СИСТЕМЫ ОТКРЫТЫХ РАЗРАБОТОК МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Системой открытой разработки называется определенный порядок выполне­ния во времени и пространстве подготовительных, вскрышных и добычных работ на уступах рабочих горизонтов. Существующие классификации систем разработ­ки можно разделить на две группы:

по способу производства вскрышных работ и по способу перемещения по­род в отвалы;

в зависимости от порядка ведения вскрышных и добычных работ, направ­ления подвигания забоя и способа вскрытия.

Классификация систем открытой разработки по Е.Ф. Шешко

Наиболее распространенными являются классификации проф. Е.Ф. Шешко (табл. 5.4) и акад. Н.В. Мельникова (табл. 5.5) по направлению перемещения вскрышных пород в отвалы; акад. В.В. Ржевского — по направлению подвигания фронта горных работ (табл. 5.6).

Таблица 5.4

Таблица 5.5

Классификация систем открытой разработки по Н.В. Мельникову

Таблица 5.6

Классификация систем открытой разработки (по В.В. Ржевскому)

Главным классификационным признаком в первых двух случаях является способ перемещения пустых пород. По этому признаку все системы разделяются на бестранспортные, транспортные и комбинированные.

Бестранспортные системы разработки характеризуются тем, что породы вскрыши перемещаются экскаваторами или отвалообразователями во внутрен­ние отвалы. При системе разработки с непосредственной экскаваторной перевал­кой вскрыши перемещение породы из забоя до отвала производится вскрышными экскаваторами, мехлопатами или драглайнами, которые одновременно являются также и отвальными экскаваторами (рис. 5.29, см. вкл.).

При системе разработки с кратной экскаваторной перевалкой вскрыши пе­ремещение породы из забоя до отвала производится вскрышными и отвальными экскаваторами, работающими совместно (рис. 5.30, 5.31, см. вкл.).

При системе разработки с перевалкой вскрыши отвалообразователями (рис. 5.29) перемещение породы из забоя до отвала производится консольными отвалообразователями и транспортно-отвальными мостами.

При всех бестранспортных системах порода перемещается поперек фрон­та работ, т. е. по кратчайшему расстоянию. Поэтому эти системы просты и эко­номичны. Область применения — при пологих углах падения пластов (до 12°) и не слишком большой мощности. Для этих систем характерна жесткая связь меж­ду вскрышными и добычными работами, т. к. количество вскрываемых запасов ограничивается рабочими параметрами и мощностью вскрышных и отвальных машин.

Транспортные системы разработки характеризуются перевозкой вскрыш­ных пород при помощи транспортных средств.

При системе разработки с перевозкой во внутренние отвалы порода переме­щается на сравнительно короткое расстояние по пути с благоприятным профи­лем, обычно без подъема в грузовом направлении. Система с перевозкой поро­ды на внешние отвалы характеризуется перемещением вскрыши на значительные расстояния: 2 — 4 км для автотранспорта и до 10 км для железнодорожного транс­порта.

Порода перемещается на пути с подъемом в грузовом направлении. Система с перевозкой породы частично на внутренние и частично на внешние отвалы име­ет признаки первых двух систем этой группы.

Транспортные системы сложнее бестранспортных и менее экономичны. Они могут применяться при любых условиях залегания месторождения, поэтому по­лучили широкое распространение. Здесь связь между подвиганием вскрышного и добычного фронта работ менее жесткая, в зависимости от потребностей можно вскрыть необходимое количество запасов.

Комбинированные системы разработки сочетают признаки бестранспортных и транспортных систем разработки. По признаку относительного преобладания перевалки или перевозки выделяют систему с частичной перевозкой пустых по­род во внутренние или внешние отвалы и систему с частичной перевалкой пород во внутренние отвалы. Достоинства этой системы в том, что благодаря частичной перевозке породы, обычно с верхних уступов, расширяется возможность исполь­зования преимуществ бестранспортных систем разработки. Частичное примене­ние перевалки породы во внутренние отвалы, обычно с нижних уступов карьера, позволяет улучшить показатели транспортных систем разработки, т. к. транспорт с нижних уступов наиболее трудный.

Относительная сложность и экономичность комбинированных систем разра­ботки зависят от доли участия перевозки и перевалки. Чем больше объем породы будет разрабатываться по бестранспортной системе, тем экономичнее комбини­рованная система разработки.

Элементы и параметры системы разработки рассмотрим на примере транс­портных систем, т. к. благодаря универсальности эти системы получили наиболь­шее распространение: в угольной промышленности более 60 %, до 90 % в железо­рудной и почти 100 % на карьерах при добыче руд цветных металлов.

Транспортные системы разработки характеризуются следующими элемента­ми, параметрами и удельными показателями (рис. 5.32).

Элементы системы разработки — выемочные слои, рабочие уступы, заходки, рабочие площадки, разрезные траншеи и др.

Параметры системы — высота уступа h, угол откоса уступа а, ширина заходки А, ширина рабо­чей площадки Брп, угол откоса рабочего борта ка­рьера 7р, число рабочих уступов, длина добычно­го и вскрышного фронта работ и др.

Основные удельные показатели — скорость подвигания забоев и рабочих уступов, скорость проходки траншей, скорость углубки горных ра­бот в карьере у, скорость подвигания фронта ра­бот Уф, годовая производительность с единицы длины фронта и площадок рабочей зоны.

Рис. 5.32. Элементы и параметры системы разработки

Высота уступа Л (см. рис. 5.32) зависит от типа по-грузочного оборудования и его рабочих пара­метров. При разработке пород без применения БВР высота уступа принимается равной высоте черпания экскаватора; с применением БВР она не должна превы­шать высоту черпания более чем в 1,5 раза. Допустимые значения высоты уступа: для ЭКГ-4,6 в мягких породах 10 м, в скальных 15 м; для ЭКГ-8и — соответственно 13 и 20 м; для ЭКГ-12,5 — соответственно 16,5 и 25 м. Ширина рабочей площадки Вр п устанавливается с учетом физико-механических свойств горных пород, рабо­чих параметров экскаватора и вида транспорта (рис. 5.33).

При разработке пород с предварительным их рыхлением буровзрывным спо­собом минимальная ширина рабочей площадки определяется следующим обра­зом:

Врп = Вр + С+Т+Л + Ьп,

где Вр — ширина развала, м; С — безопасный зазор между нижней бровкой разва­ла и транспортной полосой, м; Т— ширина транспортной полосы, м; П— ширина полосы для размещения дополнительного оборудования и проезда вспомогатель­ного транспорта, м; Ьп — ширина полосы безопасности (призмы обрушения), м.

Рис. 5.33. Схема к определению ширины рабочей площадки

Ври

Безопасный зазор С = 2 — 3 м. Ширина транспортной полосы при одноколей­ном пути Т = 3 м, при двухколейном Т = 7,5 — 1 5 м в зависимости от принятой ши­рины междупутья. Минимальная ширина междупутья 4,5 м. Ширина полосы для размещения дополнительного оборудования П = 5 — 6 м. Ширина полосы безопас­ности (призмы обрушения) определяется по формуле:

bn = h (ctgoty — ctga),

где h — высота уступа, м; oty — угол устойчивого откоса уступа, град (Оу = 35 — 60°); a — угол откоса рабочего уступа, град (а = 65 — 80°).

Ширина заходки А при применении мехлопат равна радиусу их черпания, а для драглайнов определяется принятым углом поворота стрелы. Для экскавато­ров ЭКГ-4,6, ЭКГ-8и, ЭКГ-12,5 и ЭКГ-20 она равна соответственно 14,0; 17,8; 22,0 и 23,5 м.

Угол откоса рабочего борта ур является функцией высоты уступа и ширины ра­бочей площадки и определяется как их отношение:

ctgyp = h/Bpn.

Угол откоса рабочего борта при железнодорожном транспорте составляет 7 — 12°, при автомобильном — 10— 15°.

Число рабочих уступов и длина фронта работ должны быть наименьшими, но достаточными для обеспечения производственной мощности. Обычно на уступах располагаются несколько экскаваторов. Число экскаваторных забоев (число бло­ков) на одном уступе при железнодорожном транспорте не превышает 3, при ав­томобильном равно 5 — 6. Минимальная длина блока при железнодорожном транс­порте 400 — 500 м, при автотранспорте 150 — 250 м.

Число одновременно разрабатываемых добычных уступов в карьере опреде­ляется так:

т = Пк1б/Q3L,

где Пк — производственная мощность карьера по добыче, тыс. м3/год; 1б — длина блока на уступе, м; 03 — производительность экскаватора по добыче, тыс. м3/год; L — длина уступа, м.

Интенсивность горных работ в карьере характеризуется скоростью понижения горных работ (у) и скоростью подвигания фронта работ (Уф) на уступах. Требуемая скорость понижения горных работ карьера по условию его производственной мощ­ности должна обеспечиваться необходимой скоростью горизонтального подвига­ния фронта работ, между которыми существует зависимость (см. рис. 5.32):

^ = yctgyp;

где ур — угол откоса рабочего борта карьера (ур = 14 — 18°).

Фактически на горных предприятиях средняя скорость понижения горных работ при использовании железнодорожного транспорта составляет 7— 12 м/год, а скорость подвигания фронта работ (Уф) 50 — 300 м/год соответственно.

Техническими направлениями развития открытого способа разработки пред­усматриваются:

увеличение производственной мощности дейст-вующих и строительство но­вых крупных карьеров с годовой добычей полезного ископаемого до 10 — 20 млн т;

разработка рыхлых и полускальных пород с применением комплексов не­прерывного действия, в том числе роторных экскаваторов, ленточных конвейе­ров, консольных отвалообразователей с производительно-стью до 12,5 тыс. т/ч;

расширение области применения технологических схем с перевалкой по­роды в выработанное пространство драглайнами с ковшами вместимостью 40 — 100 м3 и длиной стрелы 100—150 м;

внедрение циклично-поточной технологии при выемке крепких пород и руд с дроблением их в карьере на передвижных дробилках и транспортировани­ем конвейерами;

широкое применение новых моделей горнотранспортного оборудования: шарошечных станков СВБ-320, экскаваторов ЭКГ-20, гидравлических ЭГ-12,5 и ЭГ-20, погрузчиков с ковшами вместимостью 5 — 7,5— 12,5 — 20 м3, автосамосвалов грузоподъемностью 110 — 180 — 250 т;

полная механизация путевых и вспомогательных работ на карьерах;

внедрение автоматических систем управления (АСУ), математических ме­тодов и ЭВМ для проектирования, планирования и управления, реализация ком­плекса мероприятий по охране окружающей среды.

Реализация этих технических направлений, внедрение новой техники и тех­нологии позволят еще больше повысить эффективность открытого способа раз­работки.

Дальнейшее развитие актуальных направлений комплексного освоения недр (ресурсосбережения, малоотходности, ресурсовоспроизводства) потребовало широкое применение новых видов горного и транспортного оборудования в ком­плексах и большого числа специальных технологических схем.

В основу предложенной академиком К.Н. Трубецким классификации ресур­сосберегающих и малоотходных технологических схем открытой разработки ме­сторождений в качестве основных классификационных признаков положены виды горнотранспортного оборудования (табл. 5.7). Правильность такого подхода подтверждается мировой передовой практикой.

4 Основы горного дела

Таблица 5.7

Классификация ресурсосберегающих и малоотходных технологических схем открытой разработки месторождений (по К.Н. Трубецкому)