Разработка месторождения кварцевого порфира

104

1. Горно-геологическая характеристика месторождения

1.1 Общие сведения о районе месторождения

Митрофановское месторождение кварцевого порфира расположено в Юргинском районе Кемеровской области в 35 км на юго-восток от г.Юрга и в 70 км на северо-запад от областного центра г.Кемерово.

Ближайшим населенным пунктом от месторождения является д. Митрофаново, расположенная в 0,5 км на север от него.

Рельеф Юргинского района является пенепленизированным, расчлененным речной сетью и последующими эрозионными процессами. Водораздельные возвышенности имеют, обыкновенно, мягкие пологие склоны.

Основной водной артерией является р. Томь, которая у деревни Митрофаново образует два рукава. В северо-западной части деревни протекает ручей Кунгурка, впадающий в р.Томь. В ручей Кунгурка впадает ручей Шеломка, протекающий у подножия горы, являющейся частью месторождения.

В климатическом отношении район относится к резко континентальному, с холодной зимой и жарким летом. Снеговой покров незначительный, что обуславливает глубокое (в среднем до 1,5 м) промерзание почвы. Максимальная температура летом плюс 34 ⁰С, минимальная зимой минус 49,6 ⁰С. Среднегодовое количество осадков - 536 мм. Преобладающее направление ветров юго-западное. Месторождение связано с городами Кемерово и Юрга автомобильной дорогой с асфальтовым покрытием.

1.2 Геологическое строение месторождения

Митрофановское месторождение разведано изыскательской экспедицией Проектно-изыскательной конторы Проектного института №2 в 1955-1956 годах и представляет собой обособленную гору сложенную кварцевым порфиром.

Район месторождения сложен эффузивно-осадочными отложениями девона. Нижним горизонтом этой толщи являются кварцевые порфиры, альбитофиры и связанные с ними туфогенные породы и конгломераты.

Месторождение расположено за дер. Митрофаново на юг вдоль ручья Кунгурки и Шеломки. Кварцевый порфир представляет собой мелкозернистую сильно окварцованную породу. Степень окварцевания неравномерна по глубине и достигает по содержанию кварца в породе 90 %. Окраска порфира от светло-серой до темно-серой со слабым голубоватым оттенком с глубиной.

Порфир разбит трещинами вертикальной отдельности юго-восточного направления под углом 110-120 ⁰ с падением на северо-восток под углом 20 ⁰ и крутопадающими трещинами северо-восточного направления. Данная трещиноватость обуславливает плитчатость шириною от 2 до 20 см. Имеющаяся горизонтальная трещиноватость раздробляет породу на кубики от 3х3 до 20х20 см. Помимо общей трещиноватости имеет место наличие мелких прожилков, секущих породу в различных направлениях, заполненных белым кварцем. Местами встречаются пустоты заполненные щетками кварца. Порода также разбита микротрещинами, что при наличии высокого процентного содержания кварца создает ее хрупкость. Проведенными геологоразведочными работами отмечается также радиальная трещиноватость, указывающая на образование трещин тектонического происхождения.

Кварцевый порфир с поверхности слабовыветренный и до середины склона горы покрыт незначительным почвенно-растительным слоем мощностью 10-20 см. Структура породы порфировая, в большинстве случаев флюидальной текстуры, с глубиной более массивная и плотная.

Кварцевый порфир на месторождении прослеживается в северо-западном направлении. С юго-восточной стороны на контакте с ним залегают туфы и туфиты. Они также опоясывают кварцевый порфир с запада на юго-запад.

Туфы представляют собой породы, сложенные обломками эффузивных пород, кристаллов кварца и полевого шпата, сцементированных хлоритом.

Туфиты представляют собой сланцеватые породы, сцементированные хлорито-глинисто - серицитовым материалом и контактируют с глинисто-кремнистыми сланцами.

Четвертичные отложения на месторождении представлены суглинком желто-бурого цвета со щебенкой, который залегает на склонах горы и на северо-западной площадке месторождения. Мощность суглинков колеблется от 0,3 до 1,5 м.

Темно-бурые, бурые и сероватые глины, залегающие обычно ниже суглинков -плотные, вязкие со щебенкой и мелкой галькой в основании имеют мощность от 1,5 до 12-15 м. Суглинок перекрыт почвенно-растительным слоем средней мощностью 0,25 м. Образование кварцевого порфира на месторождении связано, как видно, с эффузивной вулканической деятельностью. В конце девона произошли значительные процессы складкообразования, в результате чего образовалось митрофановское антиклинальное поднятие.

1.3 Гидрогеологическая характеристика месторождения

Гидрогеология района изучена слабо. На месторождении был пройден ряд горных выработок (шурфы, канавы, скважины ручного и одна колонкового бурения). Ни одна из них в процессе проходки не встретила грунтовых вод. Благодаря трещиноватости коренных пород они хорошо дренируются ручьем, протекающим у подножия горы и р. Томь. Небольшой ручей Шеломка и р. Кунгурка имеют незначительный дебит и в засушливое время практически пересыхают. Следовательно, осложнений при эксплуатации месторождения от гидрогеологических условий, которые являются простыми, особенно при отработке нагорной части, не ожидается. Водопритоки в проектируемый карьер I очереди отработки запасов камня участка «Восточный» Митрофановского месторождения будут происходить за счет атмосферных осадков в период снеготаяния и дождей.

1.4 Геологоразведочные работы

На месторождении была проведена топографическая съемка на площади 60 га масштаба 1:1000 и пройдены следующие горные выработки:

- 11 канав общим объемом 970,38 м³;

- 3 расчистки - 67 м³;

- 17 шурфов - 41,4 м³;

- 6 скважин ручного бурения - 7,5 м³;

- 1 скважина колонкового бурения - 42,3 м³.

Кроме того, произведено описание шести естественных выходов и пройдены два маршрутных хода. Расстояние между выработками от 100 до 200 м в отдельных случаев 50 м, между разведочными линиями 100 м.

Выход керна по полезной толще составил в среднем 80%.

В процессе разведки все выработки, вскрывшие кварцевый порфир подвергались опробованию.

1.5 Качественная характеристика кварцевого порфира

Пригодность естественных каменных материалов в строительстве определяется комплексом физико-механических свойств, к которым относятся:

-плотность материала;

-водопоглащение;

-пористость;

-морозостойкость;

-кислотоупорность;

-прочность.

Произведенные петрографические исследования показали, что месторождение представлено однородной породой - кварцевым порфиром.

Исследования кварцевого порфира, как кислотоупорного камня, показали его высокую нерастворимость в кислотах. Кислотоупорность составляет от 97,03 до 99,35 %, в среднем 98,19 %. Результаты физико-механических испытаний кварцевого порфира Митрофановского месторождения приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Результаты физико-механических испытаний кварцевого порфира Митрофановского месторождения

1.6 Горнотехнические условия эксплуатации месторождения

Месторождение расположено в непосредственной близости от автомагистрали Кемерово-Юрга и залегает, в основном в пределах возвышенности (участок «Восточный»), где намечается строительство карьера первой очереди.

Незначительный объем вскрыши, нагорный тип карьера I очереди, простые гидрогеологические условия определяют благоприятные условия эксплуатации Митрофановского месторождения. Кварцевый порфир относится к очень крепким породам с коэффициентом крепости по шкале проф. Протодъяконова до 16. По буримости он относится к IX-XI категории по двенадцатибальной шкале. Массив порфиров разбит трещинами различного направления и микротрещинами, что определяет его хрупкость при взрывании и динамических нагрузках. Средняя плотность камня в массиве составляет 2,56 т/м³. По взрываемости кварцевый порфир относится к категории от легковзрываемых до средневзрываемых.

1.7 Подсчет запасов кварцевых порфиров

Митрофановское месторождение кварцевых порфиров представлено двумя участками «Западный» и «Восточный». Запасы участка «Восточный» составляют 92,5% от всех утвержденных запасов, поэтому проектом предусматривается его первоочередная отработка.

В соответствии со степенью изученности территория месторождения разделена на несколько блоков, в границах которых запасы камня классифицируются по категориям А, В и С₁ и относятся ко II категории.

Сводная таблица запасов по Митрофановскому месторождению кварцевого порфира произведена в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Сводная таблица запасов по Митрофановскому месторождению

2. Вскрытие карьерного поля

2.1 Общие сведения о вскрытии

Вскрытие для открытой разработки месторождений включает проведение наклонных (капитальных) открытых выработок с поперечным сечением ступенчатой формы или в виде трапеции (траншей) или треугольника (полутраншей) с поверхности земли или от разрабатываемой части карьера к вновь создаваемым рабочим горизонтам. Непосредственным продолжением капитальной траншеи является горизонтальная выработка с трапецеидальным (треугольным) поперечным сечением -- разрезная траншея (полутраншея), проводимая для создания первоначального фронта горных работ. Разрезные траншеи проходятся для вскрытия рабочих горизонтов с целью создания первоначального вскрышного или добычного фронта. Уклон их обычно выбирается с учетом естественного стока грунтовых и ливневых вод к насосным станциям. Срок службы разрезных траншей зависит от интенсивности ведения горных работ.

2.2 Классификация способов вскрытия

Способы вскрытия месторождении зависят от форм и размеров поля разреза, угла падения пластов, физико-механических свойств пород, глубины отработки, рельефа местности, типа принятого горнотранспортного оборудования. Классификация способов вскрытия приведена в таблице 2.2.

Внешними траншеями вскрываются верхние горизонты месторождений с наклонным и крутым залеганием пластов. Для уменьшения объемов горно-капитальных работ и вскрытия наибольшего количества рабочих горизонтов внешние капитальные траншеи закладываются на пониженных участках рельефа местности. Нижележащие горизонты таких месторождений вскрываются внутренними траншеями, которые закладываются как на рабочих, так и нерабочих бортах. При отработке пластов пологого залегания с применением автомобильного транспорта внутренние траншеи размещаются по падению пластов. При крутом залегании пластов внутренние траншеи всегда находятся в движении. Учитывая трудоемкость работ при строительстве скользящих съездов и необходимость их оборудования железнодорожными путями или автодорогами, ведение горных работ планируется так, чтобы один из бортов или несколько горизонтов находились во временной консервации, а тупиковые съезды были полустационарными.

При вскрытии карьерного поля отдельными внешними капитальными траншеями (рисунок 2.1) создают транспортный доступ к каждому уступу. При данном способе вскрыши за каждым уступом закрепляется транспорт, и потоки горной массы полностью рассредоточены.

Рисунок 2.1-Схема вскрытия карьерного поля отдельными внешними капитальными траншеями

Вскрытие карьерных полей групповыми внешними капитальными траншеями(рисунок 2.2) используют при разработке мощных пластов полезного ископаемого и покрывающих вскрышных пород (угольные месторождения). В этом случае отдельные группы уступов вскрывают независимыми друг от друга траншеями. Грузопотоки породы и полезного ископаемом) при этом рассредоточены и имеют непосредственный выход на дневную поверхность, что позволяет использовать различные виды транспорта на вскрыше (конвейерный) и добыче (железнодорожный).

Рисунок 2.2- Схема вскрытия карьерного поля внешними групповыми капитальными траншеями

Вскрытие карьерных полей парными внешними капитальными траншеями (рисунок 2.3) применяют для организации поточного движения транспорта при большом грузообороте карьера. В данном случае порожние и груженые составы поступают в карьер и выезжают по разным траншеям. Общие внешние капитальные траншеи применяют для вскрытия пологих и наклонных месторождений на глубину не более 60-80 и. Траншеи при внешнем заложении обычно располагают на флангах карьерного поля.

Рисунок 2.3- Схема вскрытия карьерного поля внешними парными капитальными траншеями

Таблица 2.2- Классификация способов вскрытия

Способы вскрытия карьерных полей отдельными, групповыми и парными внутренними капитальными траншеями характеризуются достоинствами и недостатками, присущими способам вскрытия аналогичными внешними капитальными траншеями.

Отдельные внутренние капитальные траншеи применяют при вскрытии неглубоких капитальных полей. Групповые внутренние траншеи используют при большой мощности пластов полезного ископаемого и покрывающих вскрышных пород, разрабатываемых большим количеством (шесть-восемь) уступов. Парные внутренние капитальные траншеи используют для создания в карьере поточного движения транспортных средств.

Наибольшее распространение на глубоких карьерах получил способ вскрытия общей внутренней капитальной траншеей (рисунок 2.4). Данный способ применяют также при вскрытии нагорных карьеров. Внутреннее расположение капитальной траншеи является возможным при достаточной устойчивости бортов карьера. При данном способе вскрытия грузопотоки как правило, каждая траншея является однопутной. Покрытие парными траншеями применяют при значительной длине карьерного поля. Внутреннюю крутую траншею проходят на одном из его нерабочих боргов карьера и оборудуют для подъема горной массы наклонными подъёмниками - скиповыми или конвейерными.

Рисунок 2.4- Схема вскрытия карьерного поля общей внутренней капитальной траншеей

Сочетание внешних и внутренних капитальных траншей используют на глубоких карьерах, отрабатывающих месторождения сложной формы. Одним из основных вариантов вскрытия внешними капитальными траншеями является вскрытие внешними траншеями верхних горизонтов карьера и внутренними траншеями нижних. При этом внутренние и внешние траншеи составляют на карьере одну единую систему капитальных траншей.

Вскрытие подземными горными выработками.Наиболее часто применяют штольни и тоннели(рисунок 2.5) для вскрытия нагорных месторождений. В этом случае полезное ископаемое поступает на горизонт штольни по вертикальным и наклонным рудоспускам, пройденным из штольни до горизонта карьера. Тоннели используют для организации поточного движения транспортных средств. На ряде карьеров предложено использовать наклонные железнодорожные тоннели для вскрытия глубоких горизонтов. В этих условиях тоннели проводят с поверхности или с промежуточных горизонтов карьера непосредственно в его рабочую зону. Основными преимуществами данного варианта вскрытия являются: уменьшение объема горных работ по разносу нерабочих бортов карьера в результате сокращения транспортных средств и площадок для размещения тупиков, а также существенное увеличение возможной глубины погружения трассы железнодорожных путей.

Рисунок 2.5- Схемы вскрытия карьерных полей горизонтальными подземными горными выработками; 1- карьер; 2- рудоспуск; 3- штольня

Вскрытие вертикальными или наклонными шахтными стволами применяют при разработке глубоких месторождений, когда целесообразно выдавать горную массу из карьера на поверхность с помощью скиповых и наклонных подъемников).

Комбинированное вскрытие представляет собой сочетание основных способов и позволяет в наибольшей степени учесть конкретные геологические и горно-геологические условия залегания и разработки месторождений.

Комбинированный способ включает две основные группы: сочетание траншейных способов с бестраншейными и комбинацию траншейных способов со вскрытием подземными горными выработками. Бестраншейное вскрытие породных уступов и траншейное добычных используют на карьерах, разрабатывающих горизонтальные или пологие пласты, когда вскрышные уступы отрабатываются драглайнами или многочерпаковыми экскаваторами нижним черпанием с размещением оборудования на поверхности. Добычные уступы в этом случае вскрывают одним из траншейных способов и чаще всего внешними капитальными траншеями. Траншейное вскрытие породных уступов и бестраншейное добычных применяют при разработке угольных месторождений, покрытых породами большой мощности. В этих случаях вскрышные уступы вскрывают внешними капитальными траншеями, а отработку пластов ведут горными машинами с нижним черпанием и размещением погрузочной и транспортной техники на поверхности пласта.

Сочетание траншейных способов вскрытия с подземными горными выработками применяют при разработке мощных крутых рудных месторождений. В этом случае на первом этапе верхнюю часть месторождения разрабатывают с применением колесного транспорта и с использованием капитальных и разрезных траншей в качестве вскрывающих выработок. В дальнейшем при переходе на комбинированный транспорт среднюю и нижнюю часть месторождений вскрывают с помощью подземных горных выработок (штольни, тоннели, шахтные стволы).

2.3 Выбор способа вскрытия

Вскрытие карьерного поля является одной из наиболее сложных задач открытой разработки месторождений, от правильного решения которой в значительной степени зависят технико-экономические показатели работы карьера. При обосновании способа вскрытия руководствуются следующими соображениями: принятый способ должен обеспечить минимальные затраты на транспортирование вскрыши и полезного ископаемого, минимальный объем горно-капитальных работ и рациональное распределение объемов вскрышных пород за весь срок отработки карьерного поля (максимальный объем вскрышных работ должен выполняться, как правило, в более поздние годы). При сопоставлении нескольких вариантов способов вскрытия оптимальный вариант определяется минимумом затрат на строительство карьера и его эксплуатацию в начальный период (в первые 10--15 лет).

Характерной особенностью карьеров, разрабатывающих горизонтальные и пологие месторождения (угол наклона ?10°), является их небольшая глубина и значительные размеры в плане. Вскрытие таких карьерных полей может осуществляться системой отдельных, общих и групповых капитальных траншей.

Вскрытие системой отдельных капитальных траншей внешнего заложения применяют при незначительной глубине карьеров (2--3 уступа) и целесообразности рассредоточения грузопотоков. Отдельные капитальные траншеи небольшой глубины имеют небольшой объем, а возможность рассредоточения грузопотоков обеспечивает простоту организации горных и транспортных работ, высокую производительность карьера в целом.

Вскрытие системой общих капитальных траншей внешнего заложения применяют также при 2--3 вскрываемых уступах и отсутствии необходимости и целесообразности рассредоточения грузопотоков (величина грузооборота небольшая, грузопотоки вскрыши и полезного ископаемого на поверхности совпадают по направлению). Основным преимуществом этого способа по сравнению с предыдущим является несколько меньший объем системы капитальных траншей. Этот способ вскрытия применяют и при большей глубине карьеров (4--8 уступов), однако в этом случае капитальные траншеи имеют внутреннее или смешанное заложение (верхние 2--3 уступа вскрываются траншеями внешнего заложения).

Вскрытие системой групповых капитальных траншей применяют при 4--6 уступах. Одна группа траншей обычно обслуживает вскрышные уступы, а вторая -- добычные, чем создается рассредоточение вскрышного и добычного грузопотоков.

Вскрытие горизонтальных месторождений в основном осуществляется при фланговом или центральном расположении капитальных траншей. Центральное расположение капитальных траншей в сочетании с фланговым применяют при большой длине карьерного поля, что позволяет разделить карьер на два участка и вести работы в них независимо друг от друга.

При использовании технологических схем с перевалкой вскрыши в выработанное пространство широко применяют бестраншейное вскрытие вскрышных уступов.

Вскрытие горизонтальных или пологих месторождений осуществляется комбинированным способом (бестраншейное вскрытие вскрышных уступов или их части и траншейное вскрытие добычного уступа).

Характерными особенностями карьеров, разрабатывающих наклонные и крутые месторождения глубинного типа, являются значительная конечная глубина (100--150 м и более), постепенное увеличение глубины карьера и числа вскрываемых уступов, непостоянство объемов грузопотоков, перемещение горной массы за контуры карьера (вскрыша перемещается на внешние отвалы, а полезное ископаемое -- на склады или фабрики), наличие скальных и полускальных пород, обеспечивающих высокую устойчивость бортов. Такие месторождения, как правило, вскрываются системой общих или групповых капитальных траншей, а в отдельных случаях подземными выработками.

В зависимости от угла падения месторождения трасса капитальных траншей (ее внутренняя часть) является стационарной или нестационарной (скользящей). При разработке наклонных залежей с углом падения, близким к значениям угла откоса нерабочего борта карьера, трасса капитальной траншеи закладывается со стороны лежачего бока залежи на нерабочем борту карьера в его конечном положении. В случае разработки крутых месторождений (угол падения >35°) трасса капитальных траншей (ее внутренняя часть) является скользящей, так как располагается на одном или двух рабочих бортах карьера. После достижения уступами своего конечного положения участки трассы капитальной траншеи в пределах этих уступов становятся стационарными. Использование скользящих трасс (скользящих съездов) обеспечивает минимальные объемы горно-капитальных работ, однако при этом возникают дополнительные эксплуатационные трудности. На скользящих трассах величина подъема уменьшается на 35% от величины руководящего подъема. Ширина скользящего съезда устанавливается по условию размещения на нем экскаватора, развала взорванной породы и путей.

При разработке крутых месторождений обычно применяются тупиковая (при железнодорожном транспорте) и петлевая (при автотранспорте) формы трассы. Спиральную форму трассы целесообразно применять при разработке штокообразных глубоких залежей с малыми размерами и округлой формой в плане. Спиральная форма трассы наиболее целесообразна при автотранспорте. Крутые капитальные траншеи целесообразно использовать только для вскрытия глубоких горизонтов (более 250 м), располагая их в наиболее устойчивых породах нерабочих бортов или торцов карьера. Форма трассы крутой капитальной траншеи может быть простой (для скиповых подъемников и ленточных конвейеров) и сложной (для ленточных конвейеров). Если угол откоса борта карьера не превышает угла подъема крутой траншеи, то последняя обычно располагается перпендикулярно к борту карьера.

В случае использования комбинированного транспорта на концентрационных горизонтах сооружаются перегрузочные пункты, оборудованные при необходимости дробильными установками.

Способ вскрытия подземными горными выработками применяется при разработке нагорных или глубинных месторождений, когда проведение подземных выработок и их эксплуатация экономически выгоднее по сравнению с капитальными траншеями (в малоустойчивых породах при большой глубине, на высоком крутом косогоре, пересеченном оврагами, балками, ручьями и др.).

Вскрытие нагорного месторождения, имеющего небольшой угол косогора и ровную поверхность, осуществляется полутраншеями внешнего заложения. В зависимости от вида карьерного транспорта они имеют тупиковую или петлевую форму трассы. Рабочие горизонты вскрываются, как правило, системой отдельных или групповых траншей, что позволяет иметь отдельные отвалы вскрышных пород для каждого уступа в непосредственной близости от карьера (за границами карьерного поля).

3. Системы открытой разработки месторождений

3.1 Общие понятия о системах разработки

Под системой открытой разработки месторождения понимается определенный порядок выполнения горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ. В условиях данного карьера принятая система разработки должна обеспечивать безопасную, экономичную и наиболее полную выемку кондиционных запасов полезного ископаемого при соблюдении мер по охране окружающей среды.

Отработка данного карьера предусматривается циклично-транспортной системой разработки с внешним отвалообразованием, применением буровзрывных работ и заключается в послойной отработке нагорных уступов, транспортировке камня на ДСК расположенный в 180 м, а вскрыши в отвал.

К основным элементам и параметрам системы разработки относятся:

-добычная единица;

-высота уступа;

-ширина рабочей площадки;

-ширина заходки;

-размеры разрезных полутраншей;

-фронт работ и длина экскаваторных блоков.

В качестве добычной единицы на карьере «Митрофановский» принят добычной уступ. Количество добычных единиц равно 1.

Высота уступа определяется физико-механическими свойствами горных пород, горно-геологическими условиями их залегания, а также параметрами применяемого выемочного оборудования.

Кварцевые порфиры карьера «Митрофановский» относятся к категории от средне до легковзрываемых с коэффициентом крепости до 16, средней трещиноватости. В соответствии с п. 50 «Единых Правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом» (ПБ 03-498-02) при применении гидравлических экскаваторов высота уступа определяется с учетом траектории движения ковша экскаватора. Рекомендуемые проектом экскаваторы имеют максимальную высоту копания 10,36 м и максимальную глубину копания 7,27м.

На основании вышеизложенного принимается высота уступа равная 5 м. Минимальная длина активного фронта работ на один экскаватор принимается равной 200 м для скальных пород и 100 м для рыхлых пород.

Минимальная ширина рабочей площадки в скальных породах определяется по формуле:

Шрп = Пбп+2По+Пп + (X - A), м,

где Пбп - ширина полосы безопасности,

Пбп =3 м;По - ширина обочины автодороги, По=2,5 м;

Пп- ширина проезжей части автодороги, Пп=4,5 м;

Х - ширина развала взорванной горной массы, А - величина буровой заходки, А=3 м

В рыхлых породах:

Шрп = Пбп+2По+Пп +Пбу+A, м,

где Пбп - ширина полосы безопасности (призма обрушения),

Пбп =3м;

По - ширина обочины автодороги, По=2,5м

Пп- ширина проезжей части автодороги, Пп=4,5м;

Пбу- ширина полосы безопасности у вышележащего уступа, Пбу=2м;

А - величина экскаваторной заходки,

Отработка карьера осуществляется с помощью экскаваторных и буровых заходок движением экскаваторного забоя вдоль рабочего уступа.

На данном карьере принята проектом циклично-транспортная система разработки с рыхлением массива горных пород с помощью БВР и внешним отвалообразованием и включает в себя следующие операции: буровые работы, взрывные работы, погрузочные работы, -вспомогательные работы.

3.2 Классификация систем разработки

Наибольшее применение в горнотехнической литературе и практике получили классификации систем разработки, разработанные чл.-кор. АН СССР В. В. Ржевским, проф. Е. Ф. Шешко и акад. Н. В. Мельниковым.

В основу классификации, предложенной чл.-кор. АН СССР В. В. Ржевским положены горно-геологические и геометрические предпосылки, характеризующие порядок разработки месторождения. Согласно этой классификации имеет место существенное различие систем разработки горизонтальных и пологих месторождений и наклонных и крутых месторождений. Системы разработки горизонтальных месторождений характеризуются только порядком выполнения вскрышных и добычных работ, так как горно-подготовительные работы на таких месторождениях заканчиваются в период строительства карьера. Возобновиться горно-подготовительные работы могут только в период реконструкции карьера. Такие системы разработки называются сплошными (с постоянной рабочей зоной).

Системы разработки наклонных и крутых месторождений характеризуются порядком выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ, так как горно-подготовительные работы на таких месторождениях ведутся как в период строительства карьера, так и в процессе его работы (для воссоздания фронта вскрышных и добычных работ нарезаются очередные по глубине уступы). Такие системы разработки называются углубочными (с переменной рабочей зоной).

Месторождения со сложными топографическими и горно-геологическими условиями могут разрабатываться смешанными (углубочно-сплошными) системами.

Порядок разработки месторождения связан с развитием горных работ по отношению к контурам карьерного поля. В связи с этим различают следующие системы по направлению выемки в плане:

продольные однобортовые и двухбортовые, когда фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного поля;

поперечные однобортовые и двухбортовые, когда фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно короткой оси карьерного поля;

веерные, когда фронт вскрышных и добычных работ перемещается по вееру с центральным (общим) или рассредоточенными (два и более) поворотными пунктами;

кольцевые, когда фронт вскрышных и добычных работ имеет форму кольца и разработка ведется от центра к границам карьерного поля или от границ к центру.

В основу классификации, предложенной проф. Е. Ф. Шешко (рисунок 3.1), положено направление перемещения вскрышных пород в отвалы. Эта классификация включает следующие группы систем.

Группа А включает системы с поперечным перемещением вскрыши в отвалы без применения транспортных средств (бестранспортные системы).

Группа Б включает системы с продольным (вдоль фронта) перемещением вскрыши в отвалы с применением транспортных средств (транспортные системы).

Группа В включает комбинированные системы с поперечным и продольным перемещением вскрыши в отвалы. Эти системы являются комбинацией транспортных и бестранспортных систем.

В основу классификации, предложенной акад. Н. В. Мельниковым, положен способ производства вскрышных работ. Классификация включает следующие системы разработки: бестранспортную, экскаватор-карьер, транспортно-отвальную, специальную, транспортную и комбинированную.

Классификации систем разработки, в основу которых положены направление перемещения вскрыши в отвалы и способ производства вскрышных работ в неполной мере отражают порядок разработки месторождения. Эти классификации не характеризуют порядок производства добычных работ, а также порядок развития фронта и рабочей зоны карьера. Наиболее универсальной является классификация систем разработки, в основу которой положены горно-геологические и геометрические предпосылки, характеризующие порядок производства вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ.

Рисунок 3.1- Схемы систем открытой разработки месторождений по классификации Е. Ф. Шешко

Таблица 3.1- Классификация систем разработки по акад. Н.В. Мельникову

3.3 Факторы, влияющие на выбор системы разработки

Для выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ в определенном объеме и порядке применяют различное горное и транспортное оборудование. На карьерах стремятся обеспечить такую технологию, при которой все основные и вспомогательные процессы и операции полностью механизированы, а применяемые машины и механизмы по своей мощности и производительности взаимоувязаны и обеспечивают заданный темп горных работ, что соответствует принципам комплексной механизации. Комплексная механизация открытых горных разработок имеет своей целью не только замену тяжелого ручного труда механизированным, но и получение наилучших технико-экономических показателей. Поэтому для выполнения основных и сопутствующих им вспомогательных процессов и операций на каждом карьере изыскивают по возможности наилучшие технические решения, которые позволяют получить высокие экономические результаты.

Комплекс горного, транспортного, дробильно-сортировочного и вспомогательного оборудования, обеспечивающий планомерную выемку горной массы в забоях и перемещение вскрыши на отвалы, а полезного ископаемого к складам и потребителям, составляет структуру комплексной механизации. Система разработки место рождения и структура комплексной механизации данного карьера взаимосвязаны. Если система разработки, определяет объемы и порядок производства горных работ, то структура комплексной механизации определяет виды, мощность и расстановку оборудования, обеспечивающего выполнение этих работ.

Выбор системы разработки зависит от горно-геологических и геометрических предпосылок, характеризующих порядок разработки месторождения. Системы разработки горизонтальных месторождений характеризуются только порядком выполнения вскрышных и добычных работ. Системы разработки наклонных и крутых месторождений характеризуются порядком выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ. Месторождения со сложными топографическими и горно-геологическими условиями могут разрабатываться смешанными.

Системы с поперечной перевалкой вскрыши во внутренние отвалы являются технологически наиболее простыми и экономичными. Однако перевалка породы в рабочих органах экскаваторов ограничивает параметры этих систем и область их применения. Здесь жестко взаимоувязаны вскрышные и добычные работы, а объем вскрытых запасов строго ограничен.

Системы с продольной перевозкой вскрыши на отвалы более сложны и менее экономичны. Однако у них нет такой жесткой взаимоувязки вскрышных и добычных работ, а вскрытые запасы могут быть созданы в большем объеме. Область применения этих систем более широкая.

4. Подготовка горных пород к выемке

4.1 Общие сведения о подготовке горных пород к выемке

Подготовка горных пород к выемке осуществляется с целью создания технической возможности и наилучших условий для выполнения последующих процессов выемки и погрузки горной массы, транспортирования, отвалообразования и др. В зависимости от типа и состояния пород подготовка их к выемке может осуществляться следующими способами: осушением, предохранением от промерзания, оттаиванием мерзлых пород, гидравлическим ослаблением или упрочнением, механическим или взрывным рыхлением.

4.2 Осушение, предохранение влажных пород от промерзания, оттаивание и гидравлические способы подготовки пород к выемке

Осушение влажных пород перед выемкой способствует высокопроизводительному использованию оборудования и созданию комфортных условий труда рабочих. Обводненность экскаваторныя забоев и большая влажность пород удорожают работы из-за прилипания и примерзания горной массы к ковшам выемочных машин, транспортным сосудам, конвейерным лентам и другому оборудованию. Для уменьшения влажности пород, кроме предварительного осушения месторождения, часто применяются поверхностный водоотлив, дренажные канавы, скважины, сквозные и забивные фильтры. Необходимая степень осушения пород зависит от их свойств, применяемой техники, климатических условий, требований к качеству полезного ископаемого.

Предохранение влажных пород от промерзания связано с тем, что при отрицательных температурах их невозможно разрабатывать без предварительного рыхления. По данным практики, карьерные мехлопаты с ковшом емкостью 4 м³ могут разрабатывать бее предварительного рыхления слой мерзлой породы 0,5--0,6 м. Для предохранения пород от промерзания применяются вспашка, боронование и утепление (теплоизоляционными материалами) поверхностного слоя, создается снеговой или искусственный ледовоздушный покрои, устраиваются специальные навоем и тепляки. Вспашка, рыхление и боронование значительно уменьшают теплопроводность поверхностного слоя пород благодаря образованию в нем пустот, заполненных воздухом. Снегозадержание осуществляется путем образования снежных валов или установки снегозадерживающих щитов. В качестве теплоизо-ляционных материалов дли предохранения поверхностного слоя от промерзания используют мох, опилки, шлак, минеральную вату. Устройство навесов и тепляков практикуют на карьерах по добыче глин для кирпичных и керамических заводов.

Оттаивание пород осуществляется паром, водой, глубинным или поверхностным электрообогрёвом, поверхностным пожогом и др. При глубинном электрообогреве электроды размещают в шпурах, пробуренных на глубину промерзания на расстоянии 0,5-- 0,7 м друг от друга. Электрическая цепь замыкается по талой породе и ее оттаивание осуществляется снизу вверх. Расход электроэнергии на 1 м³ породы составляет 8--20 кВт-ч. При поверхностном электрообогреве электроды в виде полос или металлических сеток располагаются на поверхности оттаиваемого участка. Питание осуществляется от высокочастотного генератора.

При оттаивании паром применяются стальные трубы внутренним диаметром 19--22 м и длиной 1,5--3 м, которые помещаются в шпуры или забиваются в породу по мере ее оттаивания на расстоянии 2--2,5 м друг от друга. Продолжительность оттаивания 4--6 ч при расходе пара 24--27 кг на 1 м³ породы. Аналогично осуществляется оттаивание холодной и горячей водой. Оттаивание водой и паром (гидрооттаивание и парооттаивание) широко применяется при разработке многолетнемерзлых пород.

Сущность оттаивания поверхностным пожогом заключается в сжигании слоя угля, торфа или дров да поверхности мерзлых пород. Примерный расход топлива на 1 м³ породы составляет 30-- 60 кг угля, 120--140 кг торфа и 0,14--0,17 м³ дров. Поверхностный пожог используется при оттаивании небольших объемов глины.

Гидравлические способы подготовки пород к выемке основаны на свойствах пород пропускать через себя воду и растворы. При этом ослабление прочности пород при просачивании воды проявляется в снижении сил сцепления отдельных частиц и вымывании скрепляющего их цемента. Гидравлическое разупрочнение используют при разработке плотных глин способом гидромеханизации.

4.3 Механическое разрушение массива горных пород

Механическое рыхление пород обычно совмещается с их выемкой. В качестве рыхлителя в этом случае могут использоваться экскаваторы, скреперы, бульдозеры и др. Применяется также предварительное рыхление плотных и крепких пород специальными рыхлителями.

Для подготовки к экскавации плотных, смерзшихся и полускальных горных пород к выемке используются различные средства механического разрушения: ковш экскаватора, фреза выемочно-погрузочного комбайна, специальный струг и тракторный рыхлитель.

Механический способ рыхления эффективнее буровзрывного благодаря своей простоте, высокой производительности, низкой себестоимости и большей безопасности работ.

Наиболее распространено рыхление тракторными рыхлителями. Такой рыхлитель представляет собой мощный гусеничный трактор, оборудованный устройством в виде зубьев, число которых может быть от одного до пяти. Усилие на острие зуба достигает 250 кН. Во время движения зубья заглубляются в массив при помощи гидравлической системы до 2 м. Рыхление производится слоями на горизонтальной или наклонной (до 20°) поверхности. Длина участка рыхления составляет 100--300 м. Разрыхленная горная масса затем штабелируется специальным бульдозером или этим же рыхлителем, оборудованным отвалом.

Из штабеля погрузчиком или экскаватором горная масса грузится в средства транспорта.

Крупность кусков разрыхленной горной массы зависит от трещиноватости массива и расстояния между зубьями рыхлителя.

Разрушение монолитного массива рыхлителем происходит в основном за счет преодоления сопротивления растяжению, а в трещиноватых породах -- сцеплению по контакту структурных блоков и поэтому он наименее энергоемкий.

Разрушение массива производится параллельными смежными проходами рыхлителя. Расстояние между двумя смежными проходами выбирается из условия обеспечения требуемого максимального размера куска и глубины разрушения массива. При параллельных проходах рыхлителя между двумя смежными бороздами в их нижней части образуются целики, которые затрудняют выемку на полную глубину внедрения зубьев. Разрушение этих целиков производится перекрестными проходами рыхлителя. Расстояние между перекрестными проходами увеличивается на 20--50% по сравнению с продольными.

Область применения и эффективность механического разрушения зависит от его свойств, а именно прочности и трещиноватости, которое принято оценивать акустическим показателем трещиноватости.

Чем больше этот показатель, тем выше рыхлимость массива (таблица 4.1). В производственных условиях приборами замеряются или эти два показателя, или один -- скорость распространения ультразвука в массиве на базовом расстоянии от 5 до 50 м и затем по (таблица 4.2) определяют величину заглубления зуба рыхлителя.

Для увеличения эффективности механического рыхления возможно применение предварительного взрывания массива на сотрясение.

Таблица 4.1-Рыхлимость массива

Таблица 4.2- Величина заглубления зуба рыхлителя

4.4 Методы взрывного разрушения массива на карьерах

Сущность взрывного способа подготовки пород к выемке состоит в отделении пород от массива и дроблении их до заданной крупности. Он нашел преобладающее применение при подготовке полускальных пород и является единственным способом при подготовке скальных пород.

Развитие взрывных работ на карьерах происходило в зависимости от совершенствования средств взрывания и проходки полостей для размещения взрывчатого вещества в массиве.

В настоящее время расчет параметров взрывного рыхления базируется на пропорциональной зависимости разрушенного объема определенной горной породы от массы заряда взрывчатого вещества. Свойства массива в этом расчете учитываются через удельный расход взрывчатого вещества. Его величина устанавливается расчетом или экспериментально.

Метод шпуровых зарядов характеризуется удлиненными разрядами в шпурах. Применяется: при мощности пласта полезного ископаемого до 6 м.; при селективной добыче, когда мощность отдельных пластов невелика; при разработке ценных полезных ископаемых,когда необходимо сохранить их структуру или избежать дробления.

Метод наружных зарядов (накладных зарядов) характеризуется применением зарядов, приложенных к разрушаемому объекту. Применяется: при дроблении негабаритных камней на открытых разработках. Широкого распространения не имеет из за высокого расхода ВВ.

Метод камерных зарядов.характеризуется применением сосредоточенных зарядов величиной от нескольких тонн до нескольких тысяч тонн, размещаемых в специально пройденных выработках - камерах. Применяется: при рыхлении больших масс породы на карьерах строительных материалов и при строительных работах.

Метод мало камерных зарядов (метод рукавов) заключается в применении небольших сосредоточенных зарядов ВВ, размещяемых в конечной части рукавов. Применяется на открытых разработках при высоте уступа не более 8 м; глубина рукавов не должна превышать 5 м. Широкого распространения метод не получил.

Метод котловых зарядов. Применение средств механизации для бурения шпуров и скважин на карьерах позволяет более равномерно размешать взрывчатое вещество в массиве. При необходимости размещения увеличенного количества взрывчатого вещества обычно в нижней части уступа без увеличения диаметра скважины применяется метод котловых зарядов. Сущность его заключается в том, что часть пробуренного шпура или скважины, обычно у основания, расширяется (простреливается) с помощью взрывов малых зарядов взрывчатого вещества или прожигается при термическом бурении. В образующейся полости размешается основной заряд взрывчатого вещества. Патрон-боевик помещается внутри заряда. Этот метод позволяет более равномерно размещать взрывчатое вещество в массиве по сравнению с методом камерных зарядов. Однако он обладает рядом существенных недостатков, а именно трудность расчета и управления образованием котла, нарушение естественного состояния массива и образование в нем трещин в результате прострелки, большой объем немеханизированного труда.

При использовании технологии образования котла термобуром эти недостатки исключаются, напротив, появляются преимущества, заключающиеся в появлении возможности использования скважин меньшего диаметра, а следовательно, затрат на бурение.

Метод скваженных зарядов. В настоящее время имеются эффективные и разнообразные средства для бурения скважин на карьерах в любых породах. Изменяя диаметр скважин, число рядов, угол наклона, можно более равномерно распределить взрывчатые вещества в массиве. Возможность расчета и контроля практически каждого параметра скважинных зарядов позволяет управлять взрывом с учетом получения необходимого состава горной массы по крупности, требуемых параметров развала и степени разрыхления. Метод характеризуется удлиненными зарядами, размещаемыми в скважинах диаметром 75 - 300 мм. Применяется на открытых разработках при высоте уступа более 6 м. Сущность метода скважинных рядов заключается в размещении взрывчатого вещества в наклонных или вертикальных скважинах с забойкой верхней части инертными материалами из песка, буровой мелочи или забоечного материала специального состава. Скважины располагаются в один или несколько рядов параллельно верхней бровке уступа и размещаются друг от друга на расчетном расстоянии по прямоугольной сетке или в шахматном порядке. Расстояние от первого ряда скважин до верхней бровки уступа (с) должно обеспечивать безопасность размещения бурового станка на уступе и рабочих по заряжанию скважин. Расстояние между скважинами выбирается таким образом, чтобы разрушения в массиве от каждой скважины перекрывали друг друга, не образуя «порогов» в основании уступа (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1- Зоны действия скваженного заряда в поперечном (а) и продольном (б) сечениях: с - безопасное расстояние первого ряда скважин от верхней бровки уступа; h - высота уступа

Патрон-боевик в каждой скважине располагается на уровне подошвы уступа (рисунок 4.2). Это обеспечивает совпадение направления детонации заряда взрывчатого вещества и направления разрушения массива, а также лучшую проработку подошвы.

Заряд в скважине может быть сплошным (рисунок 4.3) и рассредоточенным по высоте воздушным промежутком или инертным материалом. Рассредоточение заряда позволяет увеличить эффективность использования взрывчатого вещества для дробления за счет более равномерного распределения взрывчатого вещества в массиве и интерференции взрывных волн от отдельных частей заряда.

Рисунок 4.2- Расположение патрона-боевика в заряде скважины: 1 - патрон-боевик; 2- заряд взрывчатого вещества

Рисунок 4.3- Конструкция скваженного сплошного заряда:

h„ - высота развала; l_р -- ширина развала

Взрывной блок при однорядном расположении скважин взрывается мгновенно или с интервалом через скважину, при многорядном -- с интервалом между сериями, которые конструируются в зависимости от выбираемого способа формирования развала. Объем одновременно взрываемого блока принимается в зависимости от режима взрывных работ на карьере (один раз в смену, сутки, неделю и месяц) и производительности экскаватора в забое.

Метод шпуровых зарядов. Наиболее равномерное распределение взрывчатого вещества в массиве достигается при применении шпуровых зарядов. Шпур -- это цилиндрическая полость в горной породе, имеющая глубину до 5 м и диаметр до 75 мм. За рубежом шпуры имеют диаметры от 25 до 100 мм.

На рудных карьерах метод шпуровых зарядов в основном применяется при разрушении негабаритных кусков в забое, разрушении крепких про-пластков в разнопрочных породах и разработке участков в карьере, рыхление которых затруднительно или неэффективно скважинными зарядами.

Метод плоских зарядов. Под идеальным плоским зарядом понимают заряд, длина и ширина которого значительно больше его толщины. На практике это система камерных или скважинных зарядов, которые располагают в одной плоскости на определенном для этой системы расстоянии. При взрыве таких зарядов взрывная волна от каждого заряда сливается и действует в плоскости их расположения, как и при взрыве идеально плоского заряда.

На карьерах они используются при взрывах на выброс при проведении траншей, на сброс -- при проведении полутраншей на карьерах с косогорным рельефом поверхности и при разработке горизонтальных и пологих месторождений -- при бестранспортных системах разработки. Варьированием угла наклона скважин плоского заряда к горизонту и веса заряда достигается практически полное перемещение горной породы на необходимое расстояние.

Расчет плоских зарядов заключается в определении удельного расхода взрывчатого вещества.

На основании энергетической теории

где

с -- плотность взрываемой породы, кг/м³;

L -- горизонтальное расстояние между центрами тяжести взрываемого и отбрасываемого объемов (рисунок 4.4), м;

Рисунок 4.4- Схема к расчёту плоского заряда на сброс или выброс

S-- вертикальное расстояние между центрами тяжести взрываемого и отбрасываемого объемов, м;

Fвв-- удельная энергия взрывчатого вещества, Дж/кг;

б°-- угол наклона плоского заряда к горизонту, градус;

з - коэффициент полезного действия плоского заряда (0,5-0,8).

Расстояние между скважинами в ряду принимается из условия сближения скважин т = a/W= 0,8.

Угол наклона скважин к горизонту плоского заряда, обеспечивающего наибольшее расстояние перемещения горной массы взрывом, составляет 45 градусов.

4.5 Буровзрывные работы на Матрофановском месторождении

Участок «Восточный» Митрофановского месторождения кварцевых порфиров, где предусматривается карьер I очереди, расположен на возвышенности с незначительной мощностью рыхлых отложений.

Кварцевый порфир относится к очень крепким породам с коэффициентом крепости по шкале проф. Протодъяконова до 16. По буримости он относится к IX-XI категории по двенадцатибальной шкале.

Массив порфиров разбит трещинами различного направления и микротрещинами, что определяет его хрупкость при взрывании и динамических нагрузках. Средняя плотность камня в массиве составляет 2,56 т/м³. По взрываемости кварцевый порфир относится к категории от легковзрываемых до средневзрываемых. Кондиционный кусок в соответствии с типом дробильного и погрузочного оборудования составляет 700 мм.

4.5.1 Буровые работы

Продуктивная толща карьера «Митрофановский» представлена кварцевым порфиром относящимся к крепким скальным породам.

По своим физико-механическим свойствам кварцевый порфир требует при выемке рыхления с помощью буровзрывных работ. Для этого проектом предусматривается бурение наклонных скважин диаметром 130 мм.

Бурение взрывных скважин предусматривается станком ROC L6 фирмы «Atlas Copco» по договору подряда. В качестве бурового инструмента используются буровые коронки диаметром 127 мм и штанги длиной 6,0 м. Кроме предусмотренных проектом буровых станков может быть использовано другое, аналогичное буровое оборудование, имеющее сертификат соответствия требованиям промышленной безопасности и разрешение выданное Ростехнадзором. Основные параметры буровзрывных работ на Митрофановском месторождении приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4- Основные параметры буровзрывных работ

4.5.2 Взрывные работы

В качестве ВМ могут применяться взрывчатые материалы, допущенные Ростехнадзором к применению на открытых горных работах. В проекте рассчитан удельный расход эталонного ВВ (граммонит 79/21, аммонит №6ЖВ) ( Таблица 4.5).

Таблица 4.5 - Расчетный предельный расход эталонного ВВ

В качестве средств взрывания применяются СИНВ, детонирующий шнур, пиротехнические реле, электродетонаторы, тротилосодержащие шашки, допущенные к применению на открытых горных работах. Проектом рекомендуется использование СИНВ, обеспечивающее повышение безопасности горных работ и качество взрывания.

Взрывание скважин - многорядное, короткозамедленное. Схема взрывания - диагональная, порядная. Интервал замедления при короткозамедленном взрывании определяется по формуле:

t=k*w, мс

гдеk-коэффициент зависящий от свойств взрываемой горной массы, k =6; w-Л.Н.С

Для условий Митрофановского карьера может быть рекомендован интервал замедления (t) равный 20-35мс. Конструкция зарядов ВВ - сплошная колонковая, гирляндная (при контурном взрывании). Массовые взрывы в карьере производятся по мере необходимости. Вторичное взрывание, включающее дробление негабаритов, взрывание завышений почвы уступов, ликвидацию нависей и «козырьков» на уступах, предусматривается производить методами скважинных, шпуровых, накладных зарядов или бутобоем. Расход взрывчатых материалов в карьере приведен в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Расход взрывчатых материалов в карьере «Митрофановский»

4.6 Безвзрывное рыхление строительного камня на карьере Митрофановский

По данным геологического отсчета кварцевый порфир относится к породам I-III категории трещиноватости. Кварцевый порфир, слагающий месторождение, подвергся сильной дислокации, разбит трещинами различного направления на большую глубину, образуя плитчатость. Помимо общей трещиноватости массив кварцевого порфира разбит микротрещинами, что при наличии высокого процентного содержания кварца обуславливает его хрупкость, выражающуюся в раскалывании на части (куски) при динамических нагрузках.

В соответствии с «Нормами технологического проектирования…» (ВНТП 13-1-86 п.п. 2.77, 1.78) в породах I,II категории трещиноватости возможно применение безвзрывного рыхления скальной горной массы с помощью мощных бульдозеров оборудованных рыхлителем, или гидромолота на базе экскаватора.

Проектом предусмотрено применение при отработке карьера бульдозера марки Т-25.01 мощностью 405 л.с. с рыхлителем и экскаватора ZX370МТН с гидромолотом F27 в качестве навесного оборудования.

Технологическая схема работ по данной технологии заключается в следующем. Массив горных пород разрыхляется рыхлителем и гидромолотом. Разрыхленная горная масса бульдозером огребается в валы или кучи, откуда экскаватором грузится в автосамосвалы и транспортируется на ДСК.

5. Выемочно-погрузочные работы

5.1 Общие сведения

Непосредственная разработка горных пород на карьере, представляет собой выемку и погрузу в средства транспорта или выемку, перемещение рабочим органом машины и разгрузку в отвал, носит название выемочно-погрузочных работ или экскавации горной массы. Для механизации этого процесса используются карьерные и универсальные машины с различными технологическими и эксплуатационными качествами, применение которых строго определяется конкретными горнотехническими и природными условиями.

Для разработки мягких вскрышных пород в умеренных климатических условиях при высокой производительности карьера применяют многоковшовые роторные и цепные экскаваторы и драглайны. При коротком периоде работы выемочного оборудования целесообразно применение скреперов с большой вместимостью ковша. При малой производительности карьера, особенно при сезонном режиме, возможно применение в летнее время бульдозеров, скреперов с небольшой вместимостью ковша и башенных экскаваторов. При разработке россыпей используются драги, для производства вскрышных работ -- земснаряды.

Для разработки полускальных и скальных горных пород с предварительным рыхлением в любых климатических условиях применяют механические лопаты.

Все виды машин по принципу действия разделяются на машины непрерывного действия (многоковшовые роторные и цепные экскаваторы, бурошнековые установки, погрузочные машины непрерывного действия, комбайны) и цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, колесные и гусеничные погрузчики, кабельные экскаваторы, скреперы и бульдозеры).

По отношению к средствам транспорта машины могут быть разделены на:

-выемочно-погрузочные, которые предназначены для выемки и погрузки горной массы в средства транспорта в забое (роторные и цепные многоковшовые экскаваторы, механические лопаты, бурошнековые установки, башенные экскаваторы и бурозарядные комбайны);

-экскаваиионные, предназначенные для разработки забоя, пером щения горной массы в ковше на фиксированное конструкт машины расстояние и разгрузки в отвал (драглайны);

-выемочно-транспортируюшие, предназначенные для выемки горной массы и транспортирования ее на экономически целесообразные расстояния (колесные погрузчики, скреперы и бульдозеры)

Выемочно-погрузочные машины являются определяющими по производительности в комплекте горных и транспортных машин технологического потока. Их производительность зависит от подготовки горных пород к выемке и транспортного обслуживания.

Подготовка к выемке мягких и плотных пород заключается в осушении карьерного поля и механическом рыхлении, а полускальных и скальных пород -- в разрушении массива с применением буровзрывных работ для получения горной массы необходимого по крупности состава. Транспортное обслуживание предусматривает сооружение транспортных коммуникаций и ритмичную подачу транспортных средств для перемещения экскавируемой горной массы.

Особое влияние на производительность экскавационных машин оказывают параметры забоя и технология работы.

5.2 Разработка горных пород экскаваторами

Роторные экскаваторы (рисунок 5.1) являются самыми производительными машинами (до 12 тыс. м³/ч). Они предназначены для разработки мягких, а при повышенных удельных усилиях резания (8,3--13,7 Н/см) -- плотных пород и углей. Первый роторный экскаватор был построен в Германии в 1916 г. Рабочий орган экскаватора представляет собой стрелу с роторным колесом диаметром от 2,5 до 21,6 м с ковшами различной вместимости -- до 6,3 м³ с жестким и гибким днищем. Жесткое днище может быть сплошным и перфорированным. Гибкое днище изготовляется из цепей или своего рода кольчуги для предотвращения налипания на него пород.

Рисунок 5.1-Роторный экскаватор ЭР-1250

Принцип работы роторного колеса заключается в снятии стружки горной породы ковшами при его вращении и перемещении в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При докритической скорости вращения роторного колеса (до 5 м/с) порода при достижении ковшом верхнего сектора под действием собственного веса скатывается на конвейер стрелы, расположенной сбоку роторного колеса, а с него через погрузочное устройство - на конвейер погрузочной консоли.

При сверхкритической скорости вращения роторного колеса, когда центробежные силы затрудняют гравитационную разгрузку ковшей, конструкцией колеса предусматривается принудительная разгрузка.

Экскаваторы больших моделей для уменьшения потери времени на книжку в забое имеют выдвижную стрелу, которая обеспечивает отработку забоя на 20--31 м с одного положения. Экскаваторы с жестко закрепленной стрелой после отработки забоя на величину радиуса колеса, обеспечивающего эффективное наполнение ковшей при экскавации, должны перемещаться на это расстояние к забою для проведения следующего цикла.

Экскаваторы малых и средних моделей имеют двухгусеничный ход, конные экскаваторы имеют сложные по конструкции многогусеничные ходовые устройства с трех- или четырехточечной опорной системой или шагающе-рельсовый ход. Роторные экскаваторы, предназначены для работы в комплексе с транспортно-отвальным мостом, выпускаются на рельсовом ходу.

Работа роторных экскаваторов предусматривается в основном с конвейерным транспортом или с отвалообразователем.

Для разработки месторождений строительных материалов, огнеупоров и глин используются роторные экскаваторы малых моделей с диаметру, роторного колеса от 2,2 до 4,7 м и производительностью от 140 ни 600 м³/ч уступами от 5 до 15 м.

Технология разработки забоев зависит от параметров роторных экскаваторов, горнотехнических условий карьера, вида транспорта в комплексе и его конструктивных параметров.

Основными технологическими параметрами роторных экскаваторов являются высота черпания, глубина черпания, радиус черпания максимальный, радиус черпания минимальный, величина выдвижения стрелы, радиус разгрузки, высота разгрузки максимальная, высота разгрузки минимальная, диаметр роторного колеса.

На практике имеется успешный опыт применения роторных экскаваторов ЭРГ-400 и ЭРГ-1600 для разработки взорванных полускальных горных пород с коэффициентом крепости 6-9 (мергели, плотные мергелистые глины и песчаники) при удельном сопротивлении копанию 60-80 Н/см.)

5.3 Разработка горных пород многоковшовыми цепными экскаваторами

Другим видом машин непрерывного действия для разработки горних пород является многоковшовый цепной экскаватор (рисунок 5.2). Его рабочий орган представляет собой жесткую или шарнирно-сочлененную раму, поддерживаемую на канатах стрелы. Принцип работы рабочего органа заключается в том, что при перемещении по поверхности уступа каждым ковшом срезается стружка, заполняя его. При огибании верхнего барабана порода из ковша разгружается в бункер, а оттуда поступает в вагоны или на конвейер.

Рисунок 5.2-Многоковшовый цепной экскаватор Takraf Ers 710

Многоковшовые экскаваторы выпускаются с нижним, верхним или и с верхним и нижним черпанием. Нижнее черпание применяется идя разработки пород вскрыши и полезного ископаемого. Верхнее черпание применяется для вскрышных работ в сочетании с железнодорожным транспортом, транспортно-отвальным мостом или в конструкциях экскаваторов, которые применяются одновременно для производства вскрышных (верхнее черпание) и добычных (нижнее черпание) работ.

Большая часть многоковшовых экскаваторов, предназначенных для вскрышных работ, изготовляется на рельсовом ходу одно- или двухпортальными для подачи железнодорожного транспорта под разгрузку.

В России многоковшовые экскаваторы на рельсовом ходу ЭМ-20Я и гусеничном ходу ЭМ-321 производительностью соответственно Л и 73 м³/ч для небольших карьеров нерудной промышленности и промышленности строительных материалов выпускаются Дмитровским экскаваторным заводом.

Технология разработки забоев многоковшовыми цепными экскаваторами зависит от горнотехнических условий карьера и вида транспорта. Выемка породы может производиться в торцевом забое или с откоса уступа. Шарнирно-сочлененная рама многоковшового экскаватора позволяет эффективно производить раздельную выемку выдержанны но мощности свит пластов.

Область применения многоковшовых цепных экскаваторов несколько меньше, чем роторных вследствие меньших усилий резании на зубьях ковшей, и поэтому они применяются для разработки мягких горных пород в умеренных климатических зонах.

5.4 Разработка горных пород драгами

Многоковшовый рабочий орган имеют драги, предназначенные для разработки россыпных месторождений. Находясь на плаву, драга производит отработку забоя под водой, перемещаясь в сторону вдоль забоя с помощью лебедок с заякоренными канатами на бортах полигона вокруг одной из свай. Во время изменения направления перемещения в забое производится подшагивание драги впусканием одной опоры и поднятием другой. Такое движение драги называется папилионажем. Поднятая многоковшовым органом горний масса подается на оборудование, где полезный компонентизвлекается, а пустая порола (эфеля) сбрасывается в выработанное пространство за драгой.

5.5 Разработка горных пород землеснарядами

Аналогичным с драгой по технологии разработки мягких горны пород под водой является применение земснаряда. Рабочий орган земснаряда представляет собой роторный, черпаковый, шнековый или фрезерный рыхлитель, установленный на стреле. Разрушенная горная порода землесосом через всасывающее устройство, установленное у рыхлителя, перекачивается по плавучему трубопроводу на отвал. Понтон земснаряда представляет собой плоскодонное судии, которое перемещается по заполненному водой котловану, как и драга, папилионированием с помощью лебедок и свай. Производительность землесосных снарядов от 100 до 1000 м³/ч, глубина разработки 3--15 м. Работа земснаряда автоматизирована. Затраты на разработку торных пород земснарядом по сравнению с другими средствами механизации минимальные. Недостатком этой технологии являются большая энергоемкость и необходимость больших площадей под гидроотвалы.

5.6 Разработка горных пород гидромониторами

Впервые в России гидромониторная установка(рисунок 5.3) была применена в 1867 г. для разработки грунта на Восточносибирском золотом прииске. Разработка мягких горных пород гидромониторами основана на разрушении их струей воды из насадки гидромонитора.

Рисунок 5.3-Гидроманиторная установка с дистанционным управлением

Разработка забоя может осуществляться встречным и попутным размывами. Во встречных размывах разработку ведут с образованием вруба в нижней части уступа для обрушения основной массы горной породы. Разрушенная порода насыщается водой и самотеком направляется в зумпф, откуда грунтонасосом по трубопроводу транспортируется на гидроотвал.

В попутном забое разрушенная порода транспортируется до зумпфа этой же струей воды. Возможна разработка горных пород встречным и попутным размывами с направлением пульпы в зумпф по предварительно пройденной траншее.

Физически разрушение горной породы происходит в результате механического воздействия напором струи при лобовом соприкосновении в начале подрезки и по касательной к поверхности забоя в процессе подрезки и её водонасыщении. Благодаря такому комплексному воздействию разрушение горной породы происходит с меньшей энергоемкостью, чем при механическом разрушении.

Разработка породы в забое гидроразмывом состоит из следующих операций: подрезки массива уступа, т.е. образования вруба, его обрушения, водонасыщения обрушенной породы, ее смыв и промывки пульпопроводной канавы.

Наименьшее расстояние монитора or забоя принимается с таким условием, чтобы обрушение после подрезки горной породы было безопасно для работы, обычно оно составляет 1-1,5 высоты уступа. Шаг передвижки монитора принимается кратным длине наращивания секций водовода и составляет 6-12 м. При подрезке массива уступа стремятся иметь минимальную высоту щели, обычно 0,2-0,4 м. Уклон площадки необходим для перемещения пульпы самотеком из забоя в зумпф и приводит к уменьшению высоты разрабатываемого уступа, т.е. образованию недомына. Удаление недомыва выполняется бульдозером или экскаватором, производящими рыхление породы недомыва и его штабелирование. Порода из недомыва смывается гидромонитором. Обычно высота надомыва составляет 1,5-2,0 м.

Для разработки используют гидромониторы ГМП-250с, ГМП-250, ГМД-250,ГМД-300, КУГУ-350 с насадками диаметром от 50 до 150 мм, которые придают струе нужную форму и размер. Цифра в маркировке гидромонитора означает диаметр его входного (отверстия в мм).

5.7 Разработка горных пород драглайнами

Драглайн (рисунок 5.4) является экскаватором цикличного действия. Продолжи- тельность сезона его работы намного превышает продолжительность се юна работы машин непрерывного действия, а во многих климатических зонах страны эффективна его круглогодичная работа.

Драглайном разрабатывают и полускальные породы с предварительным рыхлением буровзрывным способом, производят экскавацию в обводненных горизонтах и при сложной гипсометрии пластов.

Благодаря этим преимуществам разработка горных пород драглайнами у нас в стране в соответствующих условиях нашла широкое распространение. Рабочим органом драглайна является стрела с подвешенным на канатах ковшом. Стрелы отечественных экскаваторов имеют легкую вантовую конструкцию, американских экскаваторов фирмы «Марион» - вид металлической фермы.

Рисунок 5.4-Драглайн

Принцип экскавации заключается в срезании стружки ковшом во время его перемещения экскаватора в забое под действием тягового каната. Ковш заглубляется и производит резание породы под действием собственного веса. Рабочий цикл включает: поворот и одновременное опускание ковша в забой, наполнение ковша, подъем его из забоя с одновременным поворотом на разгрузку.

В горизонтальном положении наполненный ковш удерживается тяговым канатом. Во время работы экскаватор опирается на круглую поворотную платформу большой площади, благодаря чему независимо от массы экскаватор имеет малое давление на грунт -- от 0,4* 10⁵ до 2,3*10⁵ Па, что позволяет ему успешно работать на насыпных породах в отвалах.

Для перемещения все отечественные экскаваторы имеют шагающий или шагающе-рельсовый ход. Основными технологическими параметрами драглайнов являются вместимость ковша, габариты, масса, давление на грунт, преодолеваемый уклон и рабочие параметры, т.е. высота и глубина черпания, радиусы черпания, максимальный с забросом ковша, на уровне стояния, разгрузки, высота разгрузки и радиус вращения кабины

В основном драглайны на карьерах используют для производства вскрышных работ с перевалкой вскрыши в выработанное пространство и при строительстве карьера проведения траншей. В первом случае экскаватор работает в торцевом забое, во втором - в тупиковом с расположением вскрыши на одном или двух бортах траншеи. В исключительных случаях эскаваторы малых моделей применяют для погрузки горной массы и транспортные средства.

Наибольшая производительность драглайна обеспечивается в торцевом забое с нижним черпанием при минимальном угле поворота экскаватора от места черпания к месту разгрузки.

Высота уступа h устанавливается с учетом расположения драглайна на кровле за пределами призмы обрушения при угле наклона плоскости забоя к горизонту в пределах 30-60° по глубине черпания.

Ширина заходки В(м) определяется радиусом черпания с учетом угла разворота драглайна от оси перемещения не более 45°. Разработка забоя драглайном с нижним черпанием производится следующим образом.

В зависимости от шага перемещения драглайна каждый слой вынимается в несколько этапов длиной, соответствующей расстоянию, на котором полностью наполняется ковш. Отработка каждого этапа в слое начинается с откоса уступа, расположенного ближе к отвалу. После отработки слоев на полную высоту забоя выемка оставшейся в забое породы производится наклонными слоями.

Верхнее черпание возможно только драглайнами с ковшами вместимостью более 5 м³. Высота уступа принимается не более h = 0,8А_ч, чтобы исключить задевание ковша за уступ при поворотах драглайна. Угол наклона плоскости забоя для предотвращения скольжения ковша составляет 20-25°. Верхнее черпание менее производительно вследствие меньшей степени наполнения ковша, особенно при высоте уступа от 0,4 до 0,8Л.

При разработке горных пород драглайном с перевалкой вскрыши в выработанное пространство возможно применение технологии с нижним и верхним черпанием поочередно с целью максимальной отработки мощности вскрыши без переэскавации.

При определении параметров этой технологии учитываются горно- технические факторы: высота добычного уступа, углы откосов отвалов, добычного уступа, угол внутреннего трения пород уступа, определяющий берму безопасности, расстояние между нижней бровкой добычного уступа и отвалом, ширина транспортной полосы, а также диаметр базы экскаватора.

Режим работы на некоторых крупных экскаваторах полуавтоматизирован. В систему управления экскаватором включается устройство, которое после выполнения машинистом операции черпания подаст команды управления операциями подъема ковша из забоя, попорота экскаватора к месту разгрузки и поворота обратно в забой в оптимальном режиме при контроле выполнения их машинистом. Эта система стабилизирует работу экскаватора, сокращает цикл экскавации, обеспечивает его высокую производительность.

5.8 Разработка горных пород башенными экскаваторами

Канатная подвеска ковша используется в башенных экскаваторах, которые применяются для разработки небольших и сильно обводненных месторождений.

Одна из башен такого экскаватора располагается на отвале пустых пород, другая - на кровле вскрышной гол щи. Он последовательно производит экскавацию вскрыши с перемещением ее в отвал и добычу полезного ископаемого с погрузкой его и средства транспорта.

Перемещается башенный экскаватор на гусеничном ходу. Его использование наиболее эффективно при разработке сложноструктурных месторождений и свит пластов. Наибольшее применение он имел в Германии для разработки сложных угольных месторождений. Емкость ковша от 2 до 12 м³ при расстоянии между опорами 250--400 м. Теоретическая производительность до 270 м³/ч.

5.9 Разработка горных пород механическими лопатами

Экскаваторы типа механической лопаты -- наиболее распространенные выемочно-погрузочные машины на карьерах.(рисунок 5.5) Конструктивное исполнение позволяет использовать их в тех природных условиях, где выемочно-погрузочные машины непрерывного действия не эффективны.

Рисунок 5.5-Механическая лопата: а - прямая; б - обратная

Они предназначены в основном для разработки плотных горных пород без предварительного рыхления, мерзлых, полускальных и скальных пород с предварительным рыхлением. В специальном северном исполнении механические лопаты обеспечивают выемочно-ногрузочные работы в зонах с суровыми климатическими условиями при низких температурах воздуха. Рабочим органом механической лопаты являются ковш, рукоять, стрела.

Современные карьерные экскаваторы имеют гусеничный ход и электрический или дизельный привод.

Процесс экскавации плотных пород из массива заключается в срезании стружки режущей кромкой ковша, повороте экскаватора к месту разгрузки, разгрузке ковша и возвращении рабочего органа в забой. Выемка взорванной горной массы крепких пород осуществляется заглублением ковша в развал.

По средствам перемещения рукояти с ковшом современные экскаваторы разделяются на канатные и гидравлические.

Черпание у канатного экскаватора происходит благодаря усилию напорного механизма, расположенного на стреле, и его подъемных канатов от подъемных лебедок. Траектория черпания при этом сохраняется постоянной. Начинается она в нижней части забоя. У гидравлического экскаватора траектория черпания может быть разнообразной благодаря особому соединению рукояти со стрелой и дополни тельному механизму поворот ковша на конце рукояти. Этим обеспечивается более эффективное использование энергии для внедрения и наполнении ковша.

В плотных породах и полускальных трещиноватых без предварительного рыхления черпание гидравлическим экскаватором начинается горизонтальным внедрением ковша в верхней части забоя. Во взорванном на сотрясение массиве черпание начинается с нижней части забоя, при этом образуется как бы вруб для дополнительного разрыхления горной массы самообрушением. При разработке песчано-валунной горной массы гидравлическийй экскаватор может удалить крупное включение в любой зоне забоя черпанием с выкапывающей траекторией. При разработке мягких или хорошо взорванных горных пород у гидравлического экскаватора аналогична траектории канатного. При оборудовании гидравлического экскаватора обратной лопатой он имеет возможность обеспечить нижнее черпание.

Существенным достоинством гидравлических экскаваторов является информация через рычаг управления об усилиях на исполнительных органах машины. Это обеспечивает большую надежность их работы и позволяет машинисту выбирать оптимальные траектории для черпания.

Благодаря трем степеням свободы рабочего органа гидравлический экскаватор может работать также с оборудованием «обратная лопата», обеспечивая разработку забоя в мягких и хорошо взорванных породах как выше уровня стояния экскаватора так и ниже.

По назначению механические лопаты делятся на карьерные и вскрышные.

Карьерные экскаваторы предназначены для разработки горных пород с погрузкой в средства транспорта ординарным рабочим оборудованием на уровне стояния экскаватора и удлиненным -- выше уровня его стояния.

Вскрышные экскаваторы имеют большие рабочие параметры п предназначены для разработки горных пород с перевалкой вскрыши и выработанное пространство.

5.10 Разработка горных пород скреперами

Скрепер (рисунок 5.6) относится к землеройно-транспортным машинам, выполняет процессы выемки породы, перемещения ее на расстояние 0,246 км и укладки в отвал. Он используется в дорожном строительстве и на карьерах для разработки мягких или полускальных предварительно разрыхленных механическим способом пород. Скреперы выпускаются прицепные и самоходные.

Рисунок 5.6-Самоходный скрепер МоАЗ-6014

Преимущество скреперов заключается в их мобильности, поэтому применение их эффективно для разработки небольших объемов горных пород или, при значительной концентрации этой техники, для выполнения больших объемов в короткое время.

Скрепер применяется на рекультивационных работах на карьерах, т.е. снятии плодородного слоя, а затем, после отработки карьерного поля и планирования отвалов, - на перемещении и нанесении его на поверхность отвала, производстве вскрышных работ при малой мощности мягкой вскрыши, разработке пропластков полускальных пород, проведении капитальных и разрезных траншей и т. п.

Рабочий цикл скрепера состоит из срезания слоя породы с заполнением ковша, транспортирования породы на необходимое расстояние, разгрузки ковша и возвращения в забой. Загрузка и разгрузки ковша скрепера осуществляются свободно или принудительно. При свободной загрузке слой снимаемой породы заполняет ковш, перемещая части загруженной породы внутрь ковша. В этом случае около 40% тягового усилия скрепера затрачивается на преодоление сопротивления породы в ковше. Принудительная загрузка производится с помощью скребкового погрузчика, который устанавливается вместо передней заслонки и принудительно поднимает породу в верхнюю часть ковша.

В нашей стране скреперы выпускаются с ковшом вместимостью от 8 до 25 м³, за рубежом - от 4 до 60 м³. Ширина полосы резания составляет 2580--3550 мм, величина заглубления -- 200--410 мм, расстояние транспортирования--от 2 до 6 км.

Технология разработки горных пород скреперами на карьерах заключается в срезании последовательных слоев породы на горизонтальной или наклонной поверхности. Разработка горизонтальными слоями применяется при малой мощности вскрышных пород, снятии плодородного слоя, подготовке участка карьерного поля к разработке или проведении неглубоких (до 3 м) траншей.

Выемка пород скрепером на наклонной площадке эффективнее, вследствие снижения усилия на выемку при движении его под уклон. Эта технология применяется при проведении разрезных и глубоких (от 3 до 18 м) капитальных траншей, при разработке мощной вскрыши. Угол наклона забоя устанавливается в зависимости от физико-механическихсвойств разрабатываемых пород и изменяется от 10 до 20°. Длина наклонного забоя должна соответствовать расстоянию, на котором происходит заполнение ковша.

5.11 Разработка горных пород бульдозерами

Бульдозеры (рисунок 5.7) для разработки горных пород применяются на карьерах в основных работах по удалению покрывающих пород, на отвалах, на рекультивационных и вспомогательных работах: зачистке пласта перед выемкой, планировке поверхности забоя и очистке дорог от просыпей и снега.

Рисунок 5.7- Бульдозер Б11

При разработке россыпей бульдозеры применяют для производства вскрышных и добычных работ.

Промышленностью выпускаются бульдозеры, отличающиеся мощностью двигателя, конструкцией и способом крепления отвала (наш воротный и поворотный), на гусеничном или колесном ходу. Поворотный отвал может устанавливаться под углом 54-60° к оси движения бульдозера. Такой бульдозер иначе называется англозером.

Для производства вскрышных работ и для работ на отвале применяются мощные гусеничные бульдозеры с прямым отвалом. Дли зачистки от просыпей дорог, зачистки забоев и там, где требуется быстрая смена объектов работы на карьерах, применяются колесные бульдозеры с прямым или косым отвалом.

Технология разработки горных пород бульдозерами заключается и последовательном снятии стружки толщиной 0,3--0,5 м на горизонтальной или наклонной (до 30°) поверхности. Средняя длина пути, на котором происходит набор породы перед отвалом, составляет 8--16 м. При работе на наклонной поверхности часть веса бульдозера используется для увеличения усилия на резание и перемещение горной породы. Заглубление отвала осуществляется гидравлической системой бульдозера, которая опускает отвал на необходимую величину. После заполнения породой пространства перед отвалом бульдозер поднимается на уровень забоя и транспортирует горную породу на необходимое расстояние. Для уменьшения потерь породы при транспортировании отвалы могут быть оборудованы закрылками. При значительном объеме вскрышных работ применяют спаренную работу бульдозеров или двух бульдозеров с одним широким отвалом. Это позволяет почти в полтора раза увеличить производительность. В плотных породах горные работы бульдозерами производят совместно с рыхлителями или сами бульдозеры оборудуют несколькими зубьями на самом отвале для дополнительного рыхления при движении вперед или назад. Разрыхленную горную породу бульдозер перемещает до бункера, через который она поступает на конвейер или колесный транспорт, или до штабеля, из которого погрузчиком или экскаватором производится погрузка в средства транспорта. Допустимая величина угла уклона пути при транспортировании горной массы составляет 6°.

Работа бульдозеров на отвалахлах заключается в укладке доставленной автотранспортом породы в отвал. Современные мощные автосамосвалы по правилам безопасности разгружаются на расстоянии 3-5 м от бровки отвала. Бульдозер последовательными стружками или частями перемещает эту породу под откос. Производительность бульдозера при разработке горных пород зависит от его мощности размеров отвала, расстоянии транспортирования и свойств разрабатываемых горных пород. Операции рабочего цикла: снятие стружки и набор породы перед отвалом, перемещение с грузом и холостой ход.

5.12 Разработка горных пород ковшовыми погрузчиками

Одноковшовые погрузчики (рисунок 5.8) применяются на карьерах в качестве выемочно-погрузочного, выемочно-транспортного и вспомогательного оборудования.

Рисунок 5.8- Ковшовый погрузчик XCMG

В качестве выемочно-погрузочного оборудования наибольшее распространение они получили на карьерах с автомобильным транспортом.

В качестве вспомогательного оборудования погрузчики используются так же, как и бульдозеры для зачистки забоев, очистки дорог от снега, просыпи и при ремонте дорог.

Основные преимущества погрузчика - мобильность и автономность привода, поэтому его применение наиболее эффективно в период освоения месторождения и на карьерах с непродолжительным сроком существования.

За рубежом погрузчики на карьерах используются достаточно широко. Производительность погрузчика зависит от вместимости ковша, технологии разработки забоя, дальности транспортирования и определяется по тем же зависимостям, что и для экскаватора.

5.13 Разработка горных пород комбайнами

Для разработки плотных и полускальпых пород и особенно угля и руды используются комбайны (рисунок 5.9), обеспечивающие по принципу действия одновременную непрерывную выемку и погрузку горной массы. По аналогии с комбайнами для проходческих работ в подземных условиях они эффективно работают в породах с прочностью на одноосное сжатие до 180-200 МПа. В породах с коэффициентом крепости 12-14 по шкале проф. М.М. Протодьяконова вследствие поточности производства и отсутствия буровзрывной подготовки горной массы затраты на разгрузку почти в 2 раза ниже.

Рисунок 5.9- Фрезерный комбайн

Современные комбайны различаются принципом действия, конструкцией и расположением рабочего органа. Они изготовляются в Германии, США, Англии, Австрии.Японии и Швеции.

К первой группе относятся комбайны с рабочим органом в виде цилиндрической фрезы, расположенной в центре в нижней части опорной рамы между передними и задними гусеницами. Фреза представляет собой шнековый барабан, оснащенный штыревыми зубками, расположенными по винтовой линии и армированными вставками из кобальто-вольфрамового твердого сплава. Вращение фрезы можетосуществляется как в направлении движения комбайна, так и против. Число зубков, их тип, расстояние между ними зависит от физико-механических свойств горных пород. Разрушенная горная порода со средним разром куска до 300 мм конвейером загружается в транспортные средства или в штабель вдоль полосы выемки, из которого горная масса погрузчком или экскаватором м загружается в транспорт.

5.14 Выемочно-погрузочные работы на Митрофановском месторождении

В качестве погрузочного оборудования в проекте принимается гидравлический экскаватор (обратная лопата) фирмы HITACHI ZX370МТН с ковшом емкостью 1,5м³.Погрузка горной массы производится экскаватором ZX370МТН в автосамосвалы грузоподъемностью 13,5 т, кварцевый порфир транспортируется на ДСК, а породы вскрыши вывозятся во внешний отвал.

Для рыхления, перемещения горной массы и зачистки уступов применяется бульдозер типа Т-25.01.Вспомогательные работы и операции в карьере сводятся к следующему: зачистка подошвы уступов; разделка негабаритов; орошение забоев и автодорог в карьере; оборка уступов от нависей, козырьков, ликвидация заколов; очистка предохранительных берм. Перечень основного оборудования для производства горных работ в карьере «Митрофановский» приведен в таблице 5.1. Техническая характеристика основного карьерного оборудования приведена в таблице 5.2.

Таблица 5.2- Техническая характеристика основного карьерного оборудования

6. Перевозка карьерных грузов

6.1 Общие сведения

Транспортирование карьерных грузов является наиболее энергоёмким, следовательно, дорогим производственным процессом на карьерах. В общих затратах на разработку месторождений открытым способом на долю транспорта приходится 60--70%.

Исходя из существа открытых горных разработок, перевозке подлежат: пустые породы, полезное ископаемое, некондиционное полезное ископаемое и материалы для производства горных работ.

Транспортирование на карьере отличается большой специфичностью, которая заключается:

-в постоянстве направления перемещения грузов и относительной стабильности расстояния перемещения в течение определенною периода;

-в большой интенсивности движения;

-в сложности трасс как в профиле, так и в плане их нестационарности, т. е. необходимости перемещения их вслед за горными работами в карьере и на отвалах;

-в различии свойств перемещаемой горной массы, характеризующейся в скальных породах большим диапазоном плотности, абразивностью, различной кусковатостью, а в мягких породах - влажностью, налипаемостью, но во всех случаях динамическими нагрузками при загрузке транспортных сосудов.

Для перевозки карьерных грузов используются почти все известные виды транспорта:

-непрерывного действия (конвейерный, трубопроводный, подвесные канатные дороги);

-цикличного действия (железнодорожный, автомобильный, скиповой, гравитационный, грузоподъемные устройства).

Каждый вид транспорта обладает своей специфичностью, поэтому для эффективного использования в зависимости от горнотехнических условий он может применяться в грузопотоках в единственном виде или и комбинации с другими.

И настоящее время наибольшее количество горной массы на карьерах перевозится автомобильным и железнодорожным транспортом.

Транспорт непрерывного действия наиболее эффективный. Он обеспечивает поточность производства горных работ, автоматизацию управления и высокую производительность труда. Сочетание его с выемочно-погрузочной и отвалообразующей техникой позволяет создавать полностью автоматизированные высокопроизводительные комплексы для разработки горных пород. Пример таких комплексов - роторные или многоковшовые экскаваторы, с конвейерным транспортом, с транспортно-отвальным мостом или отвалообразователем, гидравлические комплексы из гидромониторов или земснарядов и трубопроводного гидравлического транспорта, а также драги, которые включают в себя и обогатительное оборудование.

Применение комплексов непрерывного действия для разработки горных пород на карьерах упрощает грузопотоки и повышает степень использования оборудования на карьере. Транспорт цикличного действия (железнодорожный и автомобильным) используется на карьерах как самостоятельно, так и в комбинации с непрерывным. Его применение позволяет обеспечить высокую надежность транспортного обслуживания, маневренность, однако управление им и контроль его сложнее, чем транспорта непрерывного действия.

6.2 Конвейерный транспорт

Конвейерный транспорт является относительно молодым видом транспорта на карьерах, хотя для перемещения пород, особенно сыпучих, он используется давно. На карьерах для транспортирования мягких, дробленых, скальных и полускальных горных пород получили распространение ленточные конвейеры. Принцип их работы заключается в перемещении горной породы на конвейерной ленте, которая приводится в движение тяговым устройством. Лента при своем движении опирается на роликовые опоры, которые скреплены на раме конвейера. Для транспортирования мягких горных пород применяются конвейеры с жесткими неподвижными роликоопорами, для скальных и полускальных пород -- роликоопоры на гибких подвесках или опирающиеся на специальные тележки.

Для уменьшения нагрузки на конвейерную ленту применяют дополнительные тяговые органы в виде канатов (канатно-ленточный конвейер), цепей и тележек (колёсно-ленточный конвейер). В этом случае лента служит только как емкость для размещения горной массы.

Конвейер состоит из отдельных секций (ставов) с приводом и натяжным устройством. Длина конвейерного става зависит от прочности ленты и конструктивных особенностей конвейера.

Перегрузка горной массы с одного става на другой предусматривается через консоль одного става в бункер другого.

По назначению и месторасположению в карьере конвейерный транспорт разделяется на забойный, сборочный, подъемный, магистральный и отвальный (рисунок 6.1).

Забойные конвейеры располагают на рабочей площадке уступа. Они предназначены для транспортирования горной массы от экскаватора до сборочного конвейера.

Сборочные (передаточные) конвейеры pасполагают в торцевых частях карьера. Они предназначены дли транспортирования горной породы от одного или нескольких забойных конвейеров к подъемнику. Сборочные конвейеры перемещают вслед за забойными конвейерами параллельно их оси. Их передвижка предусматривается по рельсам или на гусеничном ходу.

Подъёмные конвейеры располагают в нерабочей или временно нерабочей зоне карьера (в траншеях или подземных наклонных выработках). Они предназначены для доставки горной массы из рабочей зоны карьеpa на поверхность. Подъемный конвейер принимает горную массу oт сборочного конвейера при обычной конструкции под углом до 18°, и при специальной--до 50° и транспортирует ее по борту карьера на поверхность. Подъемный конвейер имеет более мощный привод и конструкцию, предусматривающую практически стационарное его расположение. Магистральные конвейеры располагают на поверхности карьера и имеют стационарную конструкцию. Они предназначены для транспортирования пород вскрыши к отвалам, а полезного ископаемого - ми обогатительную фабрику или к складам.

Рисунок 6.1- Схема размещения конвейерного комплекса на карьере:

1 - роторные экскаваторы; 2 - загрузочные бункера; 3 - забойный конвейер; 4 - сборочный конвейер; 5- консольные отвалообразователи; 6- отвальный конвейер; 7- перегрузочный бункер; 8 - отвалообразователи; 9 - добычной экскаватор; 10 - ось транспортных коммуникаций для доставки полезного ископаемого

Отвальные конвейеры располагают на отвалах. По характеру своей работы они аналогичны забойным конвейерам, т.е. перемещаются вслед за отвальным фронтом. Конструкции конвейеров предусматривают работу их в комплексе, куда входят перегружатели и отвалообразователи. Перегружатель выполняет функцию передаточного органа от экскаватора до забойного конвейера или от забойного конвейера к сборочному с одного горизонта на другой. Он конструктивно выполнен как самоходное устройство на гусеничном или шагающем ходу с приёмным устройством и консольным расположением перегрузочного конвейера, который может принимать угол наклона до 18°. В горизонтальной плоскости приемное устройство и перегрузочная консоль могут разворачиваться на 60°.

При комбинированном автомобильно-конвейерном транспорте полускальных и скальных горных пород в конвейерный комплекс входит стационарная или полустационарная дробилка, которую устанавливают на борту карьера. Горную массу из забоя доставляют автомобильным транспортом до дробилки и после неё пустую породу транспортируют подъемным конвейером на борт карьера и дальше магистральным конвейером на отвал, полезное ископаемое -- на обогатительную фабрику. Степень дробления горных пород в дробилке определяется конструкцией конвейера.

6.3 Трубопроводный (гидравлический) транспорт

Трубопроводный транспорт является транспортом непрерывного действия. На карьерах он представлен гидравлическим транспортом. Являясь самым эффективным, он имеет большие ограничения применения по климатическим условиям (сезонность работы), свойствам транспортируемых пород (мягкие горные породы и частично дробленные полускальные) и наличию водоисточников.

Гидравлический транспорт делится на самотечный и напорный по трубам. Самотечным гидравлическим транспортом человек пользуется с древнейших времен, трубопроводный нашел распространение с появлением мощных средств гидромеханизации для разработки горных пород.

Гидравлический транспорт горных пород на карьере, как и конвейерный, позволяет объединить в непрерывный поток выемку, доставку и отвалообразование, создавая автоматический гидравлический комплекс.

Гидротранспорт -- это перемещение смеси мягких или дробленых полускальных горных пород по трубам в воде с критической скоростью, создаваемой работой землесоса (грунтонасоса).

Смесь воды с породой называется пульпой.

Под критической скоростью понимают скорость потока, при которой частицы данного гранулометрического состава и плотности перемещаются без заиливания трубопровода.

Критическая скорость движения пульпы зависит от степени насыщения потока жидкости твердой породы, крупности фракций и плотности переметаемых горных пород, диаметра трубопровода и шероховатости его внутренних стенок.

Степень насыщения потока жидкости твердой породой называется консистенцией и измеряется отношением твердого материала к воде (Т : Ж). Чем больше консистенция пульпы, тем больше производительность гидравлического транспорта по породе.

Для гидротранспорта горных пород на карьерах применяют труба диаметром от 250 до 800 мм.

Полускальные горные породы или уголь предварительно дробят (чаше всего в роторных дробилках) и через загрузочные аппараты вводят в поток воды, создаваемый насосами.

Вода для гидротранспорта горных пород на карьере подается по трубопроводам насосными станциями. При прямоточном водоснабжении вода полается прямо из водоема, а при использовании оборотной воды - из отстойника на гидроотвале с некоторой подпиткой (из-за неизбежных потерь воды) из водоема (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2- Схемы водоснабжения гидротранспорта горных пород:

а-прямоточное водоснабжение; б - водоснабжение с использованием оборотной воды и подпиткой; 1 - река; 2- перемычка; 3 - разводящий канал; 4 - насосная станция; 5- водовод; 6- карьер; 7- пульповод; 5- отвал; 9- водосбросной колодец; 10- сбросная канава

При перемещении забоя на карьере трубы к гидромониторам и пульповоду наращивают специальным креплением или сваркой очередных секций труб. При перемещении фронта горных работ став труб разбирают (при сварочном соединении разрезают) на плети и перемещают на новую трассу бульдозерами, где вновь соединяют. Землесосные установки с силовой и пусковой аппаратурой перемешают бульдозерами кик при подвигании забоев, так и фронта работ. Шаг передвижки в забое определяется эффективной длиной пути самотечного транспортирования пульпы от забоя до зумпфа. Загрузочные аппараты при транспортировании полускальных горных пород перемещают реже, так как oт забоев до них горную массу доставляют средствами колесного транспорта (погрузчиками и автосамосвалами).

6.4 Транспортирование горной массы по канатным подвесным дорогам

Канатные подвесные дороги применяются в основном как элемент комбинированного транспорта на карьерах со сложными топографическими условиями для доставки полезного ископаемого от перегрузочного пункта, куда оно доставляется автотранспортом, до обогатительной фабрики. Как вид транспорта он представляет собой подвешенные на опорах несущие канаты (рисунок 6.3) диаметром 51 и 65 мм, по которым движутся роликовые ходовые устройства с вагонетками грузоподъемностью 1; 2; 3,2 т и соответствующей вместимостью 0,5-1; 0,5-1,25; 1--2 м³. Все ходовые устройства вагонеток соединены штатом диаметром 27, 30,5 и 32,5 мм, который приводится в действие приводом, расположенным на одной из станций канатной дороги и обеспечивающим скорость 2,5--3 м/с.

Принцип работы канатной подвесной дороги заключается в загрузке вагонеток из дозатора на погрузочной станции, перемещении грузов и разгрузке в приемный бункер. Процесс погрузки и разгрузки, а также режим работы всей установки автоматизированы. Высота опор канатной дороги (15-100 м) и расстояние между ними (около 500 м) зависят от рельефа местности.

6.5 Пневмоконтейнерные и конвейерные поезда

К поточному транспорту можно отнести трубопроводный пневмоконтейнерный транспорт и конвейерные поезда (рисунок 6.4).

Первый представляет собой составы цилиндрических контейнером, которые перемещаются по трубопроводу на колесах под действием создаваемого в трубопроводе воздуходувками разряжения. В пунктах погрузки и разгрузки контейнеры перемещаются с помощью толкателей.

Конструкция конвейерного поезда представляет собой металлический желоб на рельсовом ходу с магнитофрикционным приводом, стационарно расположенным между путями. Его работа возможна в не прерывном ритме как пластинчатый питатель, так и в дискретном отдельными поездами. Оба вида транспорта позволяют перемещать горную массу любой кусковатости, габаритной по загрузочным устройствам и трассе с уклонами до 30°, обеспечивая производительность грузопотока 5-10 млн т/год.

6.6 Перевозка горной массы железнодорожным транспортом

Рисунок 6.3- Схема канатной подвесной дороги:

1и 6- приёмный и разгрузочные бункера; 2-тяговый канат; 3- несущий канат; 4 - опора; 5 и 7- натяжные станции

Железнодорожный транспорт является наиболее распространенным транспортом на карьерах. Принцип работы железнодорожного транспорта заключается в перемещении вскрыши в думпкарах, полезного ископаемого в гондолах из забоев к месту разгрузки электровозами или тепловозами. Число вагонов в поезде (вес поезда) рассчитывается из условия характеристик локомотива, пути и его состояния.

Железнодорожные пути функционально разделяются на временные и стационарные по трём категориям, отличающихся верхним стрш'ИЩ ем путей.

К временным относятся пути на рабочих площадках в карьере и на отвале. К стационарным относятся пути в траншеях, на транспортов бермах и на поверхности карьера.

Временный путь периодически перемещается вслед за перемещение ем фронта работ в карьере или на отвале.

Железнодорожный путь по длине делится на участки, которые называются перегонами. Пункты, ограничивающие перегоны, представляют собой станции, разъезды и посты.

Станции служат для размещения поездов, формирования составов, осмотра, обслуживания и ожидания встречного поезда при одиноколейном пути; разъезды предназначены только для ожидания встречного поезда (обычно груженого, которому отдается предпочтение в движении). Станции и разъезды имеют специальное путевое развитие, соответствующее назначению и грузообороту. Посты не имеют путевого развития. Они служат для остановки поезда в случае занятия поезда следующего перегона.

Схема путевого развития на карьере включает также пути примыкания карьерных путей к линиям МПС, пути на складах, монтажных площадках карьерного оборудования, депо дли ремонта подвижного состава и т.п.

В зависимости от производительности карьера по горной массе трасса стационарных железнодорожных путей в карьере может быть или однопутной или двухпутной. Однопутная трасса предусматривает движение груженых и порожних поездов с разминовкой на разъездных пункт. В этом случае для увеличения производительности железнодорожниц транспорта уменьшают длину перегона, на котором по правилам эксплуатации железнодорожного транспорта может быть только один состав.

Двухпутная трасса обеспечивает движение груженых и порожних поездов по отдельным путям. Для развития высоких скоростей, наоборот, увеличивают длину перегона.

Развитие забойных и отвальных путей предусматривав минимальные простои выемочно-попогрузочных и отвальных машин и самого подвижного состава железнодорожного транспорта при обменах груженых поездов на порожние в забое. При одном пути обмен составов осуществляется вне рабочей зоны горизонта. В этом случае для обмена требуется, чтобы порожний состав ожидал на обменном пункте выхода груженого поезда с забойных путей. Время простоя экскаватора будет слагаться из времени движения груженого состава по забойным путям до обменного пункта и времени движения порожнего состава к месту погрузки. Для уменьшения времени простоя обменный путь устраивают в рабочей зоне горизонта, однако передвижение такого пути усложняется. При работе на горизонте двух и более экскаваторов устраивают двухпутные линии для всех экскаваторов или обменные пункты для второго и последующих экскаваторов.

На отвалах пулевое развитие зависит от технологии отвалообразования. При экскаваторном отвалообразовапии схема путевого развития аналогична забойной.

Скорости железнодорожного транспорта в карьере по стационарным путям составляют 35--40 км/ч, по забойным и обменным путям - 15 20 км/ч.

Подвижной состав карьерных железных дорог состоит из вагонов и локомотивов. Вагоны для перевозки вскрыши называются думпкарами, для полезного ископаемого -- гондолами (полувагонами) и хопперами.

Думпкар представляет собой мощную платформу, способную выдерживать большие динамические нагрузки при разгрузке ковшей экскаватора. Разгрузка думпкара осуществляется наклоном его в одну или другую сторону с помощью пневматических цилиндров. При этом борт думпкара в сторону наклона откидывается или поднимается рычажным механизмом.Гондолы и хопперы представляют собой вагоны без крыши с разгрузкой через отверстия, образующиеся в гондолах при открытии люков в днище в хопперах -- в нижней части боковых стенок. Грузоподъёмность полувагонов от 63 до 125 т.

В качестве локомотивов па карьерах применяют электровозы и в некоторых случаях тепловозы. Электровоз имеет специальную конструкцию, способную обеспечить эффективную работу железнодорожного транспорта в карьерных условиях, характеризующихся большой интенсивностью движения, сложностью трасс с малыми радиусами закруглений, большими подъемами, наличием временных забойных и отвальных путей, большой грузоподъемностью составов и неблагоприятными климатическими условиями.

6.7 Автомобильный транспорт

Автомобильный транспорт имеет широкое распространение на карьерах.

Автомобильный транспорт на карьерах характеризуется, как и железнодорожный, грузооборотом, т. е. количеством груза в тоннах, перевозимого в единицу времени.

Принцип его работы заключается в перемещении горной массы из забоев к пунктам приема горной массы по автодороге и её разгрузке.

Автомобильные дороги в карьере разделяются на капитальные и временные. Капитальные дороги сооружаются на стационарных участках Трассы на поверхности карьера, в траншеях и транспортных бермах. Временными являются забойные дороги в забоях, на рабочей площадке, на скользящих съездах и на отвалах. Дороги характеризуются грузонапряженностью, т. с. количеством груза в тоннах, отнесенного к одному километру пути, и интенсивностью движения, т. е. количеством машин, проходящих в одном направлении в единицу времени. В зависимости от грузоподъемности и интенсивности движения капитальные дороги делятся на три категории, каждая из которых имеет свои требования к покрытию дорог и их параметрам.

Параметрами дороги являются: ширина части, радиус закруглений, уклон в продольном и поперечном направлениях, на виражах, наименьшее растояние видимости поверхности дороги и автомобиля.

При однополосном движении ширина дороги при движении БелАЗ-540 - 5,5-6,0 м; БелАЗ-548 - 5,8-6,6 м; БелАЗ-549 - 8-9,8 м; БелАЗ-7519 - 8,3-10,6 м; БелАЗ-7521 - 10,4-12,8 м.

Поперечный уклон автодороги определяется типом дорожного покрытия, шириной, водопроницаемостью, скоростью движения и составляет 20-40 %₀.

Продольный уклон временных дорог принимается в пределах 60--80 °/_оо. При движении в карьерах тягачей с прицепами и полуприцепами подъем не должен превышать 60 °/_оо.

Радиус горизонтальных кривых автодорог в значительной степени влияет на скорость движения и устойчивость автомобиля при движении на кривых участках дороги.

Проезжая часть полустационарных и стационарных дорог имеет дорожную одежду из нескольких конструктивных слоев.

Щебеночные и гравийные одежды удовлетворительно работают при укладке сверху покрытий из щебня и гравия, обработанных черными вяжущими, предохраняющими дорожную одежду от разрушении и предотвращающими образование пыли.

Проезжая часть автомобильных дорог на транспортных бермах борта карьера ограждается у призмы обрушения предохранительными сооружениями в виде ориентирующего или удерживающего породного вала или отклоняющего анкерного железобетонного сооружения. Для их размещения предусматривается полоса в первом случае 3-4 м, во втором - 6--10 м, в третьем -- 1--3 м.

Со стороны откоса борта карьера предусматривается площадка для сбора осыпей (0,5 м) и водоотводная канава (0,5 м). Обочины с обоих бортов проезжей части дороги на берме принимаются от 0,5 до 1,5 м.

Временные дороги не имеют нижнего строения и мощного покрытия. В карьере и на отвалах их прокладывают бульдозерами с подсыпкой щебенкой из рыхлых пород со слабой несущей способностью толщиной 30 см, на плотных и полускальных породах-- 25 см, на скальных породах - 20 см с уплотнением виброкатками.

На временных дорогах (а также при устройстве дорог в холодное время года и на неустойчивых грунтах) целесообразно устройство железобетонных покрытий (сплошных или колейных).

Главные откаточные дороги с покрытием:

бетонным, асфальтобетонным, гудронизированным,

брусчаткой 15-20

гравийным 5--30

щебеночным 30-45

Забойные и отвальные дорожные грунтовые проезды:

укатанные в забоях 50--80

укатанные на отвалах до 150

неукатанные 250--300

Безопасное расстояние между движущимися автомобилями определяется расстоянием видимости не менее 50 м.

Автотранспортные средства на карьерах в настоящее время представлены автосамосвалами грузоподъемностью от 12 до 180 т отечественного производства и 110-250 т производства фирм США, Канады, Великобритании. Японии, Швеции и Германии.

Основным направлением совершенствования автомобильного ; транспорта является увеличение его грузоподъёмности и надежности ; работы, уменьшение выброса в атмосферу вредных компонентов выхлопных газов.

6.8 Транспортирование горной массы подъемниками

Подъемник -- это один из видов транспорта, который обеспечивает подъем горной массы по кратчайшему расстоянию. Распространены подъемники канатные -- скиповые, клетевые, канатно-автомобнльные, самоходные (рисунок 6.4).

Рисунок 6.4- Схемы подъёмников: а - скиповой, б - канатная подвеска скипов; в- клетьевой; г - канатно-автомо- бильный; 1-4 - конструкции подвески скипа

Скипы применяются для подъема горной массы с глубоких горизонтов карьеров с равнинной поверхностью или спуска ее с рабочих горизонтов до господствующей поверхности.

Скорость движения скипов достигает 8,5 м/с. Трасса скипа прямолинейная под любым углом (до 90°) при расположении ее в вертикальном стволе, что обеспечивает доставку горной массы по кратчайшему расстоянию.

Клетьевые подъемники применяются для подъема транспортных сосудов -- железнодорожных вагонов или самосвалов на специальных платформах. Подъем и спуск клетьевыми подъемниками производится с конечных станций или промежуточных горизонтов.

Канатно-автомобильный подъемник обеспечивает подъем горной массы автосамосвалов по трассе с подъемом 20-30° без перегрузки.

Самоходный скиповой подъемник оборудуется на гусеничном ходу и представляет собой устройство с двумя емкостями, которые попеременно поднимаются лебедкой по наклонной раме. Он используется для передачи горной массы с горизонта на горизонт при цикличном забойном транспорте.

6.9 Гравитационная доставка горной массы на карьерах

Рудоскат (рисунок 6.5) представляет собой траншею, проложенную по откосу косогора под углом более 35°. Глубина траншеи зависит от рельефа поверхности косогора. Ширина траншеи определяется количеством одновременно разгружающихся автосамосвалов или погрузчиков на разгрузочной площадке. Дно траншеи в слабых породах футеруется металлом. В нижней части траншеи сооружается накопительная площадка или бункер, из которого производится загрузка руды в средства внешнего транспорта.

Рисунок 6.5- Ступенчатый рудоскат для доставки руды с нагорного карьера

6.10 Доставка горной массы из карьера грузоподъемными устройствами

На карьерах строительных материалов для доставки блочного камни из карьера применяются грузоподъемные устройства в виде кабель-кранов, деррик-кранов и автомобильных кранов на пневмо- и гусеничном ходу.

Кабель-кран состоит из двух башен на рельсовом или гусеничном ходу, располагаемых на бортах карьера с системой несущих, подъемных и тяговых канатов. Расстояние между башнями достигает 1км, грузоподъемность около 100 т. Отделенный от массива блок камня поднимается краном из карьера и грузится в средства транспорта.

Деррик-кран представляет собой подъемную конструкцию на поворотном основании, располагается на борту или в карьере на промежуточном горизонте. Поднимаемые блоки грузятся непосредственно в средства транспорта или передаются для подъема выше расположенному деррик-крану.

Автомобильные и гусеничные краны располагаются непосредственно в карьере на рабочем горизонте и производят погрузку каменных блоков в средства транспорта. При использовании нескольких кранов возможна каскадная подача каменных блоков из карьера на поверхность, как и деррик-кранами. Грузоподъемность современных автомобильных кранов достигает 800 т, максимальная высота подъема 165 м. В таблице 6.1 представлен комбинированный транспорт, используемый на карьерах.

Таблица 6.1- Комбинированный транспорт

6.11 Целесообразность применения карьерного транспорта

На карьерах для транспортирования мягких, дробленых, скальных и полускальных горных пород получили распространение ленточные конвейеры.

Для транспортирования мягких горных пород применяются конвейеры с жесткими неподвижными роликоопорами, для скальных и полускальных пород -- роликоопоры на гибких подвесках или опирающиеся на специальные тележки.

Сборочные предназначены дли транспортирования горной породы от одного или нескольких забойных конвейеров к подъемнику. Подъёмные предназначены для доставки горной массы из рабочей зоны карьеpa на поверхность. Подъемный конвейер принимает горную массу oт сборочного конвейера при обычной конструкции под углом до 18°, и при специальной--до 50° и транспортирует ее по борту карьера на поверхность.

Эффективность и безопасность транспортирования скальной горной массы под углом более 14° и мягких горных пород под углом боксе 18° обеспечиваются рифлением поверхности ленты, использованием прижимной ленты или цепной сетки, которые препятствуют скатыванию породы при движении ее под наклоном.

Трубопроводный транспорт является самым эффективным. Он имеет большие ограничения применения по климатическим условиям (сезонность работы), свойствам транспортируемых пород (мягкие горные породы и частично дробленные полускальные).

Канатные подвесные дороги применяются в основном как элемент комбинированного транспорта на карьерах со сложными топографическими условиями для доставки полезного ископаемого от перегрузочного пункта, куда оно доставляется автотранспортом, до обогатительной фабрики. При грузопотоке до 1 млн. т в год и расстоянии транспортирования до 10 км его применение эффективнее железнодорожного и автомобильного даже в равнинной местности. Благодаря возможности преодоления больших (до 45°) уклонов и относительной независимости от рельефа местности канатная подвесная дорога обеспечивает доставку горной массы по кратчайшему расстоянию. Канатные подвесные дороги эксплуатируют в настоящее время на некоторых нагорных карьерах, в частности на Каджаранском, для доставки полезного ископаемого на обогатительную фабрику через ущелье.

Наиболее эффективно использование пневмоконтейнерных и конвейерных поездов для транспортирования на большие расстояния, например, для

доставки полезного транспорта от карьера до обогатительной фабрики.

Железнодорожный транспорт характеризуется высокой надежностью в любых климатических условиях, высокой производительности и эффективности в эксплуатации.

Автомобильный транспорт имеет широкое распространение на карьерах благодаря автономности, мобильности, высокой эффективности работы в сложных топографических, геологических и суровых климатических условиях.

Наиболее эффективная область применения автомобильного транспорта -- карьеры малой и средней производительности, глубокие горизонты крупных карьеров в комбинации с железнодорожным транспортом или подъемниками. Применение автомобильного транспорта на карьерах относится к периоду его возникновения и развития.

Подъемник -- это один из видов транспорта, который обеспечивает подъем горной массы по кратчайшему расстоянию.

На нагорных карьерах применяется гравитационная доставка полезного ископаемого по рудоспускам и рудоскатам.

Используя возможности автомобильных и гусеничных кранов в большой грузоподъемности и высоте подъема весьма перспективным является их применение для доставки горной массы из карьера в контейнерах при специальном вскрытии карьерных полей одним или каскадно расположенными несколькими кранами при любой глубине карьера. Наиболее эффективно их применение для доставки руды на карьерах по добыче цветных металлов, коренных месторождений золота и алмазов, а также при эксплуатации, доставке и зафузке контейнеров на рабочем горизонте погрузчиками.

6.12 Транспорт на Митрофановском карьере

Камень из карьера на ДСК вывозится автомобилем марки КрАЗ-6510 грузоподъемностью 13,5 т(рисунок 6.6). Автомобиль разгружается на площадке ДСК и затем камень погрузчиком марки В-138 с емкостью ковша 2 м³ загружается в приемный бункер установки первичного дробления С-12. Данный погрузчик используется и на отгрузке готовой продукции. Вывоз готовой продукции потребителями выполняется собственным транспортом потребителя. Дробильно-сортировочный комплекс размещается на открытой площадке. Горная масса фр. 0-700мм из карьера вывозится карьерным автосамосвалом и складируется вблизи установки первичного дробления. Подача горной массы на дробление осуществляется погрузчиком В-138 с объемом ковша 2м³, им же производится отгрузка готовой продукции в автотранспорт.

Рисунок 6.9- КрАЗ-6510

Дробильно-сортировочный комплекс комплектуется оборудованием фирмы EXTEC, Великобритания.

Почвенно-растительный слой и рыхлая вскрыша также вывозятся автомобилем КрАЗ -6510 и складируются в отвал высотой до 10 м, который используется в дальнейшем для рекультивации (отвал потенциально-плодородных грунтов).

Заезд в карьер предусматривается от существующей подъездной автодороги к месторождению, имеющей щебеночное покрытие.

Категория дороги - IIIк, однополосная;

Параметры проезжей части - 4,5 м;

Ширина обочин - 1,5 и 2,5 м;

Максимальный уклон -90 ⁰/₀₀;

Покрытие автодорог - щебеночное.

7. Отвалообразование пустых пород

7.1 Общие сведения

Отвалообразование и складирование являются заключительными технологическими процессами в разработке горных пород на карьерах. Насыпь пустых пород называется породным отвалом, насыпи пород плодородного слоя, некондиционных руд и полезного ископаемого -- складами.

Удельный вес процесса отвалообразования предопределяется объемом вскрышных работ. Между работой транспорта, вскрышного и отвального оборудования имеется технологическая взаимосвязь. Расходы на отвалообразование составляют 12--15% стоимости 1 м³ вскрыши на угольных карьерах и до 15% себестоимости 1 т полезного ископаемого на железорудных карьерах. Поэтому правильный выбор способов и средств Отвалообразования при проектировании предприятий имеет большое значение.

Породные отвалы различают по месторасположению относительно контура карьера, числу ярусов отсыпки и средствам механизации отвальных работ. При разработке горизонтальных и пологих месторождений отвалы располагают в выработанном пространстве внутри контура карьера. Эти отвалы называются внутренними. При разработке наклонных и крутых месторождений отвалы располагают на поверхности за контуром карьера, поэтому они называются внешними.

Отвалы отсыпают в один или несколько ярусов. Высота яруса определяется устойчивостью, которая зависит от свойств складируемых пород, рельефа поверхности, гидрогеологических, климатических условий и технологии отвалообразования. В каждом конкретном случае с учетом этих факторов устанавливается высота яруса, она указывается в паспорте отвалообразования. Увеличение высоты яруса снижает затраты на отвалообразование за счет уменьшения путевых работ и повышения производительности средств механизации отвалообразования.

Складирование полезного ископаемого обычно производится с целью усреднения качества и создания резерва для последующей переработки или отгрузки потребителю.

Механизация отвальных работ и складирование зависит от свойств горных пород и связана с видом транспорта, используемым для перевозки горной массы из карьера.

В зависимости от способа механизации работ, отвалы разделяют на:

-бульдозерные;

-экскаваторные;

-конвейерные;

-гидравлические.

Предотвал -- насыпь, устраиваемая перед основным отвалом, и меньшая по высоте чем последняя. Предотвал предназначен для повышения устойчивости основного отвала и других целей.

Отвалы являются экологически неблагоприятным сооружением. В частности, если на поверхность поднята порода с кислой реакцией, то такие отвалы очень долго не покрываются растительностью.

Отвалообразование мягких горных пород при конвейерном транспорте производится транспортно-отвальньгми мостами, консольными отвалообразователями, при железнодорожном транспорте -- абзетцерами или средствами гидромеханизации. Отвалообразование крепких горных пород при железнодорожном транспорте производится механическими лопатами, драглайнами, отвальными плугами и бульдозерами, при автомобильном транспорте -- бульдозерами.

7.2 Отвалообразование транспортно-отвальными мостами

При разработке горизонтальных пластообразных месторождений с мягкими покрывающими породами применяют отвалообразование транспортно-отвальными мостами.

Транспортно-отвальный мост принимает от соединенного с ним многоковшового или роторного экскаватора горную породу и перемещает ее в отвал. Мосты проектируют и изготовляют практически индивидуально для каждого месторождения с учетом его горно-геологических условий. Одна из опор моста располагается на породном подступе или кровле пласта, другая -- на кровле пласта или отвальном подступе. Длина моста достигает 500 м, скорость движения ленты - до 10 м/с (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1- Отвалообразование транспортно-отвальным мостом

Технология отвалообразования заключается в отсыпке в выработанное пространство пустых пород при перемещении моста вдоль фронта работ. Во время движения транспортно-отвального моста железнодорожные пути, на которые опираются опоры моста, передвигаются встроенными путепередвпгателями. При движении моста в обратном направлении производится отсыпка следующей заходки отвала.

В конструкции моста с опорой на предотвале предусмотрен сброс части породы с конвейера для отсыпки самого предотвала. После отсыпки порода в предотвале для повышения устойчивости уплотняется виброкатками.

Устойчивость отвала играет решающую роль в надежности работы транспортно-отвального моста, и следовательно, карьера в целом. Она зависит от свойств отвалообразующих пород, климатических и гидрогеологических условий. Для исключения скопления подземных вод и основании отвала предусматривается укладка перпендикулярно отвалу керамических и дренажных труб, по которым вода поступает в выработанное пространство и откачивается на поверхность.

Параметры отвала определяются конструкцией транспортно- отвалъного моста.

7.3 Отвалообразование консольными отвалообразователями и абзетцерами

Консольные отвалообразователи применяют для складирования пустых пород внутри выработанного пространства и вне контуров карьера. отвалообразователи оборудуют гусеничным или шагающим ходом.

Технология внутреннего отвалообразования аналогична технологии отвалообразования транспортно-отвальными мостами. Отвалообразователь располагается на кровле пласта около роторного экскаватора или на почве пласта. Через приемную консоль порода от роторного экскаватора попадает на конвейер отвальной консоли, который перемещает ее в выработанное пространство. В процессе отсыпки отвальная консоль стоит на месте или перемешается по дуге, более полно заполняя выработанное пространство. При отработке заходки отвалообразователь передвигается по фронту работ на шаг передвижки роторного экскаватора.

Отвалообразование внешних отвалов консольными отвалообразователями применяется при конвейерном транспорте. Внешнее отвалообразование начинается с отсыпки передовой насыпи. Горная порода с отвального конвейера, через разгрузочное устройство попадая на приемную консоль отвалообразователя и затем отвальной консолью направляется в отвал. Затем этот отвал планируют и на него переставляют отвальный конвейер. Отвалообразователь производит отсыпку нижнего яруса, перемещаясь вдоль одной стороны отвального конвейера, и отсыпку второго яруса, перемещаясь вдоль другой стороны отвального конвейера.

В период отсыпки верхнего яруса поверхность отвала нижнего яруса планируется бульдозерами, затем отвальный конвейер перемещается на шаг передвижки, и цикл повторяется. Возможна отсыпка одновременно трех ярусов отвалов консольными отвалообразовагелями.

Высота передовой насыпи, а впоследствии нижнего яруса зависит от свойств горных пород и составляет обычно 30--40 м. Высота верхнего яруса определяется высотой разгрузки отвалообразователя.

Отвалообразование абзетцерами применяется при железнодорожном транспорте мягких пород вскрыши. Абзетцер представляет собой многоковшовый роторный или цепной экскаватор с отвальной консолью на рельсовом или гусеничном ходу, оборудованный для самостоятельной планировки отвала планирующим устройством в виде многоковшового звена длиной 10--12 м.

Благодаря возможности поворота отвальной консоли на 180^о абзетцер может отсыпать двухъярусный отвал.

Технология отвалообразования заключается в следующем. Порода, доставляемая железнодорожным транспортом, разгружается в траншею глубиной 2-3 м, которую образует сам абзетцер. Двигаясь вдоль траншеи, абзетцер производит выемку этой породы и конвейером отвальной консоли укладывает се попеременно в нижний и верхний ярусы отвала. По мере заполнения нижнего яруса его поверхность планируется, траншея засыпается, после чего путепередвигателем пути абзетцера и железнодорожного транспорта перемешаются в новое положение. Затем производится выемка траншеи, и цикл повторяется.

7.4 Отвалообразование горных пород средствами механизации

Отвалообразование средствами гидромеханизации производится при доставке горных пород трубопроводным или колесным транспортом.

Гидроотвалы располагаются за контуром карьера в пониженных местах или оврагах. Гидроотвал представляет собой пространство, ограниченное на равнинной местности со всех сторон дамбой, в оврагах - со стороны пониженной части. Ширина дамбы поверху 1,2-1,5 м, высота - 2,5-3,5 м, заложение откосов внутренних - 1,5 м, внешних - 1,75--2 м. При гидротранспорте пульпа по трубопроводу, расположенному на эстакаде или непосредственно на дамбе, подается на отвал и сбрасывается в него из торца трубы или рассредоточено. В отвале горная порода оседает на дно, вода через установленные у дамбы водосбросные колодцы попадает в водоотводный канал за пределами гидроотвала и повторно используется в технологическом процессе.

По мере наполнения породы в отвале дамбу наращивают с помощью экскаваторов или средств гидромеханизации путем отвода и намыва пульпы из потока.

Отвалообразование при доставке колесными видами транспорта горных пород производится со специальной площадки, оборудуемой на откосе. Разгружаемая из транспортных сосудов горная порода смывается с откоса струями воды из водовода, проложенного вдоль откоса, гидромониторов, расположенных с боков разгрузочной площадки, или аккумулирующей емкости, сооружаемой на насыпи за разгрузочной площадкой.

7.5 Отвалообразование крепких горных пород одноковшовыми экскаваторами

При разработке месторождений с крепкими горными породами и перевозке железнодорожным транспортом применяется отвалообразование одноковшовыми экскаваторами - механическими лопатами и драглайнами.

Технология отвалообразования заключается в экскавации разгружаемой из думпкаров породы и укладке ее в отвал одноковшовым экскаватором(рисунок 7.2).

Рисунок 7.2-. Отвалообразование пород механической лопатой

Экскаватор располагается ниже уровня железнодорожных путей на высоту разгрузки экскаватора. Порода из думпкаров разгружается в углубление, сооружаемое самим экскаватором. После разгрузки породы экскаватор производи т укладку ее сначала в нижний подуступ, а затем в верхний.

С учетом усадки пород в отвале верхний подуступ отсыпается высотой, несколько превышающей уровень железнодорожного пути. Высота экскаваторных отвалов зависит от свойств складируемых пород и в равнинной местности составляет около 30 м.

Шаг передвижки пути при экскаваторах ЭКГ обычно составляет 22-30 м, при драглайнах ЭШ - 70-100 м.

В конце отвального тупика отсыпку верхнего подуступа экскаватор производит таким образом, чтобы создать себе возможность выезда на поверхность отвала, по которой он перемещается в начало траншеи. По съезду первоначальной насыпи он опускается на поверхность нижнего подуступа, сооружает приемный бункер и после передвижения путей в новое положение цикл повторяется.

Первоначальную насыпь сооружают в период строительства карьера эксплуатационной техникой, т.е. механическими лопатами, драглайнами, скреперами или бульдозерами.

Материалом первоначальной насыпи могут служить породы, экскавируемые из так называемого «резерва» (траншеи) на месте строительства отвала, или породы, привозимые из карьера.

Успешный опыт применения для отвалообразования пород вскрыши драглайнов при железнодорожном транспорте позволил распространить его на отвалообразование при автомобильном транспорте (рисунок 7.3).

Применение драглайнов на автомобильных отвалах позволяет существенно увеличивать их высоту, осуществлять строительство автодорог одновременно с отсыпкой пород, заполнять верхние ярусы отвала, обеспечивать наличие резервных емкостей в зоне отвала, создавать условия для движения и разгрузки автосамосвалов близкие к условиям на стационарных автодорогах. Таким образом, данная технология отвалообразования обеспечивает комплексное и надежное устранение основных недос татков, присущих бульдозерному способу отвалообразования, и служит основой для выбора наиболее экономичных вариантов вскрытия.

7.6 Плужное отвалообразование

Отвалообразование разнопрочных и хорошо дробленых скальных пород при доставке их на отвалы железнодорожным транспортом может производится отвальными плугами. Отвальный плуг представляет собой самоходный или прицепной вагон специальной конструкции, оборудованный с одной или с двух сторон отвальными лемехами. Спереди отвальный плуг имеет лобовые листы с подкрылками для очистки путей от просыпи породы или снега.

Технология отвалообразования заключается в перемещении во время своего движения по путям разгруженной из думпкаров породы отвальными лемехами в сторону откоса отвала. При разгрузке часть породы скатывается под откос, другая образует напал породы около железнодорожных путей. При отвалообразовании за несколько проходов отвального плуга перемещается верхняя часть навала породы, затем лемех опускается и производится перемещение породы, находящейся ниже уровня пути. Циклы разгрузки и отвалообразонания отвальным плугом повторяются тех пор, пока не будет заполнено пространство отвала, равное шагу передвижки пути: z = 1,5-2,5 м.

После этого путь перемешается в новое положение путепередвигатслем. Отвапообразование производится по всей длине отвальных путей.

Рисунок 7.3- Отвалообразование драглайном при доставке горных пород колёсными видами транспорта

7.7 Бульдозерное отвалообразование

Укладка крепких горных пород в отвалы при доставке автомобильным, а иногда и железнодорожным транспортом производится мощными бульдозерами. Автосамосвалы разгружаются на некотором расстоянии от бровки по периферии отвала. Бульдозеры перемещают ее под откос, оставляя на бровке предохранительный вал (рисунок 7.4). Для безопасност и поверхность отвала имеет подъем в сторону откоса равный 3°.

Рисунок 7.4- Бульдозерное отвалообразование при доставке горной массы автомобильным транспортом:1 - участок перемещения породы бульдозерами под откос; 2 - участок разрузки самосвалов

Высота отвала зависит от свойств складируемых пород и основания отвала. В равнинной местности высота бульдозерного отвала принимается равной 25-30 м. При устойчивых породах применяется многоярусное отвапообразование. При обсыпке горных пород со склонов на нагорных карьерах высота их достигает высоты склона. Например, на карьере «Высотный» Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината высота отвала составляет 700 м. В этом случае за состоянием отвала ведется специальное наблюдение, а бульдозеры для безопасности в некоторых случаях работают с якорным креплением.

При доставке горной массы железнодорожным транспортом отвал по высоте разделяется на два подуступа, как в схемах с отвалообразованием одноковшовыми экскаваторами. Высота верхнего подуступа определяется условием размещения разгружаемой породы на приемной площадке. При доставке горной породы думпкарами большой вместимости она составляет 2--3 м. Высота нижнего подуступа определяется общей устойчивостью отвала и составляет 30--70 м.

Технология отвалообразования заключается в разгрузке породы из думпкаров на разгрузочную площадку под откос верхнего подуступа. Бульдозером эта порода перемещается под откос нижнего подуступа. Максимальное расстояние перемещения породы по площадке, соответствующее шагу передвижки железнодорожных путей, составляет 45-50 м.

После заполнения нижнего подуступа на ширину оптимального расстояния транспортирования породы бульдозером (45--50 м) аналогично заполняется верхний подуступ, после чего пути перемещаются в новое положение.

7.8 Отвальное хозяйство на Митрофановском месторождении

Почвенно-растительный слой с площадки ДСК и карьера, а также рыхлая вскрыша из карьера складируются в отвал высотой до 10 м. Отвал отсыпается на пологое основание. Угол наклона основания от 3 до 9 ⁰. Формирование отвала выполняется бульдозером, который используется в карьере.

При ведении отвальных работ обязательно соблюдение «Единых правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом» (ПБ 03-498-02). Разгрузка автосамосвалов выполняется через предохранительный вал, а затем порода сталкивается бульдозером под откос. Высота предохранительного вала в соответствии с п.100 ПБ составляет 0,5 м. В рабочей зоне отвала по всему фронту разгрузки должен постоянно поддерживаться обратный уклон верхней площадки отвала не менее 3 ⁰.

8. Рекультивация нарушенных земель

8.1 Общие сведения

С целью сохранения земельных ресурсов страны, компенсации ущерба, наносимого природному комплексу, сельскому, лесному и иным хозяйствам, а также чтобы исключить вредное воздействие нарушенных земель на окружающую среду, горные предприятия обязаны проводить рекультивацию территорий, нарушенных в процессе добычи полезного ископаемого.

К рекультивации относят комплекс горных, мелиоративных, сельскохозяйственных и гидротехнических работ по восстановлению продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель определенной целевой направленности, а также на улучшение условий окружающей среды.

Рекультивация выполняется в два этапа:

· 1-ый этап - горнотехнический (технический), предусматривающий приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для их целевого использования в сельском, лесном, рыбном хозяйствах или по иному назначению.

· 2-ой этап - биологический, включающий мероприятия по восстановлению плодородия земель после горнотехнической рекультивации.

Технология и механизация рекультивационных работ выбираются применительно к конкретным условиям и согласно направлению рекультивации.

Своевременное проведение рекультивационных работ позволяет ускорить процесс восстановления нарушенных земель, значительно сократить вредное влияние нарушенных земель на окружающую среду, создать необходимые условия для самовозобновления флоры и фауны и снизить затраты на охрану и воспроизводство земельных ресурсов.

Выбор направления рекультивации обусловлен в первую очередь стремлением максимально сохранить первозданный ландшафт района, предотвратить воздействие ветровой и водной эрозии и восстановить биологическую экосистему участков, нарушенных горными работами. Это обстоятельство определило выбор направления для биологической рекультивации. В соответствии с техническими условиями на рекультивацию нарушенных земель определено лесотехническое направление рекультивационных работ.

8.2 Горнотехнический этап рекультивации

Горнотехнический этап - это комплекс мероприятий по подготовке земель для последующего целевого их использования. Основными объектами горнотехнической рекультивации являются внешние и внутренние отвалы. Этап гидротехнической рекультивации отвалов является основным в создании необходимых условий для последующего освоения нарушенных земель. Этот этап следует считать неотъемлемой частью технологии горных работ на карьерах. Поэтому технологические схемы горнотехнической рекультивации должны рассматриваться в тесной взаимосвязи с производством вскрышных и отвальных работ.

При бестранспортной технологии (экскаваторно-отвальных комплексах), когда породы вскрыши перемещаются во внутренние отвалы экскаваторами с большими линейными параметрами (драглайнами, механическими лопатами), независимо от схемы экскавации необходима селективная разработка потенциально плодородных пород и укладка их в верхний ярус внутренних отвалов Плодородный слой почвы убирается с опережением с использованием различного оборудования. Чаще всего штабелируется бульдозерами или драглайнами и из штабелей грузится погрузчиками или экскаваторами в автосамосвалы и транспортируется во временный склад или непосредственно на рекультивируемую поверхность внутреннего отвала. Планировка поверхности отвалов осуществляется бульдозерами или, при больших объемах планировочных работ, драглайнами. Для уменьшения объема планировочных работ на отвалах используется веерная схема их отсыпки вскрышным драглайном. Однако при этом уменьшается ширина вскрышной заходки.

При использовании выемочно-отвальных комплексов оборудования, когда породы вскрыши разрабатываются роторным экскаватором и консольными отвалообразователями укладываются во внутренние отвалы, потенциально-плодородные слои верхнего уступа также стремятся разрабатывать селективно и укладывать в верхнюю часть отвального яруса. Это не вызывает больших осложнений при поворотном отвалообразователе, когда он с опережением отсыпает нижнюю часть отвального яруса, на котором и располагается, а верхнюю - с отставанием. Роторный экскаватор вскрышной уступ разрабатывает селективно. Здесь также возможны различные схемы работы, включая деление уступа на подуступы с применением перегружателей и использованием на каждом подуступе отдельных роторных экскаваторов. Снятие и транспортирование плодородного слоя почвы возможно по тем же схемам, что и при бестранспортной технологии. Объем планировочных работ при использовании выемочно-отвальных комплексов может быть незначительным, так как отсыпка отвала осуществляется по вееру (при использовании поворотного отвалообразователя).

В результате производственной деятельности по отработке карьера инертных строительных материалов на базе запасов участка «Восточный» Митрофановского месторождения, нарушения земной поверхности будут представлять собой карьерную выемку, отвал потенциально-плодородного грунта, площадку инвентарного здания и передвижного дробильно-сортировочного комплекса, отстойники ливневых стоков. По площадкам необходимо выполнить планировочные работы и нанести на их поверхность плодородный грунт слоем не менее 0.3м для последующего озеленения засевом трав.

По карьеру, после обследования его бортов, в случае необходимости выполняется выполаживание и заоткоска верхнего уступа.

По периметру карьера для предотвращения попадания людей и животных в карьер устраивается его обваловка в виде земляного вала высотой не менее 2,5 м. Дно карьера планируется и засыпается потенциально-плодородным грунтом слоем не менее 0.8 -1 м.

По отвалу необходимо выполнить планировку для последующих работ биологического этапа рекультивации. В таблице 8.1 приведены объемы работ горнотехнического этапа рекультивации. Работы горнотехнического этапа рекультивации выполняются после завершения отработки карьера. Согласно графику отработки месторождения, карьер будет отрабатываться в течении 28 лет (с 2008 по 2035 гг.) и соответственно работы по рекультивации на объекте могут начаться в 2036 году.

Таблица8.1- Объемы работ горнотехнического этапа рекультивации

8.3 Биологический этап рекультивации

Биологический этап рекультивации выполняется после горнотехнического этапа рекультивации и включает комплекс мероприятий, направленных на восстановление хозяйственной продуктивности земель.

Объектами биологической рекультивации являются карьер, площадка отвала потенциально-плодородного грунта, площадка инвентарного здания и ДСК, отстойник ливневых вод.

На площадке инвентарного здания, ДСК и отстойнике ливневых вод производится посев многолетних трав.

В соответствии с техническими условиями на отвале складирования потенциально-плодородного грунта и в карьере предусматривается создать лесные насаждения.

Лесная растительность надежно предохраняет нарушенную поверхность от водной и ветровой эрозии. Лес, как никакой другой тип растительности, благодаря мощно развитой корневой системе, способен к удержанию и закреплению грунтов не только в обычных условиях, но и на откосах отвалов, особенно сильно подверженных размыву и пылению. Лес оказывает большое регулирующее воздействие на водный режим территории. Лес содействует не только более равномерному поступлению в почву осадков, но и, создавая дополнительное затенение и повышая влажность воздуха, он влияет на температуру воздуха, регулируя ее. В лесной местности сглаживаются амплитуды между максимальными и минимальными температурами. Под пологом леса почва прогревается менее сильно и поэтому меньше высыхает.

Лесные насаждения имеют большое санитарно-гигиеническое значение, так как, являются источником по выработке кислорода. Леса способствуют очищению воздуха от копоти, пыли и вредных примесей. В качестве лесной породы рекомендована посадка сосны на поверхности отвала и в карьере и облепихи на откосах отвала.

Сосна обыкновенная

Сосна по нетребовательности к почвенному плодородию и влажности превосходит многие лесообразующие породы и является главной породой для облесения земель с низкой лесопригодностью. Она хорошо приспосабливается к различным климатическим условиям: переносит суровые зимы, а летом - сильную жару. Сосна устойчива против поздних весенних и ранних осенних заморозков в период роста молодых побегов.

Широкая экологическая амплитуда местообитаний сосны свидетельствует о ее неприхотливости к почвенным условиям.

Благодаря быстроте роста, засухоустойчивости и декоративности сосна является породой, которая пригодна для создания лесных культур на отвалах.

Облепиха

Облепиха - кустарник или невысокое (до 3 м) деревце. По своим биоэкологическим свойствам является весьма перспективным видом для разведения на отвалах. Благодаря свойству быстро развивать широко разветвленную корневую систему и засухоустойчивости, облепиха успешно используется при закреплении откосов и поверхности отвалов. Она нетребовательна к условиям произрастания, морозо- и жароустойчива, светолюбива. Плодоносить начинает с 4-5 летнего возраста.

Поверхностное расположение корневой системы, а также обильное образование корневых отпрысков у облепихи способствует быстрому закреплению поверхности отвалов, предотвращая водную эрозию откосов.

На бедных грунтосмесях отвала облепиха выступает в качестве мелиорирующей породы, способной повышать почвенное плодородие, накапливая азот в доступной для других растений форме.

Таким образом, культивирование облепихи на отвалах будет решать вопросы быстрого закрепления поверхности, оздоровления ландшафтной обстановки, улучшения плодородия грунтов и обеспечения населения поливитаминными ягодами.

Посадка саженцев сосны на поверхности отвала и на дне карьера предусматривается механизированным способом, а посадка облепихи на откосах вручную.

На дополнение посадок, взамен выпавших, предусмотрено 20 % посадочного материала от нормы посадки в первый год (только для сосны).

В целях улучшения лесорастительных условий, усиления средообразующих функций в начальный период развития насаждений и противоэрозиционной устойчивости, целесообразно за год до посадки произвести посев злаково-бобовых травосмесей с последующей их запашкой. Объемы работ биологического этапа рекультивации приведены в таблице8.2.

Расчетно-технологические карты на создание 1 га лесных насаждений приведены в таблицах 8.3 и 8.4.

Биологический этап рекультивации выполняется на следующий год после завершения работ горнотехнического этапа рекультивации. Работы биологического этапа рекультивации выполняются после завершения работ горнотехнического этапа в теплый период времени года.

Таблица 8.2 - Объемы боилогического этапа рекультивации

Таблица 8.3 - Расчетно-технологическая карта на создание 1 га лесных насаждений на откосах отвала в ценах 2000 года

График выполнения рекультивационных работ приведен в таблице 8.5.

Таблица 8.4 - Расчетно-технологическая карта на создание 1 га лесных насаждений на поверхности отвала и в карьере в ценах 2000 года

Таблица 8.5- График выполнения рекультивационных работ