§ 6. Принципы и методы определения границ карьеров

Конечные контуры карьера могут определяться сравнением гра­ничного коэффициента вскрыши с контурным, средним и эксплуа­тационным.

При определении глубины карьера по контурному коэффициен­ту вскрыши экономически предельной считают ту глубину, при которой контурный коэффициент вскрыши равен граничному(k_к=k_гр). При этом затраты на добычу полезного ископаемого открытым и подземным способами на конечном контуре карьера

, (VII.28)

Этот принцип чаще всего применяют при определении границы открытых и подземных работ.

При определении конечной глубины карьера по среднему коэффициенту вскрыши ее величина будет такой, при которой сред­ний коэффициент вскрыши равен граничному (k_с=k_гр). В этом случае средняя себестоимость полезного ископаемого в контурах карьера будет соответствовать предельно допустимой.

Принцип определения конечной глубины карьера по среднему коэффициенту вскрыши применяют в том случае, когда вследствие небольших запасов или горизонтального залегания пласта приме­нение двух способов разработки исключено и месторождение дол­жно разрабатываться только одним способом − либо подземным, либо открытым [50]. Если средний коэффициент вскрыши мень­ше или равен граничному, применяют открытый способ разработ­ки месторождения. При этом может быть, что затраты на откры­тую разработку всего месторождения равны затратам на подзем­ную разработку. Тем не менее необходимо принять открытый спо­соб добычи, при котором создаются более безопасные и лучшие санитарно-гигиенические условия труда.

При определении конечной глубины карьера по эксплуатацион­ному (текущему) коэффициенту вскрыши экономически выгодной глубиной считается такая, при которой эксплуатационный коэф­фициент вскрыши равен граничному (k_c=k_гр). Эксплуатационный коэффициент вскрыши изменяется с глубиной разработки, и при расчетах контуров карьера ориентируются на наибольший эксплу­атационный коэффициент вскрыши. Обычно максимальной вели­чины он достигает в период подхода рабочих бортов к проектным контурам карьера по поверхности. Именно в период работы с наи­большим эксплуатационным коэффициентом вскрыши себестоимость добычи полезного ископаемого возрастает до предельно допустимой величины. В остальные периоды она будет меньше.

Порядок определения конечных контуров карьера следующий:

1. на основании физико-механических свойств и строения вме­щающих пород принимают углы погашения бортов карьера по ус­ловиям устойчивости;

2. проверяют величину углов по условию размещения транспортных площадок в зависимости от способа вскрытия;

3. определяют граничный коэффициент вскрыши;

4. принимают принцип и метод определения конечной глубины;

5. определяют глубину карьера, устанавливают его границы по поверхности.

Имеется несколько методов определения конечных контуров карьера. Основные из них − метод вариантов, аналитический и графический методы − рассмотрим на поперечном сечении по ме­сторождению.

Метод вариантов. При сложных элементах залегания ме­сторождения, а также в тех случаях, когда требуется большая точность подсчетов для определения конечной глубины карьера, пользуются методом сравнения вариантов.

Определение конечных контуров карьера по этому методу со­стоит в следующем.

На поперечном сечении по месторождению (рис. VII.5) вычер­чивают контуры карьера для ряда вариантов глубины (для каж­дого горизонта или через несколько горизонтов). Для каждого контура, т. е. для каждого принятого варианта глубины карьера, определяют запасы полезного ископаемого, объем вскрыши и ко­эффициент вскрыши. Путем сравнивания значений коэффициен­тов вскрыши по вариантам с граничным коэффициентом вскрыши определяют конечную глубину карьера на данном поперечном се­чении.

Запасы полезного ископаемого и объемы вскрыши определяют как площади, с помощью планиметра. Коэффициенты вскрыши мо­гут быть выражены как средние, контурные или эксплуатационные в зависимости от применяемого расчетного принципа определения конечной глубины карьера.

Рис. VII.5. Схема к определению конечной глубины карьера методом вариантов

Рис. VII.6. Схема к определению конечной глубины карьера аналитическим способом

Аналитический метод является удобным для практиче­ского применения, так как позволяет быстро найти конечную глу­бину карьера. В этом случае применительно к заданным услови­ям выводятся несложные формулы контурного, среднего или экс­плуатационного коэффициента вскрыши. Так, для месторождения, представленного на рис. VII.6, средний коэффициент вскрыши оп­ределяется по формуле

, (VII.29)

где α и β− углы откосов бортов карьера лежачего и висячего бо­ков, градус; Н_к− конечная глубина карьера, м;m− горизонталь­ная мощность залежи, м.

Применив расчетный принципk_гр=k_с получим

.(VII.30)

Из этого уравнения находим значение конечной глубины карь­ера

,м.(VII.31)

Исходя из принципа k_гр≥k_и для определения конечной глуби­ны карьера П. И. Городецкий и Б. П. Боголюбов предложили фор­мулу

, м. (VII.32)

В практике проектирования эта формула получила широкое применение.

При сложных элементах залегания месторождения точность расчетов по аналитическому методу недостаточна. Поэтому им пользуются лишь для предварительного определения глубины от­крытых работ.

Графический метод. Конечную глубину открытых работ можно находить путем графических построений по упрощенному графическому методу В. В. Ржевского (принцип k_гр ≥ k_к).

В наиболее простом виде этот метод состоит в следующем (рис. VII.7). Измеряют горизонтальную мощность залежиm на ориен­тировочно возможной конечной глубине карьера. От какой-либо произвольновыбраннойточкиА на поверхности откладываютот­резокАБ в том же

Рис. VII.7. Определение конечной глубины карьера по графическому методу В.В. Ржевского	Рис. VII.8. Схема к определению конечных контуров карьера

масштабе, в котором измерена горизонтальная мощность. Величина АБ должна отвечать условию

. (VII.33)

Из точекА иБ проводят наклонные линии под углами погаше­ния лежачего α и висячего β бортов карьера. Точка пересечения этих линийО соответствует конечной глубине карьера. Высотное положение этой точки переносится на лежачий бок залежи (точка С), и затем вычерчивается фактическое положение дна карьера и его бортов. Если на уровне точкиО горизонтальная мощность за­лежиm₁ отличается от принятой ранееm, то расчет уточняют по­вторением построения,принимая отрезок АБ равным m₁k_гр.

Для определения конечных контуров всего карьера строят ряд поперечных и продольных сечений, достаточно полно характеризу­ющих месторождение (рис. VII.8). На сечениях указывают рель­еф поверхности, конфигурацию залежей, вмещающие породы и другие элементы месторождения, которые учитывают при проекти­ровании. Количество сечений зависит от сложности залегания ме­сторождения и от необходимой точности расчета.

На каждом поперечном сечении (например,II−II) определяют предельную глубину карьера, пользуясь одним из методов, рас­смотренных выше. Значения предельной глубины карьера, полу­ченные на поперечных сечениях (контур на поперечном сечении абвг), переносят на план и продольные сечения (штриховые ли­нии). Конечная глубина карьера для различных геологических профилей обычно различна, поэтому расчетный продольный про­филь карьера имеет сложную ступенчатую форму, которая непри­емлема по условию вскрытия рабочих горизонтов. Профиль карь­ера должен быть несколько выровнен в соответствии с уклоном транспортных съездов (сплошные линии на рис. VII.8). При вы­равнивании запасы, прирезаемые к расчетному контуру, должны быть равны запасам, которые отсекаются от него.

Особенности определения границ карьера для отработки горизонтальных залежей. Надобности в определении конечной глубины карьера для отработки горизон­тально залегающих месторождений обычно нет, так как при этом конечная глубина карьера соответствует отметке почвы пласта. В таких случаях необходимо установить экономичность примене­ния открытых работ, которая для горизонтально залегающих пла­стов выражается условием

. (VII.34)

Если площадь карьера относительно велика и можно не учи­тывать разнос бортов карьера, то средний коэффициент вскрыши

, м³/м³, (VII.35)

где Н_в− мощность вскрыши, м;Н_{п. и} − мощность полезного иско­паемого, м.

В этом случае средний коэффициент равен геологическомуk_ги условие (VII.35) можно записать в виде

. (VII.36)