Элементы системы разработки

Основными элементами разработки являются: высота уступа, ширина рабочей площадки, длина блока, длина и подвигание фронта работ, уход работ на глубину.

Высоту уступа проектируют с учетом безопасности веде­ния горных работ, физико-механических свойств разрабатываемых пород, типа горного и транспортного оборудования, необходимой производственной мощности карьера и других факторов.

Увеличение высоты уступа сокращает число рабочих уступов в карьере, в результате чего уменьшается длина транспортных коммуникаций, снижается стоимость их строительства и содержания; повышается производительность экскаваторов из-за уменьшения их передвижек в забое; уменьшается количество рабочих площадок и берм погашения, что ведет к уменьшению объемов вскрыши соот­ветственно в первый период работы и вообще в карьере.

Недостатки высоких уступов: повышение опасности ведения работ из-за возможности оползней и обрушений; уменьшение производи­тельности карьера вследствие сокращения числа рабочих уступов.

Способ выемки горных пород оказывает влияние на выбор высоты уступа. При раздельной выемке -высоту уступа устанавливают мень­шей, чем при валовой выемке.

В общем случае высота уступа определяется типом и рабочими размерами экскаваторов. При разработке мягких пород, не требу­ющих взрывных работ, высота уступа не должна превышать макси­мальной высоты черпания экскаватора. При разработке сыпучих и хорошо разрыхленных буровзрывными работами крепких пород, не образующих нависей, высота уступа механической лопаты может превышать высоту черпания экскаватора, но не более чем в полтора jjasa.

Оптимальная высота уступа обеспечивает минимальные затраты на разработку месторождения при безопасном ведении горных работ.

Высоту уступа h в зависимости от рабочих размеров экскаватора и характера взрывных работ приближенно определяют по формуле Н. В. Мельникова:

где а = 0,8 (R₄ + R _р) — ширина развала породы после взрыва, м;

R_ч и R _р — радиусы черпания и разгрузки экскава­тора, м;

а — угол откоса уступа, град;

β — угол откоса развала взорванной породы, град;

к_р — коэффициент разрыхления породы;

η' — отношение лишний наименьшего сопроти­вления первого ряда

скважин к высоте уступа (0,55-0,70);

η''— отношение расстояния между рядами сква­жин к линии наименьшего сопротивления (0,75-0,85).

Распространенная высота уступов на карьерах при применении механических лопат составляет 10—15, реже 30 м; драглайнов 10—25, реже 40 м; многоковшовых экскаваторов верхнего черпания 10—20, реже 30 м; нижнего черпания 10—30, реже 40 м.

Различают минимальную и нормальную ширину рабочей пло­
щадки. Минимальная ширина рабочей площадки
должна обеспечить безопасную работу горного оборудования, опре­
деляется в основном размерами принятых экскаваторов, видом Рис. 179. Схема к определению ширины

карьерного транспорта и па­раметрами рабочей площадки буровзрывных работ.

При разработке скаль­ных горных пород с при менением железнодорож­ного транспорта минималь­ная ширина рабочей пло­щадки (рис. 179)

B_min = z+T+c + x + A_, м, (192)

где z — ширина полосы безопасности, устанавливаемая по возмож­ной призме

обрушения, м;

Т — ширина транспортной полосы, м;

с — расстояние между бровкой развала и транспортной полосой (2-2,5), м;

х — величина развала породы после взрыва, м; А — ширина заходки

по целику, м.

Ширина основания призмы обрушения, на которой запрещается размещение горнотранспортного оборудования,

z = h(ctgα — ctgγ), м, (193)

где h — высота уступа, м; а — угол откоса рабочего уступа (60-80°);

у — угол устойчивого откоса уступа (35—60°).

Ширина транспортной полосы при одноколейном рельсовом пути составляет 3 м; при двухколейном 7,5—15 м, в зависимости от ши­рины междупутья. При использовании электровозной откатки транс­портная полоса должна включать полосу для установки контактной сети. При автомобильном транспорте ширина транспортной полосы определяется количеством и шириной полос движения, обычно она. равна 3—8 м.

Ширина развала х в большинстве случаев определяется опытным, путем; она зависит от высотй уступа, физико-механических свойств пород, параметров буровзрывных работ и других факторов. При вы­соте 10—15 м величина развала обычно составляет 20—25 м.

Минимальная ширина рабочих площадок составляет в скальных породах 40—50 м.

Ширина рабочих площадок на добычных уступах должна быть в среднем нормальной, а на всех уступах не меньше минимальной. Средняя ширина нормальной рабочей площадки добычного уступа должна обеспечивать заданный резерв запасов, готовых к выемке, и может быть определена по формуле

где μ — необходимый коэффициент резерва запасов, лет;

А_р — производительность карьера по руде, м³/год;

l_д — длина фронта добычных работ в карьере, м.

Нормальная ширина рабочих площадок скальных уступов при железнодорожном транспорте 60—80 м.

Рис. 180. Схемы перемещения фронта работ.

При разработке мягких пород многоковшовыми экскаваторами ширина рабочей площадки может быть 100 м и более.

Длина блока определяется главным образом интенсив­ностью разработки, высотой уступа и возможностью бесперебойного обеспечения забоев транспортом.

При максимальной интенсивности разработки необходимо стре­миться уменьшать длину блока (с целью ввода в работу большего количества экскаваторов). Однако уменьшение длины блока ограни­чивается возможностью бесперебойного обеспечения забоев транспор­том. Длину блоков при железнодорожном транспорте принимают в мягких породах не менее 300 м, в скальных не менее 400 м. При автомобильном транспорте длина блока может быть 100—250 м и менее.

При малой высоте уступов нецелесообразно уменьшать длину блока. В этом случае увеличивается количество передвижек экскава­тора и объем путевых или дорожных работ.

Блоки составляют фронт работ в карьере. Длина вскрышного
фронта карьера представляет суммарную длину блоков вскрышных
уступов, длина добычного фронта — суммарную длину блоков добыч­
ных уступов.

Фронт вскрышных и добычных работ карьера в процессе разра­ботки непрерывно перемещается к его предельным контурам.

Подвигание фронта работ может быть параллель­ным, веерным и смешанным (рис. 180). Параллельное подвигание (а) происходит при отработке уступов заходки постоянной ширины; веерное перемещение (б) — при отработке уступов заходками непо­стоянной ширины (при работе одного экскаватора) или заходками постоянной ширины, но при различной длине экскаваторных блоков (при работе нескольких экскаваторов). Смешанное подвигание фронта (в) представляет собой сочетание двух первых способов: одну часть карьерного поля разрабатывают с параллельным подвиганием, а другую — с веерным. Скорость подвигания фронта горных работ определяют по формуле

где А — производительность карь­ера по горной массе, м³/год;

l_ф — длина фронта горных ра­бот в карьере, м.

Скорость подвигания фронта на современных карьерах изменяется от 60 до 500 м в год и более.

Уход работ на глу­би н у показывает, на сколько метров горные работы понижа­ются за единицу времени, обычно за год (рис. 181).

где ф — угол откоса рабочего борта карьера, град; 7 — направление углубки карьера, град. Величина ухода работ в глубину составляет от 7 до 20 м/год и редко более. Меньшие показатели ухода соответствуют карьерам со скальными породами и применению железнодорожного транспорта, более высокие — карьерам с мягкими породами и транспортирова­нию ленточными конвейерами или автомобилями.

§ 3. Бестранспортные системы разработки

При бестранспортных системах разработки породы экскавируют, переваливают в выработанное пространство и размещают на внутрен­нем отвале вскрышными экскаваторами без применения транспорт­ных средств. Бестранспортные системы применяют обычно при раз­работке горизонтальных или слабонаклонных (под углом 5—10) пластов.

Бестранспортные системы просты в организационном отношении, отличаются низкой стоимостью работ, высокой производительностью труда.

Простая бестранспортная система разработки включает несколько схем экскавации. При использовании механиче­ской лопаты экскаватор устанавливают на кровле пласта полезного ископаемого и разрабатывают всю толщу покрывающих пород одним уступом (рис. 182). Вслед за подвиганием породного уступа добы­вают полезное ископаемое.

Рис. 182. Схема экскавации меха- Рис. 183. Схема экскавации драглайном,
нической лопатой. установленным на промежуточном горизонте.

Расчет данной схемы заключается в выборе рабочих размеров вскрышных экскаваторов в зависимости от мощности покрывающих пород. При этом пользуются зависимостями, которые устанавливают из условия равенства объемов выхода породы из вскрышной заходки V₁ и навала породы в отвале;V₂.

Выход породы с единицы длины фронта работ

V_x = АНк_р, m³,(198)

где А — ширина заходки'по целику, м;

Н — мощность вскрыши, м;

к_р — коэффициент разрыхления породы.

Емкость отвала на единицу длины фронта работ

V₂ = AH_o-0,25A²tgβ, м³, (199)

где Н₀ — высота отвала, м;

β— угол откоса отвала, град.

Для размещения породы в отвал необходимо, чтобы V_x = F₂, т. е.

АНк_р = А Н₀-0, 25A²tgβ, (200)

Отсюда допустимая высота породного уступа

Радиус разгрузки экскаватора

где с — расстояние от оси вскрышного экскаватора до верхней бровки уступа полезного ископаемого, м;

а — расстояние от нижней бровки добычного уступа до основа­ния отвала, м;

h — мощность пласта полезного ископаемого, м;

a — угол откоса уступа полезного ископаемого, град. Высота отвала

Допустимую мощность вскрыши определяют в зависимости от радиуса разгрузки экскаватора, мощности пласта полезного ископа­емого и ширины заходки.

При использовании драглайна для непосредственной перевалки пустых пород в выработанное пространство его можно располагать на кровле вскрышного уступа или на промежуточном горизонте (рис. 183).

В развернутом виде формулы для определения допустимой высоты породного уступа имеют вид:

при расположении драглайна на кровле вскрышного уступа

где Ъ — расстояние от оси вскрышного драглайна до верхней бровки породного уступа, м;

у — угол откоса породного уступа, град;

а — ширина предохранительной площадки, м, при расположении драглайна на промежуточном горизонте

где Н_в — высота верхнего вскрышного подуступа, м. Высоту верх­него вскрышного подуступа принимают равной не более 0,5—0,7 максимальной высоты разгрузки экскаватора.

Усложненная бестранспортная система разработки. Если мощность вскрыши значительна, а рабочие размеры вскрышных экскаваторов недостаточны для окончательного размещения пород в выработанном пространстве, на внутреннем от­вале устанавливают вспомогательный драглайн. Экскаватор при пере­валке породы освобождает добычной уступ от навала породы и подго­тавливает в выработанном пространстве место для размещения по­роды из очередной заходки.

В зависимости от размеров вскрышного экскаватора и мощности покрывающих пород возможно большое количество вариантов системы разработки с кратной перевалкой породы в отвал. На рис. 184 пред­ставлен вариант, когда при удалении породы вскрышным экскавато­ром производится полная подвалка пласта полезного ископаемого.

Объем вскрыши с единицы длины породной заходки

V = AHk_p, м³. (206)

Переэкскавируемую драг­лайном породу размещают в первом У\ и во втором ярусе V₂ отвала. Драглайн для переэкскавации породы на отвале выбирают с уче­том объема переэкскавации породы V_nep и высоты первич­ного отвала Н₀.

Радиус черпания драг­лайна

где b₁ – половина ширины экскаваторного хода, м;

с₁ – принимается в зависимости от высоты уступа, мощности экскаватора и физико-механических свойств пород (1-3), м;

Рис. 184. Вариант разработки с кратной

перевалкой породы в отвал.

Н_а — высота установки драглайна на отвале, м.

Радиус разгрузки драглайна

где с^’₁— расстояние от нижней бровки второго яруса отвала до осно­вания экскаватора, м;

Н^’’₀— высота вторичного отвала, м.

Глубина черпания драглайна Н_ч должна быть не менее высоты вторичного отвала Н'₀.. Высота разгрузки драглайна Н_рдолжна быть не менее высоты вторичного отвала Н"₀

Производительность драглайна на переэкскавации

Q_д = Q _в k _п. (209)

где Q_B — производительность вскрышного экскаватора;

k_я — коэффициент переэкекавации.

Коэффициент переэкскавации представляет собой отношение объема переэкскавируемых пород к общему объему пустых пород, складируемых во внутренних отвалах.

Объем переэкскавации породы с единицы длины отвальной за-ходки

где Н_а — высота первичного отвала, м;

где h — мощность пласта полезного ископаемого, м.

Схему с кратной перевалкой породы в отвал применяют в тех же условиях, что и с непосредственной перевалкой, но при большей мощ­ности покрывающих пород и пласта полезного ископаемого. Пласт ископаемого разрабатывают обычно одним уступом механической лопатой. Карьерное поле вскрывают преимущественно комбинирован­ным способом: бестраншейным — породные уступы и траншейным — добычные.

Основные достоинства систем с экскаваторной перевалкой породы в отвал: низкая стоимость вскрышных работ, обусловленная отсут­ствием затрат на их транспортирование; высокая производительность оборудования; простая организация работ. Недостатки: жесткая вза­имосвязь между вскрышными и добычными работами; невозможность создания больших запасов полезного ископаемого, готовых к выемке; ограниченная область применения.