§ 3. Механическое рыхление горных пород

Механическое рыхление горных пород перед выемкой на карьерах применяется при: 1) гидравлическом способе разработки пород, плохо поддающихся размыву средствами гидромеханизации;

2) разработке плотных и полускальных горных пород скреперами, бульдозерами и стругами; 3) разработке горных пород в зимнее время для рыхления промерзшего слоя; 4) разработке горных пород с маломощными скальными слоями и прослойками.

Механическое рыхление горных пород осуществляется с помощью бульдозеров, экскаваторов и специальных рыхлителей. При гидравлическом способе разработки пород обычно используют экскаваторы и бульдозеры; при разработке плотных пород скреперами и стругами, а также при разработке мягких пород в зимнее время используют рыхлители.

Рыхлители обычно изготовляют в виде навесного оборудования к трактору-тягачу и применяют для рыхления пород с коэффициентом крепости до 4—5 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. В зависимости от мощности тягача и крепости пород количество зубьев на рыхлителе изменяется от 1 до 5, глубина внедрения зубьев в разрыхляемую породу — от нескольких десятков сантиметров до 2 м. Производительность рыхлителя достигает 1000—1500 м3/ч. Рыхление массива производится параллельными смежными проходами рыхлителя, в результате чего создается слой разрушенной породы. Расстояние между двумя смежными проходами выбирается из условия обеспечения требуемой кусковатости и достаточной глубины рыхления.

При рыхлении полускальных пород наиболее сложным является первоначальное заглубление в массив зуба рыхлителя. Для облегчения заглубления путем многократных проходов рыхлителя или взрывным способом создают на необходимую глубину «передовой врез» поперек намечаемых параллельных проходов рыхлителя.

Работа карьера с применением рыхлителей состоит в последовательном рыхлении блока, сгребании разрыхленных пород бульдозером в вал высотой до 3—4 м и погрузке их экскаватором.

Применение рыхлителей для подготовки горных пород к выемке позволяет по сравнению с взрывным разрушением улучшить условия селективной выемки, уменьшить потери и разубоживание полезного ископаемого, повысить производительность труда и безопасность работ. Наряду с этим незначительная толщина разрыхляемого слоя, получаемого при механическом рыхлении, затрудняет экскаваторную разработку, а селективная выемка возможна только при горизонтальном и пологом залегании пластов.

§ 4. Подготовка горных пород взрывом

Дробление горных пород взрывом широко применяется при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и является основным способом подготовки полускальных и скальных пород к выемке. От организации буровзрывных работ на карьере зависит эффективность всех последующих технологических процессов: погрузки, транспортирования и укладки взорванных пород в отвал.

Буровзрывные работы на карьерах должны обеспечивать:

1. достаточную степень и равномерность дробления горных пород; 2)нормальную проработку подошвы уступа без оставления поро­гов, затрудняющих работу экскаватора; 3) образование развала взорванной горной массы требуемой формы и размеров; 4) доста­точный для бесперебойной работы экскаваторов обьем взорван­ных пород; 5) минимальное сейсмическое действие взрыва на окружающие здания и сооружения; 6) высокую экономичность и безопасность работ.

Степень дробления горных пород наиболее полно характеризу­ется гранулометрическим составом (кусковатостью), показываю­щим процентное соотношение кусков различной крупности во взорванной горной массе. В практике степень дробления обычно характеризуют выходом негабарита, т. е. процентным содержанием во взорванной горной массе кусков, максимальные размеры кото­рых больше допустимых.

Допустимые размеры d кусков взорванной горной породы опре­деляют в зависимости от рабочих параметров горного и транспорт­ного оборудования:

емкости Е ковша экскаватора, при этом

(II. 1)

размеров приемного отверстия перегрузочного бункера или дробильной установки, при этом

(11.2)

где В_б — меньшая сторона приемного отверстия бункера или дро­бильной установки, м;

ширины ленты конвейера, при этом

(11.3)

где В_к — ширина ленты конвейера, мм.

Куски взорванной горной породы, имеющие размеры больше указанных, считаются негабаритными и подлежат вторичному дроблению.

Степень дробления горных пород оказывает существенное влия­ние на производительность основного горного и транспортного обо­рудования. При наличии во взорванной горной массе большого ко­личества негабаритных кусков ухудшаются условия работы экска­ваторов и значительно снижается их производительность, увеличи­ваются простои транспортных средств под погрузкой и повышается их износ, снижается производительность дробилок и отвального оборудования. Кроме этого, возникают дополнительные расходы на дробление негабаритных кусков и простои оборудования при вто­ричном дроблении.

Необходимая степень дробления горных пород на карьере до­стигается за счет правильной организации буровзрывных работ,

рационального расположения скважин и их заряжания, выбора наиболее эффективного способа нарывания и применения соответ­ствующих взрывчатых веществ.

Рис. П.2. Подошвы уступа:

а — нормальная; б — завышенная

Наряду с достижением высо­кой степени дробления не менее важной задачей при производст­ве буровзрывных работ на карье­ре является обеспечение нормаль­ной проработки подошвы уступа взрывом (рис. II.2). Завышенная подошва создает значительное сопротивление внедрению ковша экскаватора во взорванную породу, усложняет выемку ее из раз­вала, ухудшает условия работы транспорта. Для ликвидации за­вышений подошвы уступа необходимы дополнительные буровзрыв­ные работы.

Развал взорванной горной массы должен быть кучным; форма и размеры его должны соответствовать параметрам применяемого горного и транспортного оборудования. Высота развала по усло­виям безопасности не должна превышать наибольшую высоту чер­пания экскаватора и лишь в отдельных случаях при хорошем дроб­лении горных пород допускается условие, когда

(П.4)

где Н_р — высота развала, м; Н_ч — наибольшая высота черпания экскаватора, м.

Ширину развала желательно иметь по возможности минималь­ной. Ориентировочно ширину развала (рис. П.З) можно определить по формуле

(II.5)

где Н — высота уступаем; W — линия сопротивления по подошве для первого ряда скважин, м; b — расстояние между рядами сква­жин, м; я — число рядов скважин.

Для бесперебойной работы экскаваторов в забоях должен быть запас взорванной горной массы. Поэтому экскаваторный блок де­лят по длине на три участка. На участке / грузят взорванные по­роды, участок // находится в резерве, участок /// обуривают и подготавливают к взрыву (рис. II.4).

Р ис. II.3. Схема к определе­нию ширины развала взорван­ных пород

Рис. 11.4. Деление блоков на участки

Буровзрывные работы на карьерах обычно проводят в две ста­дии. Первая стадия — разрушение массива и первичное дробление горных пород, вторая— дополнительное дробление негабаритных кусков, выравнивание подошвы уступа, обрушение нависей и зако­лов, т. е. исправление недостатков первичных буровзрывных работ. Всегда стремятся так произвести первичное дробление горных по­род, чтобы исключить или свести к минимуму вторичные буро­взрывные работы.

Первичные буровзрывные работы на карьерах осуществляют методами шпуровых, скважинных, котловых и камерных зарядов (рис. 11.5).

В первом случае заряды ВВ размещают в шпурах — искусст­венных цилиндрических углублениях диаметром до 75 мм и глу­биной до 5 м. Применяют этот метод взрывания в основном на не­больших карьерах по добыче строительных материалов и при раз­дельной выемке полезных ископаемых.

Во втором случае заряды ВВ размещают в скважинах диамет­ром до 300—400 мм и глубиной до 30 м и более. Этот метод про­изводства первичных буровзрывных работ на современных карье­рах является основным и наиболее распространенным.

В третьем случае основную часть ВВ размещают в котлообраз­ном расширении нижней части шпура или скважины, образован­ном повторным взрыванием небольших зарядов ВВ (простреливанием). Котловые заряды имеют сосредоточенную форму и при взрыве вызывают неравномерное дробление горных пород и боль­шой их разброс, поэтому применяются они на карьерах редко, в основном для преодоления больших сопротивлений по подошве уступа.

Рис. 11.5. Производство буровзрывных работ на карьерах: а – скважинными (шпуровыми); б – котловыми; в, г – камерными зарядами

При применении камерных за­рядов ВВ размещают в специаль­ных камерах, соединенных с поверхностью ш урфами или штоль­нями. Камерные заряды обычно применяют для взрывов на выброс или сброс, чтобы силой взрыве переместить горную породу в нужном направлении (рис. П.6).

Вторичные буровзрывные ра­боты осуществляют шпуровыми зарядами с размещением ВВ в неглубоких шпурах и значитель­но реже накладными (наружны­ми) зарядами, размещаемыми не­посредственно на кусках породы.

Шпуры на карьерах бурят электрическими сверлами или пневматическими перфораторами скважины — буровыми станками.

Рис. II.6. Виды взрывов камерными зарядами:

а — простой выброс; б—направленный выброс; в — сброс; / — заряд первого ря­да; 2 — заряд второго ряда; 3—линия раз­вала породы после взрыва

Буровзрывные работы, долж­ны быть экономичными и безо­пасными. Экономичность работ зависит главным образом от при­меняемых способов бурения, диа­метра скважин и сетки их расположения, типа взрывчатых веще­ств и способов взрывания, механизации и организации работ.