Сущцость открытых горных работ и условия их применения

Открытыми горными работами называется ком­плекс работ, при котором все производственные процессы, необходи­мые для извлечения полезного ископаемого из недр земли, совер­шаются на поверхности.

В результате производства открытых горных работ в земной коре образуются открытые горные выработки, которые, в отличие от подземных, примыкают непосредственно к земной поверх­ности и поэтому имеют незамкнутый контур поперечного сечения. Совокупность открытых горных выработок, служащих для раз­работки месторождения полезного ископаемого, называют к а р ь е -ро м. Также карьером называют горное предприятие, осуществля­ющее разработку месторождения открытым способом. Таким образом, понятие «карьер» имеет два значения — техническое и администра­тивно-хозяйственное. В угольной промышленности карьеры обычно называют разрезами, а на россыпных месторождениях — при­исками.

Месторождение или его часть, разрабатываемые одним карьером, называют карьерным полем. В процессе горных работ по­верхность карьерного поля полностью нарушается и в толще земной коры образуется поверхность выработанного простран­ства. Глубина выработанного пространства при разработке мощ­ных месторождений может достигать нескольких сотен метров.

При производстве открытых горных работ различают вскрышные и добычные работы. Под вскрышными работами пони­мают совокупность производственных процессов по выемке и удале­нию пустых пород, покрывающих и вмещающих полезное ископаемое. Добычными работами называют совокупность производ­ственных процессов по извлечению полезного ископаемого из недр земли. Объем вскрышных работ на современных карьерах обычно значительно превышает объем добычных. Годовые объемы удаляе­мой на карьерах породы иногда превосходят объемы добычи в 10— 20 раз и более. Необходимость удаления значительных масс

вмещающих и покрывающих пород является основной техноло­гической и экономической особенностью открытых разработок.

При современной технике открытым способом можно разрабаты­вать месторождения твердых полезных ископаемых любой формы, расположенные ниже или выше господствующего уровня земной поверхности, при любой крепости горных пород. Основным усло­вием при выборе открытого способа разработки является возмож­ность получения лучших технико-экономических показателей, чем при подземных работах.

Основные понятия, элементы и параметры карьера

При разработке месторождений открытым способом горные по­роды в пределах контуров карьера разделяют на отдельные гори­зонтальные слои. Каждый верхний слой разрабатывают с опереже­нием по отношению к нижнему, в результате чего карьер приобре­тает уступную форму (рис. 81).

Часть толщи горных пород в карьере, имею­щую рабочую поверхность в форме ступени и раз­рабатываемую самостоя­тельными средствами вы­емки и транспорта, называ­ют уступом (рис. 82, а). Часть уступа по его вы­соте, разрабатываемую са­мостоятельными средства­ми выемки, но обслужи­ваемую транспортом, об­щим для всего уступа, называют подуступом (рис. 82, б).

Уступ имеет площадки, откос и бровки (рис. 83). Плошадкой уступа называют горизонтальную поверх­ность, ограничивающую уступ по высоте; различают нижнюю и верх­нюю площадки уступа. Откосом уступа называют наклон­
ную поверхность, ограничивающую уступ со стороны выработан­
ного пространства. Уг.ол между откосом уступа и горизонтальной
плоскостью называют углом откоса уступа. Линии пе­
ресечения откоса уступа с его верхней и нижней площадками назы­вают соответственно верхней и нижней, бровкамиуступа.

Поверхность уступа, являющаяся непосредственным объектом горных работ и перемещающаяся в результате ведения этих работ,

называется з а б о е м у с т у п а. Забоем служит торец уступа, а иногда его откос.

Уступ разрабатывают последовательными параллельными полосами, называемыми з а х о д к а м и. Часть заходки по ее длине, разрабатываемую самостоятельными блоком (рис. 84). Разделение заходки на блоки позволяет отра­ботку уступа вести одновременно несколькими забоями.

Площадка уступа, на которой располагают выемочное оборудова­ние, предназначенное для разра­ботки этого уступа, называют р а-бочей пло щ а д к о й ус­тупа.

Часть уступа по его длине, под­готовленная для разработки, на­зывается фронтом работ уступа. Подготовка фронта

работ заключается главным образом в подводе транспортных путей и линий электропередач. Суммарная протяженность фронтов работ уступов составляет фронт работ карьера.

Каждому уступу присваивается высотная отметка, обычно соот­ветствующая горизонту расположения транспортных путей уступа.

Отметки применяют абсолютные, относительно уровня моря, или условные, относительно принято­го пункта на поверхности. Пло­щадку уступа, характеризуемую высотной отметкой, называют го­ризонтом.

Боковые поверхности, ограни­чивающие карьер, называют бор­тами карьера. Они явля­ются совокупностью откосов и пло­щадок отдельных уступов. Борт карьера, на котором производят горные работы, называют рабо­чим бортом, в противном слу­чае его называют нерабочим. Соответственно уступы, составля­ющие рабочий борт карьера, называют рабочими, уступы на нерабо­чем борту карьера — нерабочими.

Нижнюю, обычно горизонтальную поверхность, называют по­дошвой карьера.

Линию пересечения бортов карьера с поверхностью называют верхним контуром, а с подошвой карьера — нижним контуром карьера. Положение верхнего и нижнего

контуров карьера при производстве горных работ меняется. Контуры, достигнутые к моменту погашения открытых горных работ, называют конечными контурами карьера. Им соответствуют конечные размеры карьера.

Условную поверхность, проходящую через верхний и нижний контуры карьера, называют общим откосом борта карьера. Условную поверхность, проходящую через нижние бровки верхнего и нижнего рабочих уступов, называют откосом

рабочего борта карьера. Углом откоса борта карьера называют угол между откосом борта и горизонтальной плоскостью. Горизонтальные площадки на нерабочем борту карьера назы­вают бермами. Различают транспортные и предохра-

нительные бермы. Транспортные бермы служат для разме­щения транспортных путей, по которым осуществляется грузо-транспортная связь между рабочими площадками в карьере и по­верхностью. Предохранительные бермы предназна­чены для повышения устойчивости борта карьера и для задержания осыпающихся кусков породы.

Доступ с поверхности к рабочим уступам карьера и подготовка отдельных уступов к разработке осуществляют путем проведения

въездных и разрезных траншей — открытых горных выработок обычно трапециевидного сечения и значительной длины (рис. 85). Наклонная траншея, служащая для транспортной связи поверх­ности с рабочими уступами карьера, называется капитальной, ее называют также въездной. Горизонтальная траншея, предназначенная для создания первоначального фронта работ на уступе, называется разрезной. Разрезные траншеи являются продолжением капитальных. При расположении капитальной тран­шеи внутри карьера один из бортов ее отрабатывается, и траншея приобретает форму съезда.

Основными параметрами карьера являются: конечная глубина карьера, размеры карьера по простиранию и вкрест простирания на уровне поверхности и по подошве, углы откосов нерабочих бор­тов, запасы полезного ископаемого и общий объем горной породы в контурах карьера.

Конечная глубина для горизонтальных и пологопада-ющих залежей определяется природными условиями — глубиной залегания пласта полезного ископаемого. Для наклонных и крутых залежей конечную глубину обычно устанавливают при проектиро­вании карьера на основе технико-экономических расчетов. Глубина современных карьеров достигает 300—400 м; проектируются карь­еры глубиной до 700—900 м.

Размеры карьера по подошве устанавливают при оконтуривании залежи на отметке, соответствующей конечной глубине карьера. Минимальные размеры карьера по подошве при­нимают из условий безопасной выемки пород с нижнего уступа: по ширине — не менее 20 м, по длине — не менее 50—100 м._ Раз­меры карьера на уровне поверхности зависят от размеров по подошве, конечной глубины карьера и углов откосов его бортов. Длина карь­еров поверху достигает 3—5 км, ширина 2—4 км и более.

Углы откосов нерабочих бортов карьера устанавливают из усло­вий устойчивости пород, слагающих борт, и возможности размеще­ния на борту карьера транспортных и предохранительных берм. При уменьшении углов откосов нерабочих бортов увеличивается объем вскрышных работ. Поэтому их стремятся принимать более крутыми.

Запасы полезного ископаемого и общий объем горной породы в контурах карьера определяют производственную мощность карьера, срок его суще­ствования и основные технико-экономические показатели открытой разработки.

По положению относительно земной поверхности различают залежи:

горизонтальные (пологие) с углом наклона до 10° (рис. 86, а, б). Такие условия залегания характерны для месторождений угля, марганца и других полезных ископаемых оса­дочного происхождения (буроугольные месторождения Украины, месторождения Никопольского марганцевого бассейна, Керченское

железорудное месторождение и др.). Подобные месторождения обыч­но полностью разрабатывают открытым способом.

Наклонные (с углом падения от 10 до 30°) и крутые (с углом падения более 30°) залежи (рис. 86, в, г) широко распро­странены среди железорудных месторождений, месторождений руд цветных металлов, угля и других полезных ископаемых. При раз­работке наклонных залежей вскрышные породы удаляют только

Рис 86. Основные типы месторождений и возможные схемы карьеров.

состороны висячего бока (рис. 86, в). При разработке крутопада­ющих залежей вскрышные породы удаляют как со стороны висячего, так и со стороны лежачего боков залежи (рис. 86, а).

Особенностью наклонных и крутых залежей является значитель­ное увеличение объема вскрышных пород при увеличении глубины карьера. Поэтому разработку таких месторождений иногда произ­водят комбинированным способом — верхняя часть месторождения разрабатывается открытым способом, нижняя — подземным.

Штокообразные залежи в виде массивных рудных тел неправильной формы (рис. 86, д) часто встречаются среди место­рождений руд черных и цветных металлов и неметаллических по­лезных ископаемых. К таким месторождениям можно отнести Высо­когорское, Гороблагодатское, Коунрадское и др.

Залежи в виде антиклинальных (рис. 86, е) и синклинальных (рис. 86, ж) складок нередко встре­чаются среди угольных месторождений.

Залежи на возвышенности (рис. 86, з) или з а-лежи высотно-глубинного типа (рис. 86, и), верх­няя часть которых находится на возвышенности, а нижняя — ниже-уровня земной поверхности, встречаются в гористой местности. В качестве примера таких залежей можно привести Магнитогор­ское и Бакальское железорудные месторождения, Хибинское месторождение апатитов и др

Весьма слож­ные залежи, со­стоящие из большого чис­ла гнезд или свиты пла­стов, иногда сильно нару­шенной тектоническими нарушениями (рис. 86, к). Такие залежи распростра­нены среди рудных и уголь­ных месторождений.

При разработке гори­зонтальных и пологих за­лежей полезных ископае­мых горные работы по до­
стижению конечной глуби­ны карьера подвигают в
горизонтальном направле­нии, и породы вскрыши
размещают во внутренниеотвалы в выработанном
пространстве карьера (рис. 87, а), что значительно упрощает организацию и уменьшает стоимость вскрышных работ. При разработке залежей других типов наряду с подвиганием горных работ в горизонтальном направлении непрерывно ведут работы по углубке карьера (рис. 87,б). Это не позволяет использовать выработанное пространство карьера для размещения вскрышных пород и их размещают во внешние отвалы за пределами карьерного поля.