватор повертає стрілу убік установленого транспортного засобу і, зробивши вивантаження ковша, повертається у вихідне положення.

Екскаватори типу драглайн (рис. 10, в) не мають твердого зв'язку ковша зі стрілою. Ківш, ємністю від 6,5 до 100 мі, укріплений на канатах і «закидається» стрілою на породний масив, що виймається. Підтягуючи за допомогою канатів по масиву порід, ківш заповнюється породою, після повороту екскаватора здійснюється розвантаження ковша.

Виконавчим органом роторного екскаватора (рис. 10, г і рис. 11) є, установлене на стрілі, роторне колесо діаметром від 6 до 18 м з укріпленими на ньому ковшами. При обертанні роторного колеса й одночасній подачі його на масив порід відбувається завантаження ковшів. Матеріал з ковша вивантажується на конвеєр, що проходить по стрілі, і потім занурюється на транспортні засоби. Продуктивність екскаватора від 1200 до 12000 мі/годину.

Рис. 1 - Роторний екскаватор: а - загальний вид; б - ротор

Багатоковшеві ланцюгові екскаватори (рис. 10, д і рис. 12) мають робочим органом ковшовий ланцюг, що переміщається по прямуючій рамі. Одним кінцем рама шарнірно укріплена на корпусі екскаватора, другий її кінець утримується канатами. При русі ланцюга уздовж рами ковші наповняються породою, що вивантажується в бункер екскаватора. Далі порода перевантажується на транспортні засоби. Продуктивність екскаватора від 1000 до 6000 мі/годину.

Рис. 12 - Ланцюговий багатоківшевий екскаватор нижнього черпання

Переміщення кар'єрних вантажів

Для транспортування порід розкриву і корисної копалини в кар'єр застосовують наступні транспортні засоби:

автотранспорт;

конвеєрний транспорт;

залізничний транспорт.

Вид застосовуваного транспорту залежить від довжини перевезень, продуктивності кар'єру, рельєфу поверхні і кліматичних умов.

Автомобільний транспорт застосовують на кар'єрах із продуктивністю до 20 млн. т/рік і відстанню перевезення до 4-5 км. Для перевезення вантажів використовують автосамоскиди КрАЗ, БелАЗ вантажопідйомністю до 180 т (рис. 13). Цьому транспорту властиві гнучкість, маневреність, здатність працювати в стиснутих умовах, переборювати з вантажем значні підйоми, забезпечувати високі експлуатаційні показники. Разом з тим він деякою мірою залежить від кліматичних умов і дорогий в експлуатації.

Конвеєрний транспорт - стрічковий дозволяє мати кут нахилу траншеї до 18°, при цьому забезпечується потоковість транспортування. Транспорт легко піддається автоматизованому керуванню. Разом з тим він пред'являє більш жорсткі вимоги до кусковатості матеріалу, що транспортується, має місце високий знос стрічки. Конвеєрний транспорт застосовують при транспортуванні м'яких сипучих порід.

Рис. 13 - Автосамоскид БелАЗ

Залізничний транспорт має основне значення на відкритих розробках. Він забезпечує високі техніко-економічні показники при великих вантажообігах і відстанях перевезення. Застосовують при продуктивності кар'єру більш 25 млн. т/рік і довжинах перевезення більш 4-5 км. На робочих площадках уступів споруджують рейковий шлях із шириною колії 1520 мм, що у міру посування уступу переміщають на нове місце. Як локомотиви використовують тепловози і контактні електровози (рис. 14, а).

Рухомий склад представлений вантажними вагонами - думпкарами (рис. 14, б), що розвантажуються шляхом перекидання кузова, «гондола» і «хопер», розвантаження шляхом відкривання днища вагона. Ємність вагонів від 60 до 180 т. На рис. 13-15 на загальному фоні кар'єру показане навантаження поїзда екскаватором. Залізничний транспорт - самий економічний вид транспорту.

Рис. 14 - а - контактний електровоз; б - думпкар ємністю 160 т

Рис. 15 - Завантаження поїзда екскаватором

Відвалоутворення

Породи розкриву, одержувані при роботі кар'єру, розміщаються в спеціальних відвалах. Відвалом називається породний насип, що утвориться в результаті планомірного розміщення порожньої породи. А сукупність процесів по прийманню і розміщенню розкривних порід у відвали називають відвальними роботами. Розрізняють відвали внутрішні і зовнішні. Внутрішні відвали розташовуються у виробленому просторі даного кар'єру, зовнішні - за його межами.

Внутрішні відвали можливі при розробці родовищ з кутами падіння пластів до 10-12°, що виймаються відразу на всю товщину. Для переміщення породи у внутрішні відвали застосовують могутні екскаватори з ємністю ковша 35 мі і довжиною рукояті 65 м і більш (рис. 16, б), екскаватори і транспортновідвальні мости (рис. 16, а).

Рис. 16 - Безтранспортна система розробки з екскаватором АВГ-35/65

Зовнішні відвали розташовуються на безвугільних площах поблизу кар'єрного поля. Порода в зовнішні відвали вивозиться залізничним чи автомобільним транспортом.

Як внутрішні, так і зовнішні відвали в остаточному підсумку повинні приводитися в стан, що дозволяє використовувати їхню поверхню в народногосподарських цілях. Тому на відвалах працюють спеціальні машини - скрепери, бульдозери й ін., що дозволяють задати відвалу потрібний профіль. Надалі відвал підлягає рекультивації.

Переваги і недоліки відкритого способу розробки

У колишньому Радянському Союзі відкритим способом добували близько 20 % вугілля, приблизно 50 % руд кольорових металів, більш 55 % залізної руди, 85 % неметалічних корисних копалин і 100 % будівельних матеріалів і флюсів. Приблизно таке ж співвідношення у видобутку корисних копалин відкритим способом і в Україні.

Широкий розвиток відкритого способу розробки пояснюється перевагами його в порівнянні з підземним:

більш безпечні і гігієнічні умови праці гірників;

більш висока продуктивність праці - вона в три-шість разів вище, ніж підземних робітників;

більш низька собівартість видобутку 1 т/мі корисні копалини (у 2-4 рази);

більш повний витяг корисної копалини;

менші терміни будівництва кар'єрів у порівнянні з термінами будівництва шахт (у 2-3 рази).

Відкритому способу розробки властивий і ряд недоліків:

залежність робіт від кліматичних умов;

обмеженість застосування по глибині розробки;

з обороту виводяться великі земельні площі, відновити які в їхньому первісному вигляді не представляється можливим;

ускладнення провітрювання глибоких кар'єрів.

Основний показник, що характеризує економічну ефективність, а, отже, і область застосування відкритого способу розробки є так званий коефіцієнт розкриву, що являє собою відношення обсягу порожньої породи розкриву, отриманої в кар'єрі, до обсягу корисної копалини, що добувається.

k_в=Q_{п. п}/Q_{к. к}

Розмірність коефіцієнта розкриву може бути мі/мі чи мі/т. Зрозуміло, що чим менше величина цього коефіцієнта, тим економніше робота кар'єру. При розробці горизонтальних покладів величина коефіцієнта розкриву згодом мало змінюється, а при розробці похилих чи крутих покладів вона постійно збільшується, отже, збільшується собівартість видобутку корисної копалини. Коефіцієнт розкриву досягає граничної величини, при якій витрати на видобуток корисної копалини відкритим способом стають рівними при видобутку корисної копалини в тих же умовах підземним способом, тобто настає момент часу, коли розробку родовища необхідно робити підземним способом.

гірничий кар'єрний відкритий копалина

Література

1. Ананьин Г.П. и др. Технология подземных горных работ - М.: Недра, 1970. - 367 стр.

2. Гірнича енциклопедія -

3. Горная энциклопедия - М.: Сов. энциклопедия, 1984-1990 гг.

4. Дорохов Д.В. и др. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых - Донецк: ДонГТУ, 1997. - 344 стр.

5. Килячков А.П. Технология горного производства - М.: Недра, 1985.

6. Некрасовский Я.Э., Колоколов О.В. Основы технологии горного производства - М.: Недра, 1981. - 200 стр.

7. Правила безпеки у вугільних і сланцевих шахтах - К.: Основа, 1994. - 356 стр.

8. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт - М.: Недра, 1986.

9. Стрельников В.И. Технология очистных работ - Донецк: ДонНТУ, 2001. - 150 стр.

Размещено на Allbest.ru