Связь параметров сплошных систем разработки и комплексов оборудования

При разработке пологих и горизонтальных залежей отвалы размещают в выработанном пространстве. При этом необходимо выемку залежи полезного ископаемого производить на полную мощность. До создания определенного объема выработанного пространства в первый период разработки породу перемещают на внешние отвалы, а затем переходят на внутреннее отвалообразование. Горно-подготовительные работы выполняются комплексом одноковшовых экскаваторов карьерного типа с автомобильным или железнодорожным транспортом. Вместе с тем строительство крупных карьеров целесообразно осуществлять посредством комплексов оборудования, предусмотренных проектом на эксплуатационный период.

При использовании мощного горного оборудования большое значение имеет устойчивость уступов и отвалов, на которых это оборудование располагается. Надежным средством предотвращения оползней высоких отвалов является формирование предотвалов, что возможно при работе абзетцеров, транспортно-отвальных мостов, консольных отвалообразователей поворотного типа и т. п. При создании предотвалов уменьшается угол откоса отвала, увеличивается плотность пород в его нижней части, а также уменьшается поровое давление в основании отвала при отсыпке основных объемов вскрышных пород.

Установление рациональных технологических параметров отвалообразования (высоты и угла откоса отвала и отдельных его ярусов, кривизны отвального фронта, скорости его подвигания и т. д.) является действенным средством управления устойчивостью отвальных откосов.

Связь параметров систем разработки и комплексов оборудования

Эта связь характеризуется тремя основными технологическими схемами (рис. 3).

При схеме, показанной на рис. 3, а, заходка уступа является составным элементом рабочей площадки вышележащего уступа. Текущие вскрытые запасы уступа, помимо его высоты, определяются шириной заходки и опережением забоя вышележащего уступа. Такая схема в основном применяется при использовании комплексов оборудования ЭО и ВО и определяет жесткую взаимозависимость вскрышных и добычных комплексов. Жесткая зависимость между подвиганием забоев и фронта работ смежных уступов сказывается при сезонном ведении вскрышных работ, когда в теплое время года необходимо, чтобы скорость подвигания вскрышных забоев и фронта работ была больше, чем скорость подвигания добычных забоев и фронта.

При схеме, показанной на рис. 3, б, заходка уступа не входит в состав площадки вышележащего уступа, ширина которой определяется из условия размещения горного и транспортного оборудования и вспомогательных коммуникаций. Текущие вскрытые запасы определяются шириной заходки и длиной фронта его работ. Такая схема обусловливает менее жесткую зависимость работы оборудования на смежных уступах по сравнению со схемой на рис. 3, а и поэтому часто используется при эксплуатации комплексов ВО и ЭО.

При схеме, показанной на рис. 3, в, текущие вскрытые запасы горной массы уступа включают дополнительно по сравнению со схемой на рис. 3, б объем резервной полосы, оставляемой в результате расширения рабочей площадки вышележащего уступа. На вскрышных уступах ширина резервной полосы обычно равна принятой ширине заходки, а на добычных она может быть и больше. Схема на рис. 3, в позволяет обеспечить независимость работы оборудования на отдельных уступах и повысить его производительность.

Рисунок 3 - Основные технологические схемы создания

текущих вскрытых запасов горной массы на уступе

При использовании железнодорожного транспорта на вывозке пород во внутренние отвалы в комплексе с мощными мехлопатами (ЭКГ-12,5 и ЭКГ-8И) число экскаваторов на уступе при одинарном тупиковом фронте не должно превышать двух и соответственно при сдвоенном фронте с двумя транспортными выходами – четырех.

Литература: 4 осн. [163-171]

Контрольные вопросы:

1. При каких условиях применяют продольные одно- и двухбортовые сплошные системы разработки?

2. При каких условиях применяют поперечные одно- и двухбортовые сплошные системы разработки?

3. При каких условиях применяют веерные сплошные системы разработки?

4. При каких условиях применяют кольцевые центральные и периферийные сплошные системы разработки?

5. В каких случаях и в каких объемах производится внешнее отвалообразование при сплошных системах разработки?

Лекция 13. Разработка наклонных и крутых залежей

Условия применения углубочных систем разработки

Форма и строение залежей. Пласты, пластообразные залежи и свиты пластов характерны для угольных (Кузбасс, Урал, Экибастуз, Приморский край), железорудных (Кривбасс, Сарбайское, Качарское, Коршуновское), апатитовых и фосфоритовых (Хибины, Каратау), меднорудных (Удокан, Джезказган) и других месторождений. Изометрические залежи, в основном массивного и штокверкового типов, характерны для многих месторождений руд цветных металлов, железистых кварцитов бассейна КМА, хризотил-асбеста и др. Трубообразные залежи характерны для алмазных месторождений. Разрабатываются также залежи переходных форм.

Большинство пластообразных залежей имеют четкие контакты, но неравномерное качество как по отдельным залежам, так и в пределах одной залежи по глубине и в плане. Многие месторождения, в первую очередь штокверкового типа (руды цветных металлов, хризотил-асбест, ряд руд химического сырья и т. д.), являются сложноструктурными, характеризуясь отсутствием четких контактов залежей, многочисленными включениями пустых пород, наличием нескольких (до десятка и более) рудных тел сложной формы, неравномерным качеством руды на участках, расстояние между которыми измеряется несколькими метрами, и т. д. В целом для наклонных и крутых месторождений характерны многочисленные геологические нарушения, обусловливающие изменение пространственного положения; формы и размеров залежей, а также качества полезных ископаемых.

Преобладающие типы и мощность пород. На всех наклонных и крутых месторождениях вскрышные породы – это в первую очередь покрывающие залежи наносы, вмещающие породы, прослои и включения. На угольных месторождениях вмещающие породы обычно полускальные и скальные (первого и второго классов по трудности разработки), а сам уголь является плотной или полускальной породой. Для многих рудных месторождений характерны метаморфизованные, осадочные и изверженные скальные вмещающие породы и полезные ископаемые с широким диапазоном изменения показателя трудности разработки пород (П_тр изменяется от 4–5 до 20 и более). Промерзшие полускальные и скальные (многолетнемерзлые) вмещающие породы и полезные ископаемые типичны для месторождений северных и северо-восточных районов.

Обычная мощность угольных пластов изменяется от нескольких до десятков метров; такой диапазон мощности характерен и для пластообразных залежей руд цветных металлов, минерального химического сырья, хризотил-асбеста и др. Мощность железорудных залежей изменяется от десятков до сотен метров.

Характерным является: одновременная разработка пород с различными показателями П_тр, отличающимися на 3–5 категорий и более; повышение трудности разработки пород с углублением карьера вследствие увеличения прочности и уменьшения трещиноватости пород даже одного минералогического состава.

Мощность покрывающих пород (в основном четвертичных отложений) обычно невелика (от нескольких метров до 30–40 м). В то же время во все большем масштабе в разработку открытым способом вовлекаются месторождения с мощностью покрывающих пород до 100 и даже 150 м. Покрывающие породы на таких месторождениях мягкие, плотные, разнородные и полускальные.

Рельеф также является исходным фактором при выборе порядка разработки нагорных месторождений, комплексов вскрышного и добычного оборудования, расположения приемных пунктов горной массы. По мере развития горных работ на нагорных карьерах изменяется и рельеф поверхности, что определяет целесообразность в ряде случаев изменения вскрышного и добычного технологического комплексов.

Форма и размеры карьеров. Конечные форма и размеры в плане карьера глубинного вида определяются его глубиной Н_к, углами заложения нерабочих бортов γ_н и размерами залежи на уровне дна. Размеры карьерного поля могут ограничиваться: наличием участков, где мощность залежи меньше допустимой, либо участков с непромышленным содержанием полезных компонентов; наличием природных или искусственных преград; большим расстоянием между отдельными залежами месторождения.

Форма поверхностного контура глубоких карьеров обычно округлая, независимо от формы залежи в плане. В то же время форма и размеры контура каждого горизонта и карьера в целом в начальный период отработки месторождения определяются формой и размерами залежи и применяемой системой разработки и в меньшей степени – размерами и формой конечных контуров отдельных горизонтов и карьерного поля в целом.

Условия производства и объемы горных работ. Для систематического углубления горных работ с определенной скоростью требуется подвигание фронта работ на всех вскрытых уступах с соответствующей скоростью. При любой системе разработки в карьере глубинного вида длина фронта работ каждого вышележащего уступа больше, чем нижележащего, так как и конечные размеры уступов. Поэтому на верхних горизонтах должны выполняться большие объемы вскрышных работ и срок их отработки продолжительнее, чем нижележащих горизонтов. Одновременно нарезаются новые уступы, общее число рабочих уступов возрастает в течение длительного времени. В связи с этим увеличиваются и объемы вскрышных работ.

С углублением карьера возрастает трудность разработки пород, увеличивается высота подъема горной массы и расстояние перевозок вскрышных пород. Уменьшение размеров нижних горизонтов обусловливает стесненные условия работы комплексов оборудования, в первую очередь транспорта. Усложняется также управление качеством добытого полезного ископаемого, возрастает водоприток. Условия производства горных работ особенно усложняются при достижении карьером глубины 150–200 м и более.

Обеспечение плановых объемов добычи полезного ископаемого достигается: выбором добычных и вскрышных технологических комплексов, в наибольшей мере соответствующих природным и организационным условиям каждого этапа разработки и обеспечивающих преемственную связь между комплексами на смежных этапах и в период реконструкции карьера; изменением схем вскрывающих трасс и способа вскрытия как с каждым новым этапом разработки (обычно при реконструкции карьера), так и в пределах одного этапа, соблюдая в целом принятую систему вскрывающих трасс; регулированием параметров системы разработки с целью правления текущими объемами вскрышных работ, как по этапам, так и в пределах этапов разработки