1 страница

где s_сж - сопротивление пород одноосному сжатию, МПа.

В высшей степени крепкие (плотные кварциты и базальты) имеют наибольшее значение коэффициента крепости - 20. Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лёсс - наименьшее (0,3).

Довольно мягкие породы хорошо разрушаются резанием и могут размываться струей воды под большим давлением.

Породы средней крепости режутся с трудом, для их отделе­ния от массива требуется применение буровзрывных работ. В крепких породах отбойку ведут буровзрывным способом.

Большое влияние на устойчивость рудного массива и вме­щающих пород оказывают трещиноватость и вязкость. От строения и крепости руды зависят крупность и количе­ственное соотношение отбитых кусков (кусковатость).

Характеристика отбитой руды по процентному содержанию в ней кусков различных размеров выражается гранулометрическим составом: 0—100 мм —рудная мелочь; 100—300 мм —ру­да средней крупности; 300—600 мм —крупнокусковая; свыше 600 мм —весьма крупная.

Кондиционным куском руды принято называть кусок с мак­симально допустимым по параметрам применяемого оборудо­вания размером от 300 до 700 мм. Куски руды, превышающие кондиционные размеры, называют негабаритами.

Руды, содержащие один полезный компонент, называют про­стыми, несколько компонентов—полиметаллическими. Простые руды: железные, марганцевые, медные, золо­тые и др. Полиметаллические: свинцово-цинковые, вольфрамо-молибденовые и др.

По ценности руды делят на богатые (высокосортные), сред­ней ценности (рядовые) и бедные (низкосортные).

Минимальное содержание полезных компонентов, которое принимают за основу при установлении промышленного кон­тура залежей, называется бортовым содержанием.

Анализ мировой минерально-сырьевой базы показывает, что основная часть разведанных запасов (до 70 %) почти по всем металлам представлена в настоящее время рудами средней ценности и бедными. Как правило, месторожде­ния бедных руд являются более крупными по запасам, особенно в сравнении с богатыми. При разделении руд по ценности ру­ководствуются существующими промышленными кондициями и сложностью технологии их обогащения.

Таким образом, ценность руд определяется содержанием в них полезных компонентов, наличием вредных примесей, обогатимостью и др.

Различают валовую и извлекаемую (промышленную) цен­ности руды. Валовая ценность определяется стоимостью полезных ком­понентов, содержащихся в 1 т руды.

Извлекаемая ценность определяется стоимостью полезных компонентов, извлеченных из 1 т руды в результате добычи и переработки.

Ценность руды — понятие относительное, оно меняется со временем. Например, изменение технологического процесса обо­гащения, приводящее к увеличению извлечения, может значи­тельно повысить ценность руды. Ценность руды меняется так­же в зависимости от изменения цен на рынках минерального сырья.

Геологические запасы разделяют на балансовые н забалансовые.

Балансовые запасы—это запасы, которые удовлетворяют промышленным кондициям. Забалансовые запасы вследствие низкого содержания по­лезного компонента непригодны для использования в настоя­щее время.

В балансовые запасы включают промышленные запасы, под­лежащие извлечению. В процессе разработки часть промыш­ленных запасов теряется, эти потери называют эксплуатаци­онными.

Кроме руды, при разработке полезных ископаемых извлека­ют пустые породы. Часть их выдается на поверхность отдель­но, а часть, смешиваясь с рудой в процессе выемки,—совме­стно.

По степени изученности месторождения и его частей геоло­гические запасы в нашей стране подразделяют на пять категорий: А₁, А₂ , В₁, С₁, С₂. Наи­более изученными по составу и технологическим свойствам, полностью оконтуренными горными выработками являются за­пасы категорий А₁ и А₂ .

Запасы категории В₁ оконтурены горными выработками и скважинами и изучены менее детально. Запасы категории С₁ примыкают к запасам категорий А и В, которые установлены на основе редкой сети скважин или отдельных горных выработок и в технологическом отношении изучены только предварительно.

Запасы категории С₂ подсчитываются на основании отдель­ных скважин, общего геологического прогноза и геофизических данных.

Разработка проектов горных предприятий и финансирова­ние их строительства могут производиться только на основе подсчета балансовых запасов категорий А+В+С, в ряде слу­чаев для сложных месторождений—на основе категорий В+С.

В процессе разработки месторождения часть его запасов теря­ется—остается в недрах неизвлеченной или поступает на по­верхность в отвалы вместе с породой. Потери 2—3% разведан­ных запасов неизбежны при любом способе разработки. Обыч­но потери полезного ископаемого в процессе разработки состав­ляют до 10%.

Кроме потерь при добыче происходит снижение качества добытого полезного ископаемого вследствие примешивания к нему вмещающих пород — разубоживание.

Потери ведут к росту затрат на разведку, подготовку и очи­стную выемку, а также к недополучению прибыли от потерян­ной части полезного ископаемого и к сокращению срока суще­ствования рудника .

Разубоживание вызывает рост непроизводительных за­трат на добычу, транспортирование и переработку пустой по­роды, увеличение потерь полезного компонента при переработ­ке разубоженной руды.

На горных предприятиях применяют два основных метода определения величины потерь: косвенный метод, основанный на определении потерь расчетным путем,—по разности между величиной погашенных (отработанных) балансовых запасов и количеством извлеченного полезного ископаемого; прямой ме­тод, основанный на непосредственных измерениях величины потерь по видам их образования (в процессе добычи, перера­ботки) .

Косвенный метод по сравнению с прямым имеет низкую достоверность—возможные относительные ошибки в определе­нии величины потерь могут достигать 50 %. Он позволяет оп­ределять только суммарные потери за сравнительно большие промежутки времени.

Для подсчета потерь и разубоживания необходимо иметь расчетные показатели по подлежащим выемке балансовым за­пасам руды, количеству фактически добытой руды и примешан­ной к ней породы; содержанию полезных компонентов в пога­шенных балансовых запасах н добытой руде.

К основным показателям, характеризующим полноту использования запасов недр, относят показатели изменения ка­чества руды и показатели полноты извлечения полезных ископаемых при добыче.

Одним из факторов, показывающим снижение качества по­лезного ископаемого, является коэффициент разубоживания Р, который принято выражать отношением количества примешан­ной породы В к общему количеству добытой рудной массы Д

.

Величина Д включает добытое из недр полезное ископаемое, примешанные при добыче забалансовые запасы и породу

,

где Б_п - количество потерянных балансовых запасов;

В - количество примешанных вмещающих пород.

Определить количество примешанной породы можно не всегда, поэтому величину разубоживания обычно выражают через снижение содержания полезного компонента в добытой руде по сравнению с содержанием в балансовых запасах. Тог­да коэффициент разубоживания определяют по формуле

,

где с и а - содержание полезного компонента соответственно в балансовых запасах месторождения и в добытом полезном ис­копаемом.

Определенные по приведенным формулам значения Р рав­ны, если примешанная порода не содержит полезного компо­нента.

Для полезных ископаемых, ценность которых определяется не содержанием полезных компонентов, а другими показателя­ми качества (например, для строительных материалов), коэф­фициент изменения качества равен отношению валовой ценно­сти 1 т добытого полезного ископаемого, к валовой ценности 1 т балансовых запасов месторождения.

Это отношение удобно также для выражения коэффициента изменения качества многокомпонентных руд и комплексных по­лезных ископаемых, если затруднен перевод содержания раз­личных компонентов в условное содержание основного компо­нента.

Коэффициент потерь руды при добыче принято выражать отношением количества потерянных балансовых запасов Б_п количеству погашенных Б

.

Потери металла характеризуются коэффициентом потерь металла

,

где с_п - содержание металла в потерянных запасах.

Открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых заключается в разработке горных пород и полезного ископаемого, слагающих месторождение, последовательными слоями с земной поверхности.

Совокупность горных выработок, образованных в процессе открытой разработки месторождений полезных ископаемых, носит название карьера (разреза)

Месторождение ( или часть его), разрабатываемого одним карьерным полем, называют карьерным полем.

Горные работы по выемке и удалению пород, покрывающих или вмещающих полезное ископаемое, открывающих к нему доступ, называются вскрышными работами.

Горные работы по извлечению полезного ископаемого называются добычными работами.

Разработка месторождения в границах карьерного поля производится горизонтальными слоями, поэтому профиль карьера имеет ступенчатую форму.

Слой толщи горных пород, разрабатываемый самостоятельными средствами рыхления, выемки и транспорта, называется уступом .

Часть уступа по высоте, разрабатываемая самостоятельными средствами рыхления и погрузки, но обслуживаемая транспортом, общим для всего уступа, называется подуступом.

Основными элементами уступа являются: площадки, о т к о с, бровки, забой.

Часть уступа по ширине, разрабатываемая средствами выемки и транспорта, называется заходкой. Торец или фронтальная часть заходки, являющиеся объектами горных работ, называются забоем. При разработке уступа несколькими выемочио-погрузочными комплексами заходка делится на отдельные блоки.

Совокупность площадок и откосов всех уступов образует борт карьера. Различают рабочий борт, на котором производятся вскрышные и добычные работы, и нерабочий борт, на котором горные работы закончены.

Площадки уступов, на которых располагается выемочпо-погрузочное и транс­портное оборудование, называются рабочими площадками. Для повышения устойчивости нерабочего борта карьера и задержания осыпающейся породы между уступами оставляются площадки - предохранительные бермы . Если на бермах размещаются транспортные коммуникации, то их называют транспортными бермами.

Угол, образованный линией откоса борта карьера и проекцией этой линии на горизонтальную плоскость, называется углом откоса борта карьера.

Вскрытие карьерного поля осуществляется в период строи­тельства карьера с помощью капитальных траншей. Для создания первоначального фронта горных работ на уступе и размещения горного и транспортного оборудования проходят разрезные траншеи.

Открытая разработка месторождений полезных ископаемых имеет следующие преимущества перед подземной: более высокая безопасность труда; производительность труда значительно выше, а себестоимость добычи 1 т полезного ископаемого на­много ниже, чем при подземных разработках; лучшие технико-экономические показатели: сроки строительства карьеров мень­ше сроков строительства подземных рудников равной произво­дительности, более высокие качественные показатели разработ­ки месторождений и более полное извлечение полезного иско­паемого из недр, более благоприятные условия для ведении селективной добычи полезного ископаемого.

Основными недостатками открытых горных работ являются: наносимый ущерб окружающей среде, связанный с необходимо­стью отчуждения значительных земельных площадей: воздушного и водного бассейнов районов разрабатываемых месторождений; зависимость от климатических и метеорологи­ческих условий; необходимость вложения больших капитальных затрат п короткие сроки при строительстве глубоких ( свыше 800 м) карьеров.

Деятельность горнодобывающей промышленности харак­теризуется непрерывным увеличением доли открытых разрабо­ток.

ЭТАПЫ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Разработка месторождений открытым способом делится на следующие этапы: подготовка поверхности карьерного поля — вырубка леса и корчевка пней, отвод русел рек и ручьев за преде­лы карьера, снос зданий и сооружений, перенос шоссейных и же­лезных дорог, линий электропередачи и т.п. ; горно-капитальные работы в период строительства карьера заключаются в проведении капитальных траншей для обеспечения транспортного доступа к рабочим горизонтам карьера и разрезных траншей для создания первоначального фронта горных работ, удалении не­которого объема вскрышных пород для вскрытия запасов полез­ного ископаемого перед пуском карьера в эксплуатацию; горно-­подготовительные работы в период эксплуатации карьера - в проведении горных выработок для вскрытия очередного рабо­чего горизонта; вскрышные и добычные работы.

Подготовка поверхности и осушение месторождения, горно-капитальные и горно-подготовительные работы выполняются последовательно в период строительства карьера. В период экс­плуатации горно-подготовительные и вскрышные работы выпол­няются параллельно с добычными, опережая их в пространстве и времени.

Горно-подготовительные, горно-капитальные, вскрышные и добычные работы выполняются по определенной технологической схеме, включающей следующие производственные процессы: подготовка горных пород к выемке; выемочно-погрузочные работы; перемещение горной массы: разгрузка и складирование полезного ископаемого; отвалообразование.

Разнообразие горно-геологических условий месторождении требует различной механизации и технологии открытых горных работ.

Технология открытой разработки—совокупность горных ра­бот и производственных процессов, обеспечивающих безопас­ную и экономичную добычу полезных ископаемых. В зависимости от применяемых средств механизации технология открытой разработки месторождений может быть: непрерывной (поточной), когда все технологические процессы выполняются непрерывно; цикличной, когда технологические процессы выполняются в последовательном повторении рабочих и холостых ходов; комбинированной (циклично-по­точной), если в комплексе машин, выполняющих производст­венные процессы, используются машины цикличного и непре­рывного действия.

Технология с использованием роторных (цепных) экскавато­ров и конвейерного транспорта называется непрерывной; с применением одноковшовых экскаваторов, фронтальных погрузчиков н колесных видов транспорта—цик­личной; при сочетании выемочно-погрузочных средств цик­личного действия, грохотильно-дробильных агрегатов с конвей­ерным транспортом —циклично-поточной.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КАРЬЕРОВ

КОЭФФИЦИЕНТЫ ВСКРЫШИ И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Добыча полезных ископаемых открытым способом сопровожда­ется удалением из контуров карьера определенного объема вскрышных пород. Количество вынимаемой пустой породы, приходящееся па единицу добываемого полезного иско­паемого, называется коэффициентом вскрыши. В зави­симости от единиц измерения различают коэффициенты вскрыши объемные ( м³ / м³ ) ; весовые ( т / т ); смешанные ( м³ / т ).

В практике проектирования и эксплуатации карьеров наи­более широко используют коэффициенты вскрыши: средний, эксплуатационный, текущий, контурный и граничный.

Средним коэффициентом вскрыши k_ср называется отноше­ние общего объема пустых пород в конечных контурах карьера V_в к отрабатываемым запасам полезного ископаемого V_и в этих же контурах:

, м³ / м³

Эксплуатационный коэффициент вскрыши выража­ет отношение объемов пустых пород V_в^с к запасам полезного ископаемого V_и^с отрабатываемым за период эксплуатации карьера:

, м³ / м³

Текущий коэффициент вскрыши выражает отношение объема пустых пород V_тв к запасам полезного ископаемого V_ти , отрабатываемым в определенный период времени (год, квартал, месяц)

, м³ / м³

Контурный коэффициент вскрыши определяет отноше­ние объемов пустых пород SDV_в к извлекаемым запасам полез­ного ископаемого SDV_и , прирезаемым к карьеру при расшире­нии его контуров в плане или при его углублении

, м³ / м³

Граничным коэффициентом вскрыши называется мак­симально допустимый коэффициент вскрыши по условиям эко­номичности открытых горных работ на данном месторождении. Он определяет максимально допустимый объем вскрыши, кото­рый может быть удален из карьера для добычи единицы полез­ного ископаемого. Величина граничного коэффициента вскрыши определяется па основании сравнения допустимой себестоимости полезного ископаемого С_д и полной себестоимости полез­ного ископаемого при открытом способе разработки месторож­дения С_п.

Себестоимость полезного ископаемого, добытого открытым способом, руб. / м³

,

где З_д — затраты на добычу полезного ископаемого (без учета затрат на вскрышные работы), руб. / м³ ; З_в — затраты на выемку пустых пород, руб. / м³;

k_в — коэффициент вскрыши, м³ / м³ .

Экономичность открытого способа разработки месторожде­ния обеспечивается, если С_п £ С_д . При С_п = С_д k_в = k_г . В этом случае граничный коэффициент вскрыши

,

При определении граничного коэффициента вскрыши в качестве допустимой себестоимости может приниматься прогнозируемая цена полезного ископаемого на рынках минерального сырья или полная себестоимость подземной разработки данного месторождения.

СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Подготовка горных пород к выемке производится в целях обеспечения безопасности горных работ, необходимого качества добываемого сырья, технической возможности и наилучших ус­ловий применения средств механизации последующих процес­сов. Подготовка включает: обеспечение устойчивости откосов уступов; осушение горных пород, подлежащих извлечению в данный период разработки; разупрочнение и изменение их агрегатного состояния; разрушение (разрыхление) породного массива и другие виды воздействия на горные породы для об­легчения их выемки.

Подготовка к выемке может осуществляться механическими способами (исполнительными органами горных машин), гидрав­лическими способами (нагнетанием, насыщением водой, рас­творением) , физическими способами (электромагнитным н термическим воздействием), химическим, комбинированными и взрывным способами. Выбор способа подготовки горных пород к выемке зависит прежде всего от вида, агрегатного состояния и свойств пород в массиве, мощности предприятия, наличных технических средств, предъявляемых требований к качеству добываемого сырья, а также от природных условий ведения работ. Затраты на подготовку к выемке составляют от 5 до 40 % общих затрат на горные работы.

Выемка мягких, песчаных н естественно мелкоразрушенных пород успешно производится всеми видами выемочно-погрузоч­ного оборудования. При этом подготовка совмещена с выемкой и производится одними и теми же средствами механизации.

Выемка плотных пород также может осуществляться непо­средственно из массива выемочными машинами с повышенными усилиями копания. Если усилия, развиваемые выемочными ма­шинами, недостаточны, производится подготовка таких пород к выемке, которая заключается в их предварительном механи­ческом рыхлении или взрывании на сотрясение. В мерзлом со­стоянии эти породы только при небольших отрицательных тем­пературах могут разрабатываться непосредственно выемочными машинами с повышенными усилиями копания. Как правило, в этих условиях требуется подготовка к выемке механическим или взрывным способом или предварительное оттаивание. Используются также методы предохранения пород от промерзания.

Подготовка горных пород к выемке в зимних условиях включает комплекс мероприятий по предотвращению промерзания пород, рыхле­нию мерзлых пород и приведению их в талое со­стояние (оттаивание). Для предохранения пород от промерзания используют вспашку, глубокое рыхление и боронование поверхности разра­батываемого зимой слоя, создают над ним снеговой или искус­ственный льдовоздушный покров, а также утепляют поверхность теплоизоляционными материалами или устраивают специаль­ные навесы и тепляки, производят химическую обработку по­род. Выбор способа предохранения определяется в первую оче­редь глубиной промерзания пород, которая зависит от темпе­ратуры воздуха, длительности промерзания, направления и скорости ветра, а также от свойств и состояния горных пород.

Вспашка, рыхление и боронование поверхности позволяют уменьшить теплопроводность породы благодаря образованию в ней рыхлого слоя. Вспашку и рыхление производят специаль­ными плугами или рыхлителями па глубину 0,3 - 0,4 м, а боро­нование—на глубину до 0,2 м. Применяют также глубокое (на 1—1,8 м и более) рыхление пород экскаваторами, что умень­шает глубину их промерзания в 2—3 раза. Часто производят снегозадержание посредством снежных ва­лов или снегозадерживающих щитов, ряды которых распола­гают перпендикулярно к господствующему направлению ветра на расстоянии друг от друга не более 15-кратной высоты вала. За зимний период щиты переставляют 2 — 5 раз. Для снегоза­держания на площади 1 га требуется 60—100 щитов. Тепло­изоляционные свойства снега иногда улучшают путем периоди­ческого дождевания его поверхности. Создаваемый ледяной по­кров препятствует конвекции.

Для предохранения от промерзания россыпей площадь, об­валованную бульдозерами (высота вала до 1,5 м), осенью за­ливают слоем воды 0,8—1,5 м для создания ледяного покрова. При глубине промерзания более 0,6—0,8 м необходимо утеп­лять породу дополнительно теплоизоляционными материалами: мхом, опилками, шлаком, углем, минеральной ватой, минераль­ным войлоком и др.

В связи с постепенным увеличением в зимний период глу­бины промерзания пород при определении толщины слоя утеп­лителя должно учитываться время разработки блока уступа. Применение искусственных утеплителей позволяет свести до минимума, а иногда и совсем предотвратить промерзание гор­ных пород. Предварительное рыхление пород экскаваторами на глубину до 1,2 м, боронование па глубину 0,15 м и утепление площадок и откосов уступов слоем некондиционного угля тол­щиной 0,15—0,2 м позволяет на карьерах уменьшить промерзание пород в 3,5—4 раза и обеспечить работу многоковшовых экскаваторов на вскрышных уступах в зимний период. Известны случаи утепления уступов в песчано-гравийных породах и глинах, промерзающих на глу­бину 2,5—3 м, слоем пенопласта толщиной 0,2—0,25 м, а также вскрышными породами.

Для предохранения от промерзания как мягких, так и раз­рушенных пород в настоящее время применяются пенолед и за­мороженная пена. Для получения пены могут быть использованы алкидсульфат, вода и сжатый воздух. Слой замороженной при температуре ниже -15°С пены толщиной 0,15—0,2 см, рав­номерно наносимый с помощью пеногенераторной установки на поверхность любой конфигурации, затем дополнительно еще 3—5 раз покрывают пеной для образования защитной пенистой корки льда толщиной 3—4 мм.