Комплексна механізація відкритих гірничих робіт

Комплекси обладнання технологічних потоків класифікують за наступними ознаками:

– за складом обладнання: повний комплекс (у складі якого є всі основні та допоміжні машини) та неповний комплекс (відсутня частина основних чи допоміжних машин, або деякі ланки технологічного процесу взагалі не механізовані);

– за характером роботи: циклічний, поточний або циклічно-поточний комплекс;

– за транспортом: комплекс з одним видом транспорту або з кількома видами транспорту.

Основні вимоги, що пред’являються до комплексів обладнання:

1. До комплексу обладнання повинні входити лише машини, паспортні характеристики яких відповідають гірничо-технологічним характеристикам порід при виконання кожного процесу (їх буримість, підриваємість та ін.).

2. Комплекс обладнання повинен відповідати кліматичним та гірничо-геологічним умовам розробки (заляганню, структурі покладу, обводненості, топографічним умовам та ін.), а гірничо-транспортні машини повинні в однаковому ступені забезпечувати можливість виконання технологічних процесів при зміні гірничо-геологічним умов робіт, складності розробки порід та якості корисної копалини.

3. Комплекс обладнання повинен відповідати прийнятим системам розробки та розкриття, розмірам та формі кар’єру, його потужності, терміну будівництва та експлуатації, організаційним умовам ведення гірничих робіт, а також засобам механізації, які встановлюються у споживачів сировини (на дробарній або збагачувальній фабриці, складі та ін.).

4. Чим менша кількість діючих машин та механізмів входить до складу комплексу, тим надійніша, продуктивніша та економічніша його робота.

5. Окремі машини та механізми за своїми параметрами повинні відповідати один одному (висота навантаження та розвантаження, співвідношення геометричної місткості, динамічні навантаження та інше), як правило повинні бути типовими та серійними, щоб була можлива заміна. При унікальних умовах гірничих робіт або специфічних умовах залягання покладу можливі варіанти, коли використання стандартного обладнання не забезпечує потрібного ефекту – тоді можливе використання несерійного спеціального обладнання.

6. Коефіцієнт резерву потужності та технічної продуктивності окремих машин порівняно з середніми показниками їх роботи повинні бути не менше 1,2-1,3 (для м’яких порід) та не більше 1,5-1,7 (для скельних та різнорідних порід).

7. Комплекси по можливості потрібно забезпечувати машинами та механізмами безперервної дії.

8. По можливості слід віддавати перевагу одній потужній машині замість кількох машин меншої потужності, але за умови повного використання її потужності та продуктивності. В іншому випадку більша енерго- та металоємність високопродуктивної потужної машини порівняно з показниками роботи машин меншої потужності може погіршити показники її роботи.

9. Машинами, які визначають інші елементи всього комплексу є, як правило, виймально-навантажувальні та транспортні засоби; при розробці порід, які дуже складно розробляються, обмежувати роботу всього комплексу можуть бурові станки; у більшості випадків продуктивність обмежується можливостями кар’єрного транспорту.

10. Слід віддавати перевагу комплексам обладнання, при використанні яких мінімальна кількість трудомістких та слабкомеханізованих допоміжних процесів та операцій. Комплектація засобів механізації допоміжних робіт та процесів повинна забезпечити мінімальний час на їх виконання.

11. Будь-які комплекси обладнання повинні повністю задовольняти вимогам безпеки гірничих робіт, забезпечувати повноту вилучення запасів корисної копалини з надр, потрібну якість продукції та можливість комплексного використання всіх видів та сортів корисної копалини.

Комплекси обладнання поділяють на ланки відповідно виконуваним процесам:

- ланка підготовки порід до виймання (ЛПВ);

- ланка виймання та навантаження (ЛВН);

- ланка транспорту: потокового (ЛПТ), циклічного (ЛЦТ), циклічно-потокового (ЛЦПТ);

- ланка відвалування та складування (ЛВС);

- ланка проміжного складування та перевантаження (ЛПС);

- ланка попередньої переробки (ЛПП).

Будова ланки механізації залежить від кількості та способу взаємодії машин, які входять до її складу. Ланка може включати одну або кілька одиниць обладнання (екскаваторів, конвеєрів, потягів, автосамоскидів та ін.).

Структурна лінія – ланцюг послідовно з’єднаних машин одної ланки механізації. При зупинці будь-якої машини, яка входить до складу лінії, зупиняється вся лінія.

Однолінійну (послідовну) структуру має ланка, що складається з однієї структурної лінії, яка включає одну або кілька одиниць обладнання.

При наявності кількох структурних ліній в ланці вони можуть не з’єднуватись між собою, тобто бути паралельними, або з’єднуватися, тобто бути паралельно-послідовними.

Паралельна структура є типовою для ланок, які включають кілька бурових станків, екскаваторів, скреперів, автосамоскидів, потягів, коли кожна одиниця обладнання є окремою структурною лінією та зупинка обладнання є окремою структурною лінією та зупинка в загальному випадку не призводить до зупинки лінії, а лише зменшує продуктивність ланки.

Паралельно-послідовна (розгалуджена) структура ланки характерна при об’єднанні та розділенні вантажопотоків за допомогою засобів конвеєрного транспорту. У цьому випадку зупинка однієї з паралельно з’єднаних ліній призводить до зменшення продуктивності ланки. Ступінь впливу зупинки однієї з паралельно з’єднаних ліній призводить до зменшення продуктивності ланки. Ступінь впливу зупинки однієї з послідовно з’єднаних ліній залежить від кількості та місця положення в ланці.

Якщо до складу комплексу входить виймальне обладнання неперервної дії, то комплекси називають виймальними, а при виймальному обладнанні циклічної дії – екскаваторними. При цьому розкривні комплекси обов’язково оснащають обладнанням для механізації відвальних робіт, а добувні комплекси – засобами механізації розвантажувальних або складських робіт.

Комплекси кар’єрного обладнання поділяють на шість класів (за В.В. Ржевським):

а) Розкривні комплекси:

Виймально-відвальний комплекс (ВВК) – використовують при розробці горизонтальних та пологих родовищ з переміщенням м’яких порід у вироблений простір консольними відвалувачами та транспортно-відвальними мостами. Виймання здійснюють роторними або ланцюговими екскаваторами.

Екскаваторно-відвальний комплекс (ЕВК) – призначений для перевалювання м’якого та скельного розкриву у вироблений простір при розробці горизонтальних та пологих родовищ. Виймання здійснюють розкривними механічними лопатами або драглайнами. Можливе також використання колісних скреперів.

Виймально-транспортно-відвальний комплекс (ВТВК) – призначений для виймання та доставки м’яких порід у відвали. Виймання здійснюється роторними та ланцюговими екскаваторами, скельними комбайнами, стругами та іншим спеціальним обладнанням. Транспортування конвеєрами, авто- та залізничним транспортом.

Екскаваторно-транспортно-відвальний комплекс (ЕТВК) – включає до свого складу циклічні (одноковшеві) екскаватори та всі види транспорту і є найбільш універсальним та завдяки цьому найбільш розповсюдженим.

Оскільки у собівартості розкриву найбільші витрати – це транспортування порід до відвалів, то для проведення розкривних робіт в першу чергу розглядають комплекси ВВК та ЕВК, при яких відвантаження породи у відвал здійснюється екскаваторами або самостійно або в поєднанні з відвальним обладнанням, тобто без використання транспорту. Якщо ж, в зв’язку з великою потужністю розкриву, це виключено – використовують комплекси ВТВК або ЕТВК.

б) Добувні комплекси:

Виймально-транспортно-розвантажувальний (ВТРК) – окрім виймальної (безперервної) та транспортної техніки включають до свого складу розвантажувальне, приймальне, сортувальне обладнання. При цьому доставка м’яких порід здійснюється конвеєрами, а скельних порід – авто- або залізничним транспортом.

Екскаваторно-транспортно-розвантажувальний (ЕТРК) – те ж що й попередній клас комплексів, але з циклічними екскаваторами.

Формування комплексів починають з вибору типу виймально-навантажувального обладнання з врахуванням масштабу гірничих робіт, гірничотехнічних властивостей масиву, гірничогеологічних умов, а для транспортних технологічних схем також відстані транспортування і поздовжній похил підйомів, що доведеться долати. Остаточний висновок про структуру комплексу приймається лише на основі техніко-економічного оцінювання різних варіантів.

Для вибору конкурентоспроможних варіантів пропонуються наступні рекомендації:

Раціональні поєднання обладнання у безтранспортних
і транспортно-відвальних технологічних схемах

Раціональні поєднання місткості ковша екскаваторів
та вантажопідйомності самоскидів

Раціональні поєднання місткості ковша екскаваторів
та вантажопідйомності залізничних думпкарів

Окремо визначають обладнання для підготовки гірської породи до виймання.

Якщо породи належать до виймання колісними скреперами або бульдозерами з місткістю ковша до 3 м³, можливе використання механічних розпушувачів. При цьому потужність базового тягача змінюється залежно від міцності та тріщинуватості порід.

Для скельних порід виймання, як правило, здійснюють екскаваторами та підготовка ведеться буровибуховими роботами. В такому випадку до складу комплексів входять також бурові станки, зарядні та забійні машини. При цьому потужному екскаватору, який дозволяє вантажити куски гірничої маси великої крупності, повинні відповідати станки з долотами великого діаметру.

Раціональні поєднання екскаваторів та бурових станків

Основним завданням, яке забезпечує кінцеву мету технології відкритої розробки, є узгодження комплексу гірничих та допоміжних робіт з порядком використання та розстановкою обладнання. Його вирішення зводиться до встановлення оптимальної послідовності виконання у часі та просторі всіх бурових, вибухових, екскаваторних, транспортних, відвальних та пов’язаних з ними допоміжних робіт, а також до визначення необхідної кількості гірничого обладнання.

Виконання робіт можна проводити за закритим циклом (коли гірничі машини та обладнання жорстко закріплені один за одними) та за відкритим циклом (без закріплення).

Буровибухові роботи. При закритому циклі скорочуються перегони бурових станків, спрощується організація робіт на уступі завдяки безперервній послідовності їх виконання. Але при цьому потрібно дотримуватися суворої взаємної відповідності продуктивності бурових станків та екскаваторів.

При відкритому циклі можлива більш гнучка організація праці та підвищення продуктивності бурового та виймально-навантажувального обладнання. Але значно частіше здійснюють перегони станків з уступу на уступ, підключення та відключення від електромережі та інші невиробничі операції, які знижують ступінь використання бурових станків.

Комбіновану організацію слід використовувати, якщо продуктивність одного або групи станків значно відрізняється від потрібної.

При розробці скельних і напівскельних порід екскаваторні блоки зазвичай ділять на окремі робочі блоки, в кожному з яких послідовно виконують окремі процеси. Кожен блок довжиною 120-250 м знаходиться в одному з станів: очікування робіт (в резерві); підготовки до буріння (планування майданчиків, заїздів та ін.); буріння; підготовки до вибуху (зарядка і забійка свердловин) і підривання; екскавації породи. При цьому можливі переходи з одного стану в інший.

При послідовному обурюванні й підриванні робочих блоків буріння чергового блоку починають лише після підривання попереднього. Дану схему застосовують при відсутності достатнього запасу підірваної породи і при обмеженому фронті робіт. Недоліки схеми: необхідність відгону бурових верстатів при підриванні і жорсткий взаємозв'язок між бурінням і екскавацією.

При відставанні бурових робіт підривають неповністю оббурений блок, при цьому блок починають бурити від кордону з підірваним раніше блоком. При достатньої надійності бурових робіт буріння блоку ведуть у зворотному порядку - до кордону з вибухом - так що простої на початку буріння блоку дозволяють сумістити зворотний перегін верстата перед наступним вибухом з розбурювання свердловин.

При бурінні з випередженням на один блок, наявність проміжного блоку (між оббурюваним і підірваним блоками) дозволяє збільшити запас підірваної породи, ліквідувати додаткові перегони верстатів при підриванні, простої їх при вторинному підриванні та ін. Ця схема при достатньому фронті робіт ефективніше, особливо в зимовий час. У весняний період прагнуть звести до мінімуму запас пробурених свердловин.

На кар'єрах з вузькими робочими майданчиками, де вибух одного блоку веде до зупинки гірничих робіт на сусідніх уступах, застосовують каскадні вибухи, тобто підривають блоки відразу на трьох - чотирьох уступах. Такий порядок буропідривних робіт забезпечує певні переваги у використанні гірничого обладнання, але збільшує взаємозв'язок виробничих процесів і виникаючі при цьому недоліки.

Виймально-навантажувальні, транспортні та відвальні роботи. Робота екскаваторів, рухомого складу та відвального устаткування утворює єдиний вантажно - транспортно - відвалювальний процес, що вимагає великої чіткості виконання і постійного взаємного узгодження всіх операцій.

При закритому циклі за кожним екскаватором протягом зміни закріплюють певне число потягів або автомашин. При тривалій зупинці екскаватора, необхідності перевезень тільки корисної копалини та інших затримках рухомий склад перерозподіляють на інші екскаватори, а при виконанні допоміжних робіт рухомий склад може простоювати. У свою чергу, через нерівномірний рух транспорту, особливо залізничного, можуть простоювати екскаватори. Тому закритий цикл при залізничному транспорті застосовують не часто, як правило для обслуговування невеликого числа екскаваторів.

При відкритому циклі транспорт закріплюють протягом зміни за кількома або всіма екскаваторами технологічного комплексу. При під'їзді до кар'єру транспортні засоби направляють до того забою, де навантаження їх може бути проведена з найменшими втратами часу. У цьому випадку за рахунок зниження організаційних простоїв підвищується коефіцієнт використання і продуктивність екскаваторів, зменшується число транспортних засобів, що одночасно знаходяться на лінії.

ЛЕКЦІЯ 14

Класифікація родовищ корисних копалин, як об’єктів відкритої розробки.

За галузевою ознакою розрізняють відкриту розробку вугільних і рудних родовищ, покладів будівельних гірських порід, цементної та гірничохімічної сировини, дорогоцінного каміння та ін.

Розроблювані відкритим способом родовища корисних копалин залягають у надто різноманітних умовах, які можна класифікувати за формою покладу та геометричними ознаками.

Для родовищ твердих корисних копалин можуть бути виділені три переважні форми покладів: ізометричні, плоскі та витягнуті в одному нап­рямку.

1. Ізометричні тіла корисних копалин являють собою скупчення мінеральної речовини ендогенного походження, приблизно рівновеликі у всіх вимірах. Прикладом такої форми залягання можуть бути поклади гранітів, гранодіоритів, базальтів; штоковидні родовища кам’яної солі, мідної та залізної руди тощо.

2. Плоскі тіла корисних копалин характеризуються двома протяжними та одним коротким розмірами. Їх представниками є пласти, лінзи, дайки і жили.

а) Пласти найбільш типові для осадових родовищ руди, вугілля і нерудних корисних копалин. Основними елементами пластів є довжина за простяганням, кут падіння та глибина залягання, а також потужність пласта.

б) Лінзи - геологічні тіла лінзовидної форми, тобто такі, що виклинюються по всіх напрямках. Звичайно товщина лінзи в порівнянні з її протяжністю невелика.

в) Дайки і жили являють собою групу тіл магматичного походження, що пов'язані з розколинами у земній корі. Це плоскі тіла невеликої потужності відносно дов­жини, які залягають переважно вертикально чи круто. Вони досить часто мають нерівномірний розподіл мінералів, що ха­рактеризуються послідовною зміною збагачених і бідних компонентів. Такі багаті ділянки у тілі жили називають рудними стовпами.

3. Витягнуті по одній осі тіла корисних копалин називаються трубами, трубками чи трубоподібними покладами. Кут їх до горизонту може складати від 90⁰ у вертикальних, до 0⁰ у горизонтальних, а потужність – від 100 до 1000 м. Прикладом таких родовищ можуть бути кімберлітові трубки.

Родовища КК можна також систематизувати за деякими характерними геометричними ознаками:

1. За кутом падіння відносно горизонтальної поверхні розподіляють поклади:

– горизонтальні та пологі,що характеризуються заляганням переважно плоских тіл корисних копалин прямолінійно або ж хвилясто під загальним кутом основної частини родовища до 8...10⁰;

– похилі – з кутами падіння від 11 до 30°;

– крутоспадаючі –з кутами падіння більше 30°;

– складного залягання,що характерне дляантиклінальних і синклінальних складок та різних геологічних порушень. У більшості випадків воно визначається мінливим напрямком падіння покладів. Форма покладів і кут їх падіння обумовлюють розміри кар'єрних полів та їх елементи.

2. За потужністю поклади розподіляють залежно від можливості використання різноманітних технологічних засобів для видобування корисних копалин і числа уступів, що одночасно відпрацьовуються – для пологих родовищ або виїмкових захо­док – для похилих і крутоспадаючих.

При цьому виділяють поклади:

– надто малої потужності, коли нормальна потужність m (по перпендикуляру від покрівлі до ґрунту) менша за 4 м, а розробка ведеться спеціальною технікою одним уступом;

– малої потужності (m = 4...20 м); виїмка пологих родовищ ведеться одним уступом, а нахилених і крутих – однією заходкою;

– середньої потужності (m = 21...60 м); виїмка ведеться двома уступами, а нахилених і крутих – двома заходками;

– потужні(m = 61...90 м); виїмка ведеться трьома та більше уступами, а нахилених і крутих – трьома та більше заходками;

– надзвичайно потужні(m > 91 м).

Розподіл покладів за потужністю: а – пологих і похилих; б – кру­тонахилених і крутоспадних; 1,2,3,4,5,6 – відповідно надто малої потужності по корисних копалинах і покриваючих породах; малої потужності по корисних копалинах; середньої потужності по корисних копалинах; середньої потужності по корисних копалинах і покриваючих породах; потужних по корисних копалинах і покриваючих породах; mв, mг – вертикальна і горизонтальна потужність покладів

Наведена класифікація покладів за потужністю дає можливість поряд з міцністю порід попередньо оцінювати спосіб складування порід розкриву у виробленому просторі кар'єру або переміщення їх у зовнішні відвали, проводити вибір типу виймального обладнання та розміщення транспортних комунікацій для перевезення гірських порід. При цьому потужність порід розкриву приймається аналогічною значенням потужності покладів корисних копалин.

3. Рельєф поверхні родовища може бути: а) рівнинним; б) у вигляді схилу узгір'я; в) гористим; г) пагористим (пагорб); д) поклади можуть знаходитись під водою. Від рельєфу поверхні залежать порядок розкриття та розробки родовища та можливі способи розміщення порід розкриву у відвали.

4.Залежно відположення відносно рівня земної поверхні та глибини заляганнярозрізняють родовища:

а) поверхневого типу, ізометричні та пластоподібні пологі (горизонтальні), що безпосередньо виходять на поверхню або розміщені під наносами невеликої потужності (до 20-70 м). Це родовища будівельних порід, розсипи, значна частина вугільних та деяка частина рудних родовищ;

б) глибинного типу,які розміщені нижче рівня поверхні на 70..150 м або занурюються у надра на глибину 500... 800 м і більше. Переважно рудні, іноді вугільні родовища похилі та крутоспадаючі;

в) нагірного типу, коли родовище розташоване значно вище домінуючого рівня поверхні;

г) висотно–глибинного типу,якірозміщені частково вище та нижче домінуючого рівня поверхні. Руди, хімічна сировина, вугілля, будівельні породи;

д) підводні родовища, коли поклади розташовані під водою та покриваючі породи мають невелику потужність

Від положення родовища відносно домінуючого рівня земної поверхні залежать розміри кар'єрного поля, порядок його відробки та розміщення транспортних комунікацій.

5. Будова покладу може бути:

– простою з однорідним типом і якістю корисних копалин без суттєвих прошарків і включень пустих порід. У цьому випадку всі корисні копалини видобувають сумісно (валовий спосіб виймання);

– складною, коли поряд з якісними корисними копалинами зустрічаються неякісні, а також прошарки пустих порід. У цьому випадку гірничі роботи ведуться роздільно (селективно) з почерговим вийманням різнотипних порід.

– розосередженою, при якій корисні копалини різної якості та прошарки і включення пустих порід розміщені у надрах без чіткої закономірності і виявлення контактів між ними. Вибір валового або роздільного способу розробки корисних копалин виконується у процесі детальної розвідки родовища.

6. Якість корисної копалини у родовищі може бути розподілена:

– рівномірно, коли рівень видобуваних елементів у корисній копалині приблизно однаковий у межах покладу. У цьому випадку розробка валова або роздільна на різних частинах родовища ведеться незалежно без усереднення якості (керування якістю) корисних копалин;

– нерівномірно, коли рівень видобуваних елементів у корисній копалині змінюється за глибиною та площею родовища. У цьому випадку якість видобуваної корисної копалини усереднюється шляхом планового одночасного виймання у різних блоках кар'єру.

Визначені вище показники суттєво впливають на формування границь кар'єрного поля, вибір способів механізації та ведення гірничих робіт з економічною і продуктивною організацією транспортування корисних копалин та розміщенням порід розкриву у відвалах.

ЛЕКЦІЯ 15