7.2 Основные параметры карьера

Главные параметры карьера характеризуют масштабы открытых горных работ. К ним относятся:

запасы полезного ископаемого в карьерном поле, которые определяют возможный масштаб добычи, срок существования карьера и экономические результаты разработки;

конечная глубина карьера, которая определяет возможную производственную мощность, размеры по поверхности, общий объем извлекаемой горной массы (современные карьеры имеют глубину до 450 м);

размеры карьера по простиранию и вкрест простирания по поверхности; определяются размерами залежи и влияют на глубину и размеры дна карьера, углы откоса его бортов;

размеры дна карьера, которые устанавливаются оконтуриванием разрабатываемой части залежи на отметке конечной глубины карьера;

углы откосов бортов карьера, определяемые условиями устойчивости пород прибортового массива и размерами транспортных коммуникаций;

общий объем горной массы в контурах карьера – показатель, определяющий производственную мощность и срок его службы.

8 Общие сведения о технологических процессах

8.1 Буровзрывные работы

8.1.1 Буровзрывные работы на подземных рудниках

Способы отбойки руды

Отбойка — это процесс отделения части руды от массива в блоке с одновременным дроблением ее на куски. Она должна обеспечивать более полное отделение руды от массива в преде­лах проектного контура, минимальные законтурные обрушения массива и хорошее качество дробления. Отбойка руды осуще­ствляется с применением буровзрывных работ, механических средств и самообрушения. Выбор способа отбойки руды зави­сит от таких факторов, как физико-механические свойства руды, горно-геологические условия и принятая система разработки.

При подземной добыче в основном применяют взрывную отбойку. Ее превалирующее значение в обозримом будущем со­храняется. Применяют следующие способы взрывной отбойки: шпуровой, скважинный и минный (сосредоточенными зарядами).

При шпуровой отбойке в рудном массиве бурят шпуры глу­биной до 5 м и диаметром до 75 см. Наиболее распространены шпуры глубиной 2-3,5 м, диаметром 40-50 мм. Применяют вращательное, ударно-поворотное и ударно-вращательное бу­рение шпуров. Вращательное бурение электросверлами на руд­никах применяют довольно редко, при крепости руд до 4-6. В основном применяют ударно-поворотное бурение пневматическими перфораторами или ударно-вращательное бурение пнев­матическими или гидравлическими перфораторами. Применя­ют ручные (на пневмоподдержке), телескопные и колонковые перфораторы на самоходных буровых установках.

В качестве взрывчатых веществ применяют патронирован­ные порошкообразные (аммонит № 6 ЖВ, скальный аммонит, детонит) или рыхлые гранулированные ВВ (гранулит, зерногранулит). Применяют как ручное, так и механизированное заря­жание шпуров.

Выемка руды при шпуровой отбойке может быть слоевой, потолкоуступной и подэтажной (рисунок 28).

Выемка слоев может осуществляться как в нисходящем, так и в восходящем порядке. Шпуры в слоях располагают горизон­тально или вертикально. Их рекомендуется бурить перпендику­лярно к основной системе трещин.

Основные показатели шпуровой отбойки: удельный расход ВВ - 0,6-3 кг/м³, производительность труда бурильщика – 5-50 м³/чел.смену при бурении ручными перфораторами. Она значительно возрастает при применении современных буриль­ных машин.

К достоинствам шпуровой отбойки следует отнести: мелкое и более равномерное дробление руды, возможность применения в маломощных рудных телах и при неустойчивых вмещающих породах, меньше потери и разубоживание. Недостатки: сравни­тельно высокая трудоемкость, неблагоприятные условия труда при обслуживании бурильных машин.

Основные условия применения шпуровой отбойки: рудные залежи мощностью до 5-8 м при любых углах падения; мощ­ные залежи при отбойке руды из очистного пространства; сис­темы разработки с искусственным поддержанием очистного пространства; ценные руды со сложным залеганием.

а - слоевая выемка в нисходящем порядке с отбойкой горизонтальными шпурами; б - слоевая выемка в нисходящем порядке с отбойкой вертикальными шпурами; в - слоевая выемка в восходящем порядке с отбойкой горизонтальными шпурами; г - слоевая вы­емка в восходящем порядке с отбойкой вертикальными шпурами; д - потолкоуступная выемка; е - подэтажная отбойка

Рисунок 28 - Схемы шпуровой отбойки руды

При разработке мощных рудных тел (больше 6-8 м) широ­ко применяется отбойка руды взрыванием зарядов в скважинах глубиной до 40-60 м и более, диаметром 60-150 мм. Скважи­ны большого диаметра (100-150 мм и больше) применяют при массовой отбойке, т.е. при одновременном обрушении значи­тельных объемов руды.

Скважинная отбойка руды может осуществляться на откры­тое компенсационное пространство или в зажиме (рисунок 29), т.е. на пространство, заполняемое раздробленной горной массой. Чтобы получить нормально разрыхленную руду, объем руды, отбиваемой на компенсационное пространство, не должен бо­лее чем вдвое превышать объем этого компенсационного про­странства. Отбойка в зажиме применяется в мощных залежах при крепких и средней кре­пости рудах, не склонных к слеживанию. Отбойка в зажиме по­зволяет снизить выход негабарита и интенсифицировать про­цесс выпуска и доставки руды.

1 - подсечка камеры; 2 - компенса­ционная камера; 3 - скважина; 4 - руда в зажиме

Рисунок 29 - Схема отбойки руды скважинами на компенсацион­ное пространство (а) и в зажи­ме {б)

Скважинная отбойка руды осуществляется вертикальными, горизонтальными или наклонными слоями. Наиболее распро­странена отбойка вертикальными слоями. Перед началом от­бойки руды буровзрывными работами образуют вертикальную отрезную щель, являющуюся начальным открытым компенсаци­онным пространством. Как правило, в нижней части очистного блока над выпускными выработками делают подсечку в виде го­ризонтальной щели.

Расположение скважин в отбиваемом вертикальном слое может быть параллельным и веерным (рисунок 30). При параллель­ном расположении скважин в ряду достигается более равно­мерное дробление руды, но увеличиваются затраты на буро­взрывные работы, что связано с необходимостью проведения буровых выработок, перемещением бурового станка и пр. При веерном расположении скважин дробление руды оказывается неравномерным, но меньше затраты на их бурение, так как все скважины веера бурят с одной установки бурового станка.

Рисунок 30 - Параллельное (а) и веер­ное (б) расположение скважин

Обычно применяют многорядное (до 5 слоев) короткозамедленное взрывание скважин. Расстояние между рядами сква­жин и между скважинами в ряду 2—2,5 м.

В практике отбойки руды применяют также параллельно сближенные и пучковые комплекты скважин.

В настоящее время при­меняются следующие спосо­бы бурения скважин:

• штанговое - тяже­лыми телескопными колон­ковыми перфораторами. Диаметр скважин 50—70 мм. Глубина бурения от 12—15 до 20—25 м и более при крепости руды от 6 до 14. Производительность бу­рения 30—70 м/смену. Широко применяются самоходные буро­вые установки;

• погружными пневмоударниками. Диаметр скважин 85, 100 мм и более. Производительность бурения зависит от крепости руд и колеблется от 5—7 (очень крепкие руды) до 15— 20 м/смену;

• шарошками, армированными твердыми сплавами. Диа­метр скважин 150 мм и более. Глубина бурения 50-60 м. При­меняется в крепких и весьма крепких рудах. Производитель­ность шарошечного бурения выше пневмоударного в 2-3 раза;

• вращательное твердосплавными и алмазными кольцевы­ми коронками. Диаметр скважин 80-100 мм. Крепость руд 6-8. Производительность бурения 20-40 м/смену.

Заряжают скважины, как правило, гранулированными ВВ. Детонирование заряда ВВ в скважине осуществляется детониру­ющим шнуром, проходящим вдоль заряда по всей длине сква­жины. Короткозамедленное взрывание осуществляется специ­альными электродетонаторами или пиротехническими замедли­телями. Заряжают скважины пневмозарядниками.

Преимущества скважинной отбойки заключаются в увели­чении производительности труда по отбойке в 2—3 раза, по­вышении безопасности работ, снижении запыленности руднич­ного воздуха, возможности применения более производитель­ных систем разработки. К недостаткам следует отнести более высокое разубоживание руды, повышенный выход негабарита, что ведет к росту затрат на вторичное дробление, увеличение потерь руды при выпуске рудной массы и др.

Минная отбойка представляет собой отбойку руды взрыва­нием сосредоточенных зарядов большой массы, размещаемых в специально проводимых выработках. Она применяется при раз­работке мощных рудных тел, представленных крепкими руда­ми, а также при обрушении междукамерных целиков и потоло­чин, в которых имеются необходимые выработки для размеще­ния сосредоточенных зарядов.

Механическая отбойка применяется при добыче относи­тельно мягких руд (марганца, калийной соли) с помощью ком­байнов.

Самообрушение как наиболее экономичный способ отделе­ния руды от массива применяется крайне редко. Оно происхо­дит в очистных блоках под действием собственного веса тре­щиноватых руд и давления налегающих пород. При этом спо­собе невозможно управлять качеством отбойки.

Вторичное дробление руды

По условиям технологического процесса отбитая руда должна иметь куски определенной крупности. Максимально допустимый размер кусков, на который рассчитываются выпу­скные выработки и все погрузочное и транспортное оборудова­ние, называется кондиционным. Размер кондиционных кусков обычно принимают от 300-400 до 800-1000 мм, при разра­ботке тонких жил – 200-250 мм. При отбойке руды взрывным способом образуется некоторое количество некондиционных, крупных кусков, так называемых негабаритов. Выход негаба­рита составляет 5-12 % при больших размерах негабаритного куска и достигает 20-25 % при небольших размерах. Чтобы обеспечить транспортабельность таких кусков, их необходимо подвергнуть дополнительному дроблению на более мелкие кус­ки, т.е. осуществить вторичное дробление.

Для дробления негабарита применяют взрывчатые вещест­ва или механические дробилки. При дроблении взрывчатыми веществами используют накладные или шпуровые заряды, глу­биной 15-20 см. Наиболее распространен взрывной способ дробления негабарита.

Вторичное дробление руды может осуществляться в самом очистном пространстве, если в него возможен безопасный дос­туп, в выпускных и доставочных выработках. Иногда для вто­ричного дробления образуют специальные выработки (выработ­ки горизонта дробления при донном выпуске руды).

1 - фугасный заряд; 2 - скрепер; 3 - вибропитатель; 4 - накладной заряд; 5 - само­ходная погрузочная машина; 6 - негабарит

Рисунок 31 - Схемы вторичного дробления в выпускной выработке

при доставке скреперной а), вибропитателем б) и самоходным

оборудованием в)

Взрывной способ дробления негабарита может осуществ­ляться в горловине выпускной выработки на вибропитателе, на почве доставочной выработки с самоходным оборудованием (рисунок 31).

Чаще всего при выпуске руды негабаритные куски зависа­ют в горловине выпускной выработки.

Ликвидируют эти зависания фугасными зарядами массой до 10 кг, которые прикрепляют к деревянным шестам. Для лик­видации высоких зависаний испытаны специальные стреляю­щие системы-гранатометы. Негабаритные куски, прошедшие через горловину выпускной выработки, подвергаются вторич­ному дроблению на почве выработки или непосредственно на вибропитателе. При доставке руды самоходным оборудовани­ем негабаритные куски складируют самой машиной в дробиль­ной камере или в каком-либо другом месте, а затем подвергают дроблению взрывным способом.

Другие, невзрывные способы дробления негабаритных кус­ков в подземных рудниках широкого применения не нашли. Иногда используют стационарные бутобои грохотов в выра­ботках вторичного дробления руды.