§ 2. Элементы системы разработки

Основными элементами системы разработки являются: высота уступа, ширина рабочей площадки, длина блока и фронта работ, интенсивность горных работ.

Высоту уступа проектируют с учетом безопасности ведения горных абот, физико-механических свойств разрабатываемых пород, типа горного и транспортного оборудования, необходимой производственной мощности карьера и других факторов.

Увеличение высоты уступа сокращает число рабочих уступов в карьере, в результате чего уменьшается длина транспортных ком­муникаций; снижается стоимость их строительства и содержания; повышается производительность экскаваторов из-за уменьшения их передвижек в забое; уменьшается количество рабочих площа­док и берм погашения, что ведет к уменьшению объемов вскрыши соответственно в первый период работы и вообще в карьере.

Недостатки высоких уступов: повышение опасности ведения ра­бот из-за возможности оползней и обрушений; уменьшение произ­водительности карьера вследствие сокращения числа рабочих усту­пов.

Способ выемки горных пород оказывает влияние на выбор вы­соты уступа. При раздельной выемке высоту уступа устанавлива­ют меньшей, чем при валовой выемке, или выделяют (если это возможно) уступы с различными видами полезного ископаемого или пустых пород. Это позволяет уменьшить потери и разубоживание полезного ископаемого.

На уступах высотой меньше 1/3 высоты расположения напор­ного вала экскаватора производительность экскаватора снижается из-за неполного заполнения ковша при черпании.

В общем случае высота уступа определяется типом и рабочи­ми размерами экскаваторов. При разработке мягких пород, не требующих взрывных работ, высота уступа не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора. При разработке сы­пучих и хорошо разрыхленных буровзрывными работами крепких пород, не образующих нависей, высота уступа механической лопа­ты может превышать высоту черпания экскаватора, но не более чем в полтора раза.

Оптимальная высота уступа обеспечивает минимальные затра­ты на разработку месторождения при безопасном ведении горных работ.

Высоту уступа в зависимости от рабочих размеров экскава­тора и характера взрывных работ приближенно определяют по формуле Н. В. Мельникова

, м, (X.1)

Рис.X.I/ Система открытой разработки по Е.Ф. Шешко

где - ширина развала породы после взрыва, м; –радиусы черпания и разгрузки экскаватора, м: α– угол откоса уступа, градус; β– угол откоса развала взорванной поро­ды, градус; k_р– коэффициент разрыхления породы; η'– отноше­ние линии наименьшего сопротивления первого ряда скважин к высоте уступа (0,55÷0,70); η"– отношение расстояния между ря­дами скважин к линии наименьшего сопротивления (0,75÷0,85).

Рис. X.2. Схема к определению ширины рабочей площадки

Распространенная высота уступов на карьерах при применении механических лопат составляет 10÷15, реже 30 м, драглайнов – 10÷25, реже 40 м, многоковшовых экскаваторов верхнего черпа­я– 10÷20, реже 30 м, нижнего черпания 10÷30, реже 40 м.

Допустимые значения высоты уступа в зависимости от свойств разрабатываемых пород для наиболее распространенных экскава­торов: для ЭКГ-4,6 в мягких породах – 10м, в скальных – 15м, для ЭКГ-8И соответственно 12 и 20 м, для ЭКГ-12,5 соответствен­но 16,5 и 25 м.

При работе вскрышных экскаваторов ЭВГ-4 и ЭВГ-6 с верхней погрузкой допустимая высота уступа соответственно составляет 8 и 15 м, в скальных – 12 и 18м.

Ширина рабочей площадки– один из основных эле­ментов системы разработки. Она определяет объемы вскрышных работ, выход различных видов ископаемых, надежную и безопас­ную работу горнотранспортного оборудования, возможность усред­нения качества руды, параметры и результаты буровзрывных работ и другие не менее важные показатели разработки.

С целью уменьшения текущих объемов вскрыши ширину ра­бочей площадки стремятся запроектировать как можно меньших размеров. Уменьшение ширины рабочей площадки ограничивается условием безопасной работы горнотранспортного оборудования.

Минимальная ширина рабочей площадки, обес­печивающая безопасную работу горного оборудования, определя­ется в основном размерами принятых экскаваторов, видом карь­ерного транспорта и параметрами буровзрывных работ.

При разработке скальных горных пород с применением железнодорожного транспорта минимальная ширина рабочей площадки (рис. Х.2)

, м (X.2)

где – ширина полосы безопасности, устанавливаемая по возмож­ной призме обрушения, м; Т– ширина транспортной полосы, м; с расстояние между бровкой развала и транспортной полосой (2÷2,5), м; х– величина развала породы после взрыва, м; А– ширина заходки по целику, м.

Ширина основания призмы обрушения, на которой запрещает­ся размещение горнотранспортного оборудования,

, м,

где h – высота уступа, м; α– угол откоса рабочего уступа (60÷ 80°); γ– угол устойчивого откоса уступа (35÷60°).

Ширина транспортной полосы при одноколейном рельсовом пу­ти составляет 3 м, при двухколейном - 7,5÷15 м в зависимости от ширины междупутья. При использовании электровозной откат­ки транспортная полоса должна включать полосу для установки контактной сети. При автомобильном транспорте ширина транс­портной полосы определяется количеством и шириной полос дви­жения, обычно она равна 3÷8 м.

Ширина развалах в большинстве случаев определяется опыт­ным путем; она зависит от высоты уступа, физико-механических свойств пород, параметров буровзрывных работ и других факто­ров. При высоте 10÷15 м величина развала обычно составляет 20÷25 м.

Минимальная ширина рабочих площадок составляет в скаль­ных породах 40÷50 м.

Работа с минимальной шириной рабочей площадки имеет свои недостатки: затрудняется усреднение качества рудного сырья, в карьере отсутствуют готовые к выемке запасы полезного ископае­мого, практически исключается возможность применения рацио­нального многорядного взрывания. Поэтому ширина рабочих пло­щадок на добычных уступах должна быть в среднем нормальной, а на всех уступах – не меньше минимальной. Средняя ширина нормальной рабочей площадки добычного уступа должна обеспечивать заданный резерв запасов, готовых к выемке, и может быть определена по формуле

, м, (X.4)

где μ – необходимый коэффициент резерва запасов; А_р– производительность карьера по руде, м³/год; L_Д – длина фронта добычных работ в карьере, м.

Нормальная ширина рабочих площадок скальных уступов при железнодорожном транспорте 60÷80 м.

При разработке мягких пород многоковшовыми экскаваторами ширина рабочей площадки может быть 100 м и более.

Длинаблока определяется главным образом интенсивно­стью разработки, высотой уступа и возможностью бесперебойного обеспечения забоев транспортом.

При максимальной интенсивности разработки необходимо стре­миться уменьшать длину блока (с целью ввода в работу большего количества экскаваторов). Однако уменьшение длины блока огра­ничивается особенностями обеспечения забоев транспортом. Дли­ну блоков при железнодорожном транспорте принимает в мягких породах не менее 300 м, в скальных – не менее 400 м. При авто­мобильном транспорте длина блока может быть 100÷250 м и менее.

При малой высоте уступов нецелесообразно уменьшать длину блока. В этом случае увеличиваются количество передвижек эк­скаватора и объем путевых или дорожных работ.

Рис. X.3. Схема перемещения фронта работ

Блоки составляют фронт работ в карьере. Длина вскрышного фронта карьера представляет суммарную длину блоков вскрыш­ных уступов, длина добычного фронта – суммарную длину блоков добычных уступов.

Фронт вскрышных и добычных работ карьера в процессе раз­работки непрерывно перемещается к его предельным контурам.

Подвигание фронта работ может быть параллельным, веерным и смешанным (рис. Х.3). Параллельное подвигание(а)происходит при отработке уступов заходками постоянной шири­ны; веерное перемещение (б) – при отработке уступов заходками непостоянной ширины (при работе одного экскаватора) или за­ходками постоянной ширины, но при различной длине экскава­торных блоков (при работе нескольких экскаваторов).

Смешанное подвигание фронта (в) представляет собой сочетание двух пер­вых способов: одну часть карьерного поля разрабатывают с па­раллельным подвиганием, а другую — с веерным.

Интенсивность горных работ характеризуют скоро­стью подвигания фронта горных работ и уходом работ на глубину.

Скорость подвигания фронта горных работ определяют по формуле

, м/год, (X. 5)

гдеА– производительность карьера по горной массе, м³/год;L_ф– длина фронта горных работ в карьере, м.

Скорость подвигания фронта на современных карьерах изме­няется от 60 до 500 м в год и более.

Уход работ на глубину показывает, на сколько метров горные работы понижаются за единицу времени, обычно за год (рис. Х.4):

, м/год,(X. 6)

или

, м/год, (X. 7)

где φ – угол откоса рабочего борта карьера, градус; γ— направ­ление углубки карьера, градус.

Рис. Х.4. Схема к определению ухода горных работ на глубину

Величина ухода работ в глубину составляет от 7 до 20 м/год и редко более. Меньшие показатели ухода соответствуют карье­рам со скальными породами и применению железнодорожного транспорта, более высокие –карьерам с мягкими породами и транспортированию ленточными конвейерами или автомобилями.