Принципы определения границ карьеров

Конечные контуры карьера могут определяться сравнением граничного коэффициента вскрыши с контурным, средним и эксплуа­тационным. Основой этих принципов является сравнение допустимой себестоимости полезного ископаемого соответственно с себестоимо­стью полезного ископаемого на конечном контуре карьера, со сред­ней себестоимостью полезного ископаемого и с себестоимостью в эксплуатационный период.

При определении глубины карьера по контурному коэффициенту вскрыши экономически предельной считают ту,глубину, при кото­рой контурный коэффициент вскрыши равен граничному (К_к = — К_гр). Затраты на добычу полезного ископаемого открытым и подземным способами при этом равны лишь на конечном контуре карьера:

С_а + К_грС_в = С_А + К_кС_в.

Этот принцип чаще всего применяют при определении границы от­крытых и подземных работ.

При определении конечной глубины карьера посреднему ко-, эффициенту вскрыши ее величина будет такой, при которой сред­ний коэффициент вскрыши равен граничному (К_с = К_гр). В этом случае средняя себестоимость полезного ископаемого в контурах карьера будет соответствовать предельно допустимой.

Принцип определения конечной глубины карьера по среднему коэффициенту вскрыши применяют в том случае, когда вследствие небольших запасов или горизонтального залегания пласта приме­нение двух способов разработки исключено, и месторождение разрабатываться только одним способом — либо подземным, либо открытым [4]. Если средний коэффициент вскрыши меньше или равен граничному, применяют открытый способ разработки место­рождения. При этом может быть, что затраты на открытую разра­ботку всего месторождения равны затратам на подземную разра­ботку. Тем не менее, необходимо принять открытый способ добычи, при котором создаются более безопасные и лучшие санитарно-гигие­нические условия труда.

При определении конечной глубины карьера по эксплуатацион­ному (текущему) коэффициенту, вскрыши экономически выгодной глубиной считается такая, при которой эксплуатационный коэффи­циент вскрыши равен граничному (К_т ~ К_гр). Эксплуатационный

коэффициент вскрыши изменяется с глубиной разработки, и при расчетах контуров карьера ориентируются на наибольший эксплуа­тационный коэффициент вскрыши. Обычно максимальной величины он достигает в период подхода рабочих бортов к проектным конту­рам карьера по поверхности. Именно в этот период работы с наиболь­шим эксплуатационным коэффициентом вскрыши себестоимость до­бычи полезного ископаемого подрастает до предельно допустимой величины. В остальные периоды она будет меньше.

§ 4. Методы определения границ карьеров

Порядок определения конечных контуров карьера следующий:

1) на основании физико-механических свойств и строения вмещающих пород принимают углы погашения бортов карьера по условиям устойчивости;

2) проверяют величину угло по условию размещения транс­
портных площадок в зависимости от способа вскрытия;

3) определяют граничный коэффициент вскрыши;

4) принимают принцип и ме­тод определения конечной глу­бины;

5) определяют глубину карь­ера, устанавливают его границы по поверхности.

Имеется несколько методов определения конечных контуров карьера. Основные из них - метод вариантов, аналитический и графический методы — рассмотрим на поперечном сечении по место­рождению.

Метод вариантов. При сложных элементах залегания месторождения, а также в тех случаях, когда требуется большая точность подсчетов для определения конечной глубины карьера, пользуются методом сравнения вариантов.

Определение конечных контуров карьера по этому методу со­стоит в следующем.

На поперечном сечении по месторождению (рис. 89) вычерчи­вают контуры карьера для ряда вариантов глубины (для каждого горизонта или через, несколько горизонтов). Для каждого контура, т.е. для каждого принятого варианта глубины карьера, определяют запасы полезного ископаемого, объем вскрыши и коэффициент не/крыши. Путем сравнивания значений коэффициентов вскрыши по вариантам с граничным коэффициентом. Вскрыши определяют конечную глубину карьера на данном поперечном сечении.

Запасы полезного ископаемого и объемы вскрыши определяют как площади, с помощью планиметра. Коэффициенты вскрыши могут быть выражены как средние, контурные или эксплуатационные,

в зависимости от применяемого расчетного принципа определения конечной глубины карьера. Аналитический метод является удобным для прак­тического применения, так как позволяет быстро найти конечную глубину карьера. В этом случае применительно к заданным условиям выводятся несложные формулы контурного, среднего или эксплуа­тационного коэффициентов вскрыши. Так, для место­рождения, представленного на рис. 90, средний коэффи­циент вскрыши определится по формуле Кс= где а и В — углы откосов бортов карьера лежачего и висячего боков, град; Нк — конечная глубина карьера, м; т — горизонтальная мощность залежи, м.   Применив расчетный принцип (Кгр = Кс), получим Кгр= Из этого уравнения находим значение конечной глубины карь­ера Нк= Исходя из принципа КгР ≥Кс, для определения конечной глу­бины карьера П. И. Городецкий и Б. П. Боголюбов предложили формулу Нк= В практике проектирования эта формула получила широкое применение. При сложных элементах залегания месторождения точность расчетов по аналитическому методу недостаточна. Поэтому им пользуются лишь для предварительного определения глубины от­крытых работ. Графический метод. Конечную глубину открытых работ можно находить путем графических построений по упрощен -

Рис. 90.Схема к определению конечной Рис.91. Определение конечной глу­бины карьера по

глубины карьера аналитическим методом. графическому ме­тоду проф. В. В. Ржевского.

ному графическому методу В. В. Ржевского (принцип К_гр ≥.К_к) [40].

В наиболее простом виде этот метод определения конечной глу­бины карьера состоит в следующем (рис. 91). Измеряют горизон­тальную мощность залежи т на ориентировочно возможной конеч­ной глубине карьера. От какой-либо произвольно выбранной точки А на поверхности откладывают отрезок АБ в том же масштабе, в котором измерена горизонтальная мощность. Величина АБ должна отвечать условию

АБ = тКгр

Из точек А и Б проводят наклонные линии под уг­лами погашения лежачего а и висячего Р бортов карьера. Точка пересече­ния этих линий О соответ­ствует конечной глубине карьера. Высотное поло­жение этой точки перено­сится на лежачий бок за­лежи (точка С) и затем вычерчивается фактиче­ское положение дна карь­ера и его бортов. Если на уровне точки О гори­зонтальная мощность за­лежи т₁ отличается от принятой ранее т, то рас­чет уточняют повторением построения, принимая от­резок А Б равным т₁ К_тр.

Для определения ко­нечных контуров всего карьера строят ряд поперечных и продоль­ных сечений, достаточно полно характеризующих месторождение (рис. 92). На сечениях указывают рельеф поверхности, конфигу­рацию залежей, вмещающие породы и другие элемент месторо­ждения, которые учитывают при проектировании. Количество сече­ний зависит от сложности залегания месторождения и от необхо­димой точности расчета.

На каждом поперечном сечении (например, 11—11)

опре­деляют предельную глубину карьера, пользуясь одним

из методов, рассмотренных выше. Значения предельной глубины контура карье­ра, полученные на поперечных сечениях (контур на поперечном сечении абвг), переносят на план и продольные сечения (штрихо­вые линии). Конечная глубина карьера для различных геологиче­ских профилей обычно различна, поэтому расчетный продольный профиль карьера имеет сложную, ступенчатую форму, которая

неприемлема по условию вскрытия рабочих горизонтов. Профиль карьера должен быть несколько выровнен в соответствии с уклоном транспортных съездов (сплошные линии на рис. 92). При выравни­вании запасы, прирезаемые к расчетному контуру, должны быть равны запасам, которые отсекаются от него.

Особенности определения границ карьера для отработки горизонтальных залежей. На­добности в определении конечной глубины карьера для отработки горизонтально залегающих месторождений обычно нет, так как при этом конечная глубина карьера соответствует отметке почвы пласта. В таких случаях необходимо установить экономичность применения открытых работ, которая для горизонтально залегающих пластов выражается условием

Нс≤Нгр.

Если площадь карьера относительно велика, и можно не учитывать разнос бортов карьера, то средний коэффициент вскрыши

К_с= , м³/м³,

где Н_в — мощность вскрыши, м;

Я_п. „ — мощность полезного ископаемого, м. В этом случае средний коэффициент вскрыши равен геологиче­скому (К_г) и условие (92) можно записать

К_г≤К_гр,

т. е. горизонтальную залежь целесообразно разрабатывать открытым способом, если геологический коэффициент вскрыши меньше или равен граничному.

При больших площадях карьера на глубоких месторождениях коэффициент вскрыши определяют как соотношение объемов вскрыши V и запасов полезного ископаемого Р в контуре карьера.

Глава XVI

ПОДГОТОВКА ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ § 1. Общие сведения,

Подготовка горных пород к выемке заключается в изменении естественного состояния горных пород с целью выемки их из мас­сива принятым способом.

По трудности разработки все горные породы делятся на четыре группы: к первой относятся мягкие и рыхлые породы с коэффициен­том крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова до 0,5—1 (растительная земля, торф, пески и т. п.); ко второй — плотные крепостью от 1 до 1,5 (глины, лёсс и т. п.); к третьей — полускаль-

ные крепостью от 1,5 до 4 (мерзлый грунт, каменный уголь, мел, гипс и т.п.); к четвертой — скальные крепостью выше 4 (граниты, базальты, кварциты, песчаники и т. п.).

Горные породы первой и второй групп разрабатывают экскава­торным способом обычно без предварительной подготовки.

Наиболее широко распространенными являются породы третьей и четвертой групп. На рудных карьерах они составляют 70—90% общего объема горных пород. Разрабатывают их только после пред­варительной подготовки.

Подготовка горных пород к выемке включает: 1) осушение той части пород, которая подлежит выемке в данное время, например выемочных блоков; 2) предохранение мягких и рыхлых горных пород от промерзания или их оттаивание; 3) разрушение полускаль­ных и скальных горных пород.

При осушении выемочных блоков стремятся максимально ис­пользовать существующую систему осушения карьерного поля и лишь в отдельных случаях создают местную систему осушения с применением дополнительных дренажных скважин и водоотлив­ных 'установок.

Мягкие и рыхлые породы предохраняют от промерзания вспахи­ванием и боронованием поверхности предохраняемого слоя, созда­нием над ним снегового покрова, утеплением поверхности слоя теплоизоляционными материалами или пропитыванием растворами различных, солей, устройством специальных покрытий и тепляков.

Мерзлые горные породы оттаивают сжиганием слоя угля на поверхности оттаиваемого слоя, электрообогревном, с помощью пара, поды и горячих газов.

Полускальные и скальные горные породы разрушают в основном дроблением их взрывным способом и механическим или гидравли­ческим рыхлением.