§ 2. Достоинства и недостатки открытых горных работ

Основные достоинства открытых горных работ по сравнению с подземными следующие:

1. Применение более мощной и производительной техники, в результате чего достигаются более высокие технико-экономические показатели: производительность труда на карьерах значительно выше, а себестоимость добываемых полезных ископаемых ниже, чем при подземной разработке.

2. Более высокие темпы роста производительности труда и сни­жения себестоимости добычи.

3. Меньшие потери и разубоживание полезных ископаемых, лучшие условия для раздельной выемки.

4. Сроки строительства карьеров и удельные капитальные за­траты на строительство значительно меньше, чем при строитель­стве шахт равной производственной мощности.

5. Легче увеличить при необходимости производственную мощ­ность карьера, чем шахты.

6. Лучшие условия для комплексной механизации и автомати­зации производственных процессов.

7. Более высокая безопасность труда и лучшие производствен­ные условия.

Недостатки открытых горных работ:

1. Необходимость выемки, перемещения и складирования в от­валы больших объемов пустых пород.

2. Требуются большие площади для размещения отвалов пу­стых пород.

3. Некоторая зависимость от климатических условий и време­ни года.

Достоинства открытых горных работ в большинстве случаев преобладают над недостатками и поэтому открытый способ раз­работки месторождений в настоящее время наиболее эффективен и перспективен, вследствие чего он находит все более широкое применение при добыче различных видов полезных ископаемых (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Динамика развития открытого способа разработки важнейших полезных ископаемых в ссср

Полезные ископаемые	Доля открытого способа разработки в общей добыче (%) по годам
	1960	1970	1980
Уголь Железная руда Руды цветных металлов Марганцевая руда Фосфориты Строительные материалы	20 57 53 30 39 100	27 79 67 61 56 100	38 88 75 67 75 100

§ 3. Основные понятия, элементы и параметры карьера

При разработке месторождений открытым способом горные по­роды в пределах контуров карьера разделяют на отдельные гори­зонтальные слои. Каждый верхний слой разрабатывают с опере­жением по отношению к нижнему, в результате чего карьер при­обретает уступную форму (рис. 1.1).

Часть толщи горных пород в карьере, имеющую рабочую по­верхность в форме ступени и разрабатываемую самостоятельными средствами выемки и транспорта, называют уступом (рис. 1.2,а). Часть уступа по его высоте, разрабатываемую само­стоятельными средствами выемки, но обслуживаемую транспор­том, общим для всего уступа, называют подуступом (рис. 1.2,6).

Уступ имеет площадки, откос и бровки (рис. 1.3). Площад­кой уступа называют горизонтальную поверхность, ограничи­вающую уступ по высоте; различают нижнюю и верхнюю площад­ки уступа. Откосом уступа называют наклонную поверх­ность, ограничивающую уступ со стороны выработанного прост­ранства. Угол между откосом уступа и горизонтальной плоскостью называют углом откоса уступа. Линии пересечения откоса

Рис. 1.1. Элементы и парамет­ры карьера:

1—2 и 3—4 — верхний и нижний ко­нечные контуры

карьера; 1—3 и 2—4 — конечные контуры бортов карьера;

1—5 и 2—6 —. нерабочие борта карьера; 5—7 —рабочий

борт карьера; 6—7 — подошва карьера; S — нерабочие

тупы; 9 — рабочие уступы; 10 — откосы уступов; 11 —

рабочие площадки; 12 — бермы; 13 — заходки; 14 —

траншея; 15 — горизонты карьера; Н — конечная глубина

карьера; α— угол откоса нерабочего борта карьера; β₁

и β₂ — углы откосов нерабочих бор­тов карьера.

Р ис. 1.2. Уступы и подуступы:

h — высота уступа; h_1, h₂ — высота подуступов; 1,2,3 — транспортные горизонты

уступа с его верхней и нижней площадками называют соответст­венно верх н ей и нижней бровками уступа.

Поверхность уступа, являющаяся непосредственным объектом горных работ и перемещающаяся в результате ведения этих работ, называется забоем уступа. Забоем служит торец уступа, а иногда его откос или верхняя площадка.

Уступ разрабатывают последовательными параллельными поло­сами, называемыми заходками. Часть заходки по ее длине, разрабатываемую самостоятельными средствами выемки, называют блоком (рис. 1.4). Разделение заходки на блоки позволяет отра­ботку уступа вести одновременно несколькими забоями.

Площадка уступа, на которой располагают выемочное оборудо­вание, предназначенное для разработки этого уступа, называется рабочей площадкой уступа.

Часть уступа по его длине, подготовленная для разработки, называется фронтом работ уступа. Подготовка фронта ра­бот заключается главным образом в подводе транспортных путей и линий электропередач. Суммарная протяженность фронтов ра­бот уступов составляет фронт работ карьера.

Каждому уступу присваивается высотная отметка, обычно со­ответствующая горизонту расположения транспортных путей усту­па. Отметки применяют абсолютные, относительно уровня моря, или условные, относительно принятого пункта на поверхности. Площадку уступа, характеризуемую высотной отметкой, называют горизонтом.

Боковые поверхности, ограничивающие карьер, называют бор­тами карьера. Они являются совокупностью откосов и пло-

Рис. 1.3. Элементы уступа:

1,2 — нижняя и верхняя площадки уступа; 3 — откос уступа; 4, 5 — нижняя и верхняя бровки уступа; 6 — забой; 7 и 8 — направления подвигания забоя и фронта работ; α — угол откоса уступа

Рис. 1.4. Деление уступа на заходки и

блоки:

1, 2, 3 — заходки; I, II —блоки

щадок отдельных уступов. Борт карьера, на котором производят горные работы, называют рабочим бортом, на котором гор­ные работы уже не производят — нерабочим. Соответственно уступы, составляющие рабочий борт карьера, называют рабочими, уступы на нерабочем борту карьера — нерабочими.

Нижнюю, обычно горизонтальную поверхность называют по­дошвой карьера.

Линию пересечения бортов карьера с поверхностью называют верхним кон ту ром, ас подошвой карьера—нижним кон­туром карьера. Положение верхнего и нижнего контуров карьера при производстве горных работ меняется. Контуры, до­стигнутые к моменту погашения открытых горных работ, назы­вают конечными контурами карьера. Им соответствуют конечные размеры карьера.

Условную поверхность, проходящую через верхний и нижний контуры карьера, называют общим откосом борта карьера. Условную поверхность, проходящую через нижние бровки верх­него и нижнего рабочих уступов, называют откосом рабочего борта карьера. Углом откоса борта карьера назы­вают угол между откосом борта и горизонтальной плоскостью.

Горизонтальные площадки на нерабочем борту карьера назы­вают бермами. Различают транспортные и предохранительные бермы. Транспортные бермы служат для размещения транс­портных путей, по которым осуществляется грузотранспортная связь между рабочими площадками в карьере и поверхностью. Предохранительные бермы предназначены для повышения устойчивости борта карьера и для задержания осыпающихся кус­ков¹ породы.

Доступ с поверхности к рабочим уступам карьера и подготовку отдельных уступов к разработке осуществляют путем проведения въездных и разрезных траншей — открытых горных выработок обычно трапециевидного сечения и значительной длины (рис. 1.5). Наклонная траншея, служащая для транспортной связи поверх­ности с рабочими уступами карьера, называется капиталь­ной, ее называют также въездной. Горизонтальная траншея, предназначенная для создания первоначального фронта работ на уступе, называется разрезной. Разрезные траншеи являются продолжением капитальных. При расположении капитальной траншеи внутри карьера один из бортов ее отрабатывается и траншея приобретает форму съезда.

Основными параметрами карьера являются: конечная глубина карьера, размеры карьера по простиранию и вкрест простирания

Рис. 1.5. Развитие горных работ на уступе:

1 — капитальная траншея; 2 — разрезная траншея; 3 — съезд

на уровне поверхности и по подошве, углы откосов нерабочих бортов, запасы полезного ископаемого и общий объем горной по­роды в контурах карьера.

Конечная глубина для горизонтальных и пологопадающих залежей определяется природными условиями — глубиной залегания пласта полезного ископаемого. Для наклонных и круто­падающих залежей конечную глубину обычно устанавливают при проектировании карьера на основе технико-экономических расче­тов. Глубина современных карьеров достигает 300—400 м; проек­тируются карьеры глубиной до 700—900 м.

Размеры карьера по подошве устанавливают при оконтуривании залежи на отметке, соответствующей конечной глу­бине карьера. Минимальные размеры карьера по подошве прини­мают из условий безопасной выемки пород с нижнего уступа: по ширине — не менее 20 м, по длине — не менее 50—100 м. Раз­меры карьера на уровне поверхности зависят от раз­меров по подошве, конечной глубины карьера и углов откосов его бортов. Длина карьеров поверху достигает 3—5 км, ширина 2— 4 км и более.

Углы откосов нерабочих бортов карьера устанавли­вают из условий устойчивости пород, слагающих борт, и возмож­ности размещения на борту карьера транспортных и предохрани­тельных берм. При уменьшении углов откосов нерабочих бортов увеличивается объем вскрышных работ. Поэтому их стремятся при­нимать более крутыми.

Запасы полезного ископаемого и общий объем горной породы в контурах карьера определяют произ­водственную мощность карьера, срок его существования и основ­ные технико-экономические показатели открытой разработки.

Насыпь пустых пород, удаляемых при разработке месторожде­ния, называется отвалом. Отвалы могут располагаться в выра­ботанном пространстве карьера или на поверхности за контурами карьерного поля. В первом случае отвалы называют внутрен­ними, во втором — внешними. Горные работы всегда стре­мятся производить так, чтобы внешние отвалы занимали мини­мальные площади.