Формирование схем вскрытия

Обоснование схем вскрытия карьерных полей является одним из сложнейших вопросов проектирования, который не поддается пока ни нормированию, ни формализации.

При углубочных системах разработки принятая схема вскрытия никогда не остается постоянной. Ее изменения связаны с работами по сооружению и устройству новых вскрывающих выработок и пунктов примыкания их к горизонтам, а также, при необходимости, и с переносом транспортных коммуникаций, ликвидацией старых выработок.

Интенсивность изменения схем вскрытия в первую очередь зависит от темпов подвигания фронта и понижения горных работ. Характер изменения – от создания новых временных трасс и ликвидации старых до перехода на другой способ вскрытия.

Для вскрытия наклонных и крутопадающих залежей широкое распространение получили внутренние траншеи с простой н сложной формой трассы, а также выработки смешанного заложения, когда верхние горизонты вскрыты внешними, а остальные – внутренними траншеями. Простая форма трассы съездов характерна для вскрытия горизонтов в карьерах глубиной до 60–100 м, разрабатывающих вытянутые залежи. Неизменное направление движения транспортных средств, простая конструкция раздельных пунктов на участках примыкания обеспечивают высокую пропускную и провозную способность трассы. Примыкание к рабочим горизонтам, как правило, на горизонтальных площадках.

Вскрытие тупиковыми внутренними траншеями (рис. 10.2) типично для комплексов с железнодорожным транспортом, когда размеры карьера в плане и его глубина не обеспечивают размещение на одном из бортов выработок с простой формой трассы. Для организации поточного движения поездов на уступах карьеров большой производственной мощности устраивают телескопические разъезды (рис. 10.2, б), ступенчатые (рис. 10.2, в) съезды, или прибегают к вскрытию парными системами траншей (рис.10.2, а).

Петлевые трассы обладают высокой пропускной способностью. Площадки для разворота транспортных средств размешают в выемке, на насыпи или частично на насыпи, частично в выемке (полувыемке-полунасыпи) (рис. 10.3). В последнем случае породы выемки используют для сооружения насыпи. Объем горных работ по сооружению площадок пропорционален кубу радиуса разворота и может достигать нескольких миллионов кубических метров. Поэтому петлевые съезды при железнодорожном транспорте применяют только в тех случаях, когда затраты на сооружение разворотных площадок окупаются экономией средств от увеличения скорости движения составов и уменьшения их простоев на пунктах примыкания. Такие трассы общеприняты для авто транспорта, причем площадки размещают чаще всего в торцах карьера, чтобы избежать выполаживания бортов значительной протяженности и связанного с этим увеличения объема вскрыши в контуре карьера

Округлые карьерные поля с устойчивыми бортами вскрывают траншеями со спиральной формой трассы. При стационарном ее устройстве подвигание фронта работ на уступах веерное. Чаще прибегают к вскрытию временными съездами при радиальном подвигании фронта от центра к флангам, так как такое развитие работ не ведет к ограничению числа рабочих уступов. Спиральная трасса формируется в стационарном положении постепенно, по мере отработки уступов.

Одним из основных технических направлений в проектировании глубоких и мощных карьеров, использующих железнодорожный транспорт, при равнинном рельефе поверхности является вскрытие внешними траншеями глубокого заложения (Н_т = 50–100 м). Фланговое их расположение позволяет устраивать стационарные коммуникации на нерабочем борту и прямые заезды на горизонты рабочего борта. Число траншей должно быть не меньше двух, а их транспортные коммуникации необходимо соединять на некоторых горизонтах и, что особенно важно, с общим разъездом (станцией), размещенным внутри карьера. Глубина каждой из траншей должна быть разной, чтобы осуществить охват по возможности большей части рабочей зоны и сократить внутрикарьерные перевозки горной массы [20].

Вскрытие горизонтов нагорных карьеров имеет следующие отличительные особенности. Обычно применяют отдельные и групповые внешние полутраншеи. Горизонты, объединенные одним транспортным выходом, соединяют между собой наклонными съездами. В стесненных условиях наиболее приемлемы общие внешние полутраншеи со сложной формой трассы, которые связаны с рабочими горизонтами соединительными горизонтальными полутраншеями. Для вскрытия глубинных зон используют системы автомобильных спирально-петлевых и железнодорожных спирально-тупиковых выработок. При сильно пересеченном рельефе района разрабатываемого месторождения целесообразны схемы вскрытия подземными выработками: стволами, рудоспусками, штольнями. Применяют также схемы вскрытия системами выработок для комбинированных автомобильно-конвейерного или автомобильно-скипового и железнодорожного видов транспорта [20].

Переход на транспортно-гравитационные или гравитационно-технологические схемы предусматривает отказ от перевозок по склону горы. Дорогу на склоне используют лишь как хозяйственную.

Перепуск горной массы к подножию горы ведут по наземным (рудо- и породоскатам), подземным выработкам (рудо- и породоспускам) или по крутому склону горы, выполняющему функцию породоската. В последнем случае вскрытие горизонтов бестраншейное. У подножия горы сооружают приемную площадку с перегрузочным оборудованием [33, 38].

Вскрытие наклонными траншеями смешанного заложения на глубоких равнинных карьерах позволяет упростить трассы и повысить их пропускную способность. При параллельном вскрытии наклонными траншеями различного заложения возможны сочетания: внутренних общих или групповых траншей и внешних групповых траншей; траншей смешанного заложения и внешних траншей; внутренних общих или групповых траншей и общих или групповых траншей смешанного заложения. При железнодорожном и автомобильно-железнодорожном транспорте дополнительные внешние или смешанные трассы устраивают в периоды строительства и реконструкции карьера для обеспечения всего или части грузооборота верхних горизонтов. При использовании автотранспорта смешанное заложение обычно имеют стационарные трассы, а внутреннее – временные и скользящие съезды. Последние позволяют повысить интенсивность отработки месторождения или подготовки нижележащих горизонтов.

Одновременное использование наклонных и крутых траншей, а также наклонных и крутых траншей в комбинации с подземными выработками широко применяют при отработке глубоких карьеров.

Наличие автотранспорта обусловливает относительно частое изменение числа и положения съездов, транспортных коммуникаций в соответствии с развитием горных работ. Стабильность сохраняется лишь в отдельные этапы вскрытия. Каждый этап вскрытия длительностью от 2 до 5 лет характеризуется существенным изменением контуров рабочих горизонтов и объемов перевозок. Окончательную систему вскрывающих трасс устанавливают путем формирования рациональных вариантов схем вскрытия для отдельных этапов и определения наилучшего порядка их сочетания [4, 30].

Формирование вариантов схем вскрытия включает трассирование дорог, определение расстояний транспортирования и величины транспортной работы, распределение грузопотоков с рабочих горизонтов между отдельными трассами и приемными пунктами и оценку затрат на создание и изменение схем вскрытия. Оптимальный вариант находят сопоставлением затрат на устройство, эксплуатацию и последующее поэтапное изменение соответствующих схем.

При использовании автомобильно-конвейерного транспорта для вскрытия горизонтов применяют крутые траншеи в сочетании с временными или скользящими съездами. Возможна также комбинация последних с подземными горными выработками [38].

Вскрытие подземными выработками применяют при разработке глубинных, высотных и высотно-глубинных месторождений. Этот способ используют в тех случаях, когда проведение подземных выработок экономичнее, чем капитальных траншей и позволяет сократить расстояние и энергоемкость доставки полезного ископаемого.

Тоннели и штольни предназначены для движения колесного транспорта. Стволы оборудуют конвейерными или скиповыми подъемниками. Такая схема позволяет избежать пересечения подъемников с железнодорожными путями или автодорогами и создать транспортный выход, не зависящий от устойчивости бортов карьера. Вскрытие горизонтов нагорных месторождений рудоспусками в сочетании с подземными транспортными выработками возможно, начиная с первого периода эксплуатации, при крутых, склонах (более 20º) и значительной разнице отметок между добычными горизонтами и господствующей поверхностью. Наиболее распространены рудоспуски, расположенные внутри карьера.

Различают вертикальные, наклонные, ступенчатые и ступенчато – наклонные рудоспуски. Вертикальные рудоспуски наиболее надежны в эксплуатации, но при большой глубине в их нижней части происходит сильное самоуплотнение аккумулируемой горной мессы. Наклонные рудоспуски лишены этого недостатка, однако их стенки подвержены сильному износу и в них выше вероятность зависания горной массы. Ступенчатые и ступенчато-наклонные рудоспуски применяют в основном для снижения высоты падения кусков руды и соответственно их динамического воздействия на днище и выпускные устройства.

Число рудоспусков зависит от производительности карьера. Большей частью используют не менее двух выработок: одна находится в работе, другая – в резерве или срезается. Минимальное расстояние между ними – 20–100 м.

Транспортными подземными выработками для перемещения на поверхность руды, поступающей из рудоспусков, служат штольни и тоннели. В них размещают железнодорожный транспорт широкой колеи или конвейеры.

При комбинированной открыто-подземной разработке месторождений возможно вскрытие нижних рабочих горизонтов рудоспусками, квершлагами и стволами, что позволяет сократить капитальные затраты и эксплуатационные расходы на открытую разработку.

Вскрытие рабочих горизонтов глубинного типа посредством железнодорожных тоннелей, проводимых с поверхности, впервые в России предложено Е.Ф. Шешко и В.В. Ржевским для условий Коркинского карьера. Тоннели выходят непосредственно в рабочую зону карьера.

По данным В.В. Ржевского [30], применение этой схемы вскрытия позволяет:

- уменьшить объем горных работ по разносу нерабочих, бортов в результате сокращения числа транспортных берм и площадок дляразмещения тупиков;

- сократить расстояние транспортирования горной массы, так как тоннели могут выходить на поверхность непосредственно к пунктам приема карьерных грузов;

- увеличить пропускную способность трасс и улучшить условия работы транспорта при использовании простой формы трассы;

- вскрывать новые горизонты и формировать нужные грузопотоки породы и полезного ископаемого независимо от производства горных работ на вышележащих уступах, т.е. не нарушать режима работы предприятия.

Преимущества применения таких тоннелей позволяют существенно увеличить возможную глубину погружения трассы железнодорожных путей. Основная область применения тоннелей - вскрытие глубоких горизонтов (200–250 м и более) при годовом грузообороте 40–50 млн. т и более при использовании в карьере железнодорожного или автомобильно-железнодорожного транспорта. Обходные тоннели необходимы также для развязки пересекающихся грузопотоков горной массы.

По данным В.И.Супруна [38], для ввода на нижние горизонты карьера нескольких главных путей в большинстве случаев целесообразно применение внешних капитальных траншей. Использование железнодорожных тоннелей, проводимых с поверхности, может быть эффективным, когда отработку карьера осуществляют при отсутствии стационарных бортов. В таком случае тоннельное вскрытие оправдывается снижением объемов работ по приведению рабочих бортов в стационарное положение или уменьшением работ в торцевых участках карьера для формирования необходимых радиусов кривых.

Тоннели, проводимые из карьера, можно применять вместо глубоких капитальных траншей, прокладываемых впериод реконструкции предприятий. Выработки этого типа используют в тех случаях, когда уложенные в них транспортные коммуникации образуют единую транспортную сеть с коммуникациями, расположенными на борту карьера.

Сооружение тупиковых железнодорожных тоннелей (штолен) предполагает снижение объемов горных работ по расширению стационарного карьера в торцевых участках, что имело место при вскрытии Сарбайского карьера. Важнейшим достоинством тупиковых тоннелей является независимость их проходки от производства горных работ в карьере, что позволяет достигнуть высоких темпов углубки и уменьшить объем автоперевозок в зоне нижних горизонтов для карьеров, использующих комбинацию автомобильного и железнодорожного транспорта [38].

По данным «Гипроруды» [20] возможности железнодорожного транспорта на карьерах по условиям вскрытия не ограничивается глубиной 200–250 м. По наклонным подземным выработкам (штольням, тоннелям) за контуром карьера можно располагать железнодорожные коммуникации практически до любой целесообразной глубины.

Тоннельное вскрытие целесообразно для карьеров, входящих в систему одновременно эксплуатируемых карьерных полей, с целью создания единой транспортной схемы, например, при разработке Баженовского месторождения асбеста, Экибастузского угольного месторождения и др.

Имеются примеры вскрытия высотных горизонтов нагорных карьеров с помощью восстающих конвейерных тоннелей (карьер Дженерозо в Швейцарии). В этомслучае конвейер работает на спуск.