ЭТАПЫ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ
(Этапы открытой разработки месторождений, их содержание и назначение. Основные производственные процессы открытых горных работ, сущность, назначение и средства механизации)
Разработка МПИ открытым способом включает четыре этапа
Первый этап – подготовительный. Цель горных работ этого этапа – создать благоприятные условия для безаварийной и высокопроизводительной работы горного и транспортного оборудования.
Задачи этого периода:
– подготовка поверхности месторождения к горным работам;
– осушение месторождения и ограждение его от вод поверхностного стока.
Подготовка поверхности заключается в удалении естественных и искусственных препятствий, мешающих разработке месторождения. В этот период, обычно, требуется: - вырубить лес и кустарник, удалить торф и плодородный слой земли, отвести поверхностные воды, осушить водоемы, снести здания и сооружения на площади карьера, подготовить место для размещения отвалов пустых пород, подвести к карьеру железную и шоссейные дороги, линии электропередачи и водоснабжения, построить производственные, служебные и жилые помещения.
Осушение месторождения выполняют в целях придания большей устойчивости откосов уступов, предотвращения оползней пород в бортах карьера, создания благоприятных и безопасных условий для работы людей, машин и транспортных средств в карьере.
Второй этап – строительный. В этот период осуществляются работы по удалению покрывающих и вмещающих пород для обеспечения доступа к полезному ископаемому и систематического производства вскрышных и добычных работ. В этот период проводят капитальные и разрезные траншеи и создают устойчивый фронт добычных и вскрышных работ. Этот период иногда называют горно-капитальным так, как в этот период создаются основные фонды предприятия. Финансовые затраты этого периода носят название – первоначальные капитальные затраты. По окончании строительного периода карьер сдается в эксплуатацию и начинает функционировать как хозрасчетная производственная единица. При разработке крутопадающих месторождений, работы по подготовке новых горизонтов (проходка траншей, съездов), обеспечивающих транспортную связь вскрываемого горизонта с лежащими выше, также относятся к горно-капитальным.
Третий этап – эксплуатационный. Горные работы этого периода заключаются в систематическом удалении вскрышных пород в объемах обеспечивающих требуемую длину фронта очистных, и ведении очистные работ в объемах, соответствующих требованиям плана добычи по объему и качеству полезного ископаемого.
Четвертый этап – период погашения горных работ. Характеризуется постепенным завершением горных работ на вскрышных и добычных горизонтах в связи с погашением запасов, демонтажем горного оборудования и транспортных коммуникаций. В этот же период выполняются работы по рекультивации земель, нарушенных горными работами.
Во всех периодах работы карьера основными работами являются горно-капитальные, вскрышные и добычные работы. Целью этих работ является выемка определенного объема пород из массива, а содержание работ по выемке пород - рядом характерных производственных процессов выполнение которых требует определенной технологии и специальных средств механизации.
3.1. ОСНОВНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЕ ПРОЦЕССЫ ОТКРЫТЫХ РАБОТ
Основными производственными процессами открытых горных работ являются:
- подготовка горных пород к выемке;
- выемочно-погрузочные операции;
- перемещение горной массы;
- отвалообразование вскрышных пород;
- складирование добытого полезного ископаемого.
Процесс подготовки горных пород к выемке включает широкий перечень мероприятий, направленных на изменение естественного состояния горных пород с целью обеспечения эффективной их выемки. В практике открытых горных работ при подготовке горных пород к выемке наибольшее распространение нашел буровзрывной способ, предназначенный для отделения полускальных и скальных пород от массива и дробления их до кусков заданных размеров.
Выемочно-погрузочные операции предназначены для извлечения горной массы непосредственно из массива или из навала и погрузки их в транспортные средства. Выемка и погрузка обеспечивается одной машиной.
Процесс перемещения горной массы состоит в организации четкой и бесперебойной работы транспортных средств обеспечивающих своевременную перевозку значительных объемов в пределах карьера и за его пределами.
Отвалообразование вскрышных пород и складирование добытого полезного ископаемого заключается в приеме и размещении горной массы и полезного ископаемого на специально отведенных площадях при соблюдении безопасных условий труда и высокопроизводительной работы горного и транспортного оборудования.
3.2. СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ
Подготовка горных пород к выемке проводится с целью создания технической возможности и наилучших условий для выполнения последующих процессов выемки и погрузки горной массы, транспортирования, отвалообра зования и переработки.
В зависимости от типа и состояния пород подготовка их к выемке может осуществляться: - предохранением от промерзания, оттаиванием, гидравлическим ослаблением или разупрочнением, - механическим или взрывным рыхлением мерзлых мягких и плотных пород, - механическим рыхлением или взрывание на сотрясение плотных пород, - взрывнм рыхлением скальных и полускальных пород.
3.2.1. ПРЕДОХРАНЕНИЕ ОТ ПРОМЕРЗАНИЯ И ОТТАИВАНИЕ ПОРОД
Подготовка горных пород к выемке в зимних условиях включает комплекс мероприятий по предотвращению промерзания пород, рыхление мерзлых пород и приведение их в талое состояние. Обычно карьерные мехлопаты с ковшом емкостью 4 м3 могут разрабатывать без предварительного рыхления слой мерзлой породы мощностью 0,5-0,7. Бульдозерами, скреперами и цепными многоковшовыми экскаваторами в большинстве случаев невозможно или нерационально разрабатывать мерзлые породы без их предварительного рыхления.
Для предохранения от промерзанияприменяют: - вспашку; обычное (до 40-50 см) и глубокое (до 1- 1,3 м) рыхление; боронование на глубину до 20 см; утепление теплоизоляционными материалами, снеговым или искусственным ледовоздушним покровом; химическую обработку антикриогенами; специальные навесы и тепляки.
Оттаивание породосуществляют паром, горячей водой или газами, глубинным или поверхностным электрообогревом, поверхностным пожогом и т.п. При глубинном электрообогреве электроды размещают в шпурах, пробуренных на глубину промерзания на расстоянии 0,5-0,7 друг от друга и пропускают электрический ток. Расход эл. энергии на оттаивание 1 м3 пород составляет от 8-10 до 20 кВт.ч. При поверхностном электрообогреве электроды в виде металлических полос или сетки располагают на поверхности оттаиваемого участка. Питание осуществляется от высокочастотного генератора.
При оттаивании применяют стальные трубы внутренним диаметром 19-22 мм и длиной 1,5-3 м, которые помешают в шпуры при расстоянии между ними 2-2,5 м или забивают в породу по мере её оттаивания. Продолжительность оттаивания 4-6 ч при расходе пара 24-27 кг на оттаивание 1 м3 породы. Аналогично осуществляется оттаивание горячей и холодной водой. Паро- и гидрооттаивание широко применяют при разработке многолетнемёрзлых пород.
Сущность оттаивания поверхностным пожегом заключается в сжигании слоя угля, торфа или дров на поверхности мерзлых пород. Примерный расход на оттаивание 1 м3 породы составляет: - уголь – 30-60 кг, торф – 120-140 кг, дрова – 0,14-0,17 м3. Применяют для оттайки глин в небольших объемах.
Химическая обработка хлористыми солями калия или натрия применяется для оттайки песчано-глинистых пород после их предварительной планировки и рыхления на глубину 20-30 см.
3.2.2. МЕХАНИЧЕСКОЕ РЫХЛЕНИЕ.
Предварительное механическое рыхление осуществляют прицепными или навесными рыхлителями, которые монтируются на мощном тракторе тягаче (Рис.4.1)
Рыхление массива производится параллельными смежными ходами рыхлителя. Расстояние С между смежными ходами определяется по условию обеспечения требуемой кусковатости и эффективной глубины hэ рыхления, которая меньше величины заглубления зуба hз , так как между смежными ходами в нижней части сечения образуются зоны неразрыхленной породы.
Величина заглубления рыхлителя hз у мощных рыхлителей может достигать 2 ¸ 2,5 м. Рыхлители могут иметь до 5 зубьев. Для подготовки плускальных применяют однозубчатые рыхлители, в плотных породах – многозубчатые.
Величина С находится в пределах 110-160 см. Для увеличения глубины hэ и обеспечения лучшей кусковатости горной массы применяют дополнительные перекрестные ходы. Расстояние между дополнительными ходами С' = (1,2 ¸ 1,5)С. Угол наклона стенок борозды 40 ¸ 60°.
 |
Механическое рыхление эффективно при разработке пород с f = 1 ¸ 3 независимо от трещиноватости; с f = 4 ¸ 5 при сильной и средней трещиноватости, с f = 6 ¸ 8 при весьма сильной трещиноватости.
Часовая производительность рыхлителей в легкорыхлимых породах может достигать 1200 м3.
Рыхлители используют в комплексе со скреперами, бульдозерами и одноковшовыми погрузчиками, которые производят послойную выемку горной массы в слоистых горных массивах, например угольных пластов с удалением глинистых и слабых прослойков в отвал.
Рыхлители по мощности тягачей подразделяют на сверхмощные (мощность двигателя свыше 220 кВт), мощные (110 ¸ 220 кВт), средней мощности (58 ¸ 110 кВт), легкие (до 58 кВт) с тяговым усилием тракторов соответственно 300 и более, 200¸300, 130¸200 и до 130 кН (табл. 1 и 2)
Технические характеристики отечественных рыхлителей
| Показатель | Рыхлитель | ||||||
| ДП-26С | ДП-22С | ДП-9ВХЛ | ДП-10С | ДП-29АХЛ | ДЗ-141ХЛ | ДП-35УХЛ | |
| Базовый трактор | Т-130.1.Г-1 | Т-180КС | ДЭТ-250М | Т-330 | ТТ-330Р-1-01 | Т-500Р-1 | Т-50.01 |
| Мощность двигателя, кВт | |||||||
| Тяговый класс, кН | (100) | (150) | (250) | (350) | (750) | ||
| Число зубьев | 1;3 | 1;3 | |||||
| Расстояние между осями зубьев, мм | - | - | - | - | - | ||
| Ширина наконечника зуба, мм | 120-125 | 125-130 | |||||
| Глубина рыхления, мм | |||||||
| Угол рыхления, градус | 45-50 | 25-50 | 30-83 | ||||
| Масса рыхлительного оборудования, т | 1,4 | 3,1 | 3,9 | 5,4 | 6,6 | 7,0 | 12,7 |
Технические характеристики гусеничных бульдозеров с рыхлителем, фирма «Катерпиллер» США
| Показатели | Тип бульдозера | |||
| D8L | D9N | D10N | D11N | |
| Мощность двигателя, кВт | ||||
| Отвал: | ||||
| тип | SU | SU/U | U/S | SU/U |
| длина, м | 4,17 | 4,32/4,66 | 4,86/5,25 | 5,6/6,4 |
| высота, м | 1,77 | 1,81 | 2,05 | 2,31 |
| вместимость, м3 | 11,0 | 11,9/14,4 | 17,2/20,9 | 25,6/32,4 |
| заглубление, м | 0,61 | 0,62 | 0,67 | 0,77 |
| просвет, м | 1,29 | 1,37 | 1,56 | |
| Рыхлитель: | ||||
| сила заглубления, кН | ||||
| максимальное заглубление, м | 1,16 | 1,23 | 1,37 | 1,61 |
| Масса с отвалом и рыхлителем, т | 47,9 | 53,9 | 74,4 | 120,6 |
| Примечание: S – прямой отвал; U – универсальный; SU – полууниверсальный. |