2.4 Основные понятия и термины
При производстве открытых горных работ в земной коре образуются выемки – котлованы. Они представляют собой совокупность открытых горных выработок, называемых карьером. Таким образом, понятие «карьер» имеет два значения – техническое и административно-хозяйственное (горное предприятие с открытым способом разработки). Месторождение или часть его, разрабатываемую карьером, называют карьерным полем. Размеры карьерного поля определяют общие объемы горных работ и возможную производственную мощность карьера. В процессе извлечения полезного ископаемого и удаления пустых пород (вскрыши) образуется открытое выработанное пространство.
Выемку полезного ископаемого, покрывающих и вмещающих пород ведут слоями, начиная с верхних слоев. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов. Между смежными слоями оставляют площадки для размещения оборудования, транспортных и энергосиловых коммуникаций и других производственных целей. Обычно слои горизонтальны (рис. 2.2), но иногда пологую залежь отрабатывают наклонными слоями, а крутопадающую – крутыми.
Рис. 2.2. Уступ и его элементы:
1 – верхняя площадка; 2 – нижняя площадка; 3 – откос уступа; 4 – верхняя бровка; 5 – нижняя бровка; 6 – забой
Разделение массива горных пород на отдельные слои обусловлено ограниченными технологическими параметрами выемочно-погрузочных машин, наличием прослоев с различными физико-механическими и качественными характеристиками, повышенной опасностью обрушения обнаженного массива пород значительной высоты. Слой является более широким понятием, чем уступ.
Уступ – это часть слоя горных пород, имеющая форму ступени и разрабатываемая самостоятельными средствами рыхления, выемки и транспорта. Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах ведут отработку массива полезного ископаемого и вскрыши. Рабочий уступ иногда подразделяют по высоте на подуступы, которые разрабатывают последовательно или одновременно разными (теми же) выемочно-погрузочными машинами, но обслуживают общим транспортным горизонтом.
Поверхности, ограничивающие уступ сверху и снизу, именуют верхней и нижней площадками, а наклонную поверхность, ограничивающую уступ со стороны выработанного пространства – откосом уступа. Линии пересечения откоса уступа с его верхней и нижней площадками называют верхней и нижней бровками (рис. 2.2).
ГОСТ 2.855-75 устанавливает определенные требования к изображению уступов в профиле и плане (рис. 2.3).
Измерив расстояние по вертикали между верхней и нижней площадками, находят высоту уступа. Ее величина зависит от рабочих размеров применяемого выемочно-погрузочного оборудования и физико-механических свойств пород.
а б
в
Рис. 2.3. Графическое изображение вскрышного (а), добычного (б) и смешанного (в) уступов
Угол, образованный откосом уступа и его проекцией на горизонтальную плоскость, называют углом откоса уступа. На рабочих, постоянно перемещающихся, уступах его величину устанавливают с таким расчетом, чтобы сохранить устойчивое положение откоса уступа на сравнительно короткий срок (несколько месяцев). Углы откосов нерабочих уступов, достигающих при разработке месторождения своего предельного положения, должны обеспечивать длительную устойчивость пород практически на весь срок существования карьера. Часть откоса уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования при его разработке, является забоем.
Нижняя поверхность карьера – это его дно (подошва). Вертикальное расстояние между дном карьера и усредненной отметкой дневной поверхности называют глубиной карьера. Линии пересечения бортов карьера с поверхностью и дном образуют верхний и нижний контуры карьера. Контуры, соответствующие моменту окончания горных работ, называют конечными. Условную поверхность, проходящую через верхний и нижний контуры, именуют откосом борта карьера, а угол, образованный откосом борта и его проекцией на горизонтальную плоскость, – углом откоса борта карьера.
Рис. 2 4. Элементы и параметры карьера:
1 – выработанное пространство; 2 – нерабочий борт; 3 – рабочий борт; 4 – конечный контур карьера; 5 – бермы; α – угол откоса уступа; φ – угол откоса рабочего борта; γв – угол откоса нерабочего борта со стороны висячего бока залежи; γл – угол откоса нерабочего борта со стороны лежачего бока залежи; mг – горизонтальная мощность залежи; П – ширина рабочей площадки; h – высота уступа; НК – глубина карьера; ВВ – ширина карьера по верхнему контуру; δТ - ширина транспортной бермы; δП - ширина предохранительной бермы
Углы откосов бортов карьера на момент погашения горных работ зависят от конструкции борта и должны обеспечивать устойчивое равновесие слагающих его пород. Уменьшение угла наклона борта карьера в его конечных контурах на 2–3° приводит к значительному увеличению вынимаемых объемов вскрыши и затрат на разработку месторождения. Максимально возможные углы откосов бортов карьера зависят от физико-механических свойств и обводненности слагающих их пород, наличия и характера расположенных в борту поверхностей ослабления (плоскостей напластований, тектонических нарушений и т. п.), глубины карьера и формы борта в плане. Вогнутый борт более устойчив, чем плоский или выпуклый. Как правило, угол откоса, определенный на основе теоретических расчетов или по нормативам является ориентировочным. Его уточняют в процессе производства горных работ.
Угол откоса рабочего борта карьера не превышает 20 градусов и зависит от высоты уступа и ширины рабочей площадки:
, (2.1)
где φ – угол откоса рабочего борта карьера, град; h – высота уступа, м; α – угол откоса уступа, град; П – ширина рабочей площадки, м.
За счет увеличения угла откоса рабочего борта можно регулировать годовые объемы вскрыши.