3. Углы наклона каръера.

Типичным для открытых горных работ являетсяся выполаживание («разнос») бортов при удалении вскрышных по­род до углов, обеспечивающих устойчивость и безопасность открытых горных работ. Угол откоса нерабочего борта у_н

Рис. 3.5. Схемы к определению угла откоса бортов карьера (градус) по глубине карьера зависит от конструкции борта (чередования и ширины берм различного назначения), от угла откоса и высоты уступов (рис. 3.5, а) :

tg γ_н =∑H_y / (∑b_t + ∑b_п + ∑H_yctgα) где b_t и b_п — ширина соответственно транспортных и предо­хранительных берм, м; H_y - высота уступа, м; а — угол откоса уступа, градус.

Аналогичным выражением характеризуется угол заложения (градус) рабочего борта карьера (рис. 3.5,6):

tg γ_p = ∑H_y / (∑Ш_р.п +∑H_yctgα),

где Ш_р.п — ширина рабочей площадки уступа, м.

При одинаковых величинах Ш_р.п, H_y и а по глубине карьера угол γ_p приближенно определяется параметрами одного рабо­чего уступа.

Угол откоса нерабочего борта карьера возрастает с увели­чением высоты уступов и уменьшается при размещении на борту транспортных берм и съездов, а также при разработке в сложных инженерно-геологических условиях, когда уменьша­ются углы откосов нерабочих уступов и увеличивается ширина предохранительных берм. Уменьшение общего угла откоса борта глубоких карьеров на 3—5° приводит к увеличению объема вскрышных работ на десятки миллионов кубических метров. Так, например, при глубине карьера 500 м и уменьшении угла откоса борта с 45 до 40° объем породы в карьере увеличи­вается на 24 млн.м³ на каждые 1000 м длины борта.

Углы откосов нерабочего борта по условиям устойчивости зависят от прочности пород, состояния и структуры породного массива (табл. 3.4). Данными таблицы можно пользоваться только для предварительных расчетов. Наиболее достоверны данные специальных наблюдений, исследований, замеров и расчетов, проводимых в конкретных инженерно-геологических ус­ловиях.

Необходимо не только определять устойчивые углы наклона бортов карьеров, но и научиться управлять состоянием массива горных пород для получения высоких экономических показате­лей и лучшего использования недр и земельных ресурсов.

4 Подготовленные, вскрытые и готовые к выемке запасы.

Уступ, подлежащий разработке, должен быть подготовлен к выполнению основных (технологических) процессов: подго­товки пород к выемке, выемочно-погрузочных и транспортных работ. Так, например, до разработки верхнего уступа карьера производится подготовка поверхности,- дренажные работы и осу­шение массива по крайней мере в пределах первых рабочих па­нелей. Для нижерасположенных уступов подготовка заключа­ется прежде всего в выемке пород вышерасположенных усту­пов с соблюдением проектных размеров рабочих и нерабочих площадок, а также в демонтаже оборудования, различных ком­муникаций, в уборке навалов породы с верхней площадки (если они оставлены по каким-либо причинам), ликвидации на­висей, опасных для обслуживающего персонала и оборудова­ния, и т. д.

Под подготовленными запасами горной массы уступа пони­мают те объемы, которые могут быть вовлечены в начальные технологические процессы (бурение, взрывание, механическое рыхление и др.), предшествующие выемочно-погрузочным рабо­там, или хотя бы в один из начальных процессов.

Для выполнения основных процессов — выемки, погрузки и перемещения пород из забоев к пунктам приема грузов — необ­ходимо вскрыть уступ, т. е. провести вскрывающую выра­ботку, уложить транспортные коммуникации, создать первона­чальный забой для выемки пород. Часть подготовленных запа­сов горной массы, к которым обеспечен транспортный доступ, необходимый для выемки и перемещения пород, называется вскрытыми запасами горной массы уступа.

Осуществление полного комплекса технологических процессов возможно только в пределах вскрытых запасов горной массы. Обычно объем вскрытых запасов меньше подготовленных запа­сов, в отдельных случаях они могут быть равными.

Часть вскрытых запасов являются ротовыми к выемке за­пасами горной массы уступа. К ним относятся запасы, которые готовы к выемке, погрузке и перемещению непосредственно из массива (мягкие и часто плотные породы) или после взрыва­ния, механического рыхления и т.-д. (скальные, полускальные и иногда плотные породы).

В частных случаях, например при выемке мягких пород без предварительной подготовки, вскрытые и готовые к выемке за­пасы одинаковы. Естественно, из запасов горной массы выделяются соответ­ственно подготовленные, вскрытые и готовые к выемке запасы полезного ископаемого разных сортов и видов и, если это не­обходимо, запасы некондиционных и забалансовых руд и по­путно добываемых полезных ископаемых.

После определения запасов в пределах каждого уступа суммированием находят общие подготовленные, вскрытые и го­товые к выемке запасы горной массы и полезных ископаемых для карьера в целом.

По мере подвигания фронта работ вышележащих уступов и изменения положения транспортных коммуникаций объемы горной массы нижележащих уступов переходят в подготовлен­ные запасы, а затем. последовательно или одновременно во вскрытые и готовые к выемке.

Необходимо различать запасы горной массы и полезного ископаемого на фиксированный момент времени — текущие и на определенный период работы карьера (чаще всего годовой) — плановые.

Подготовленные и вскрытые запасы горной массы на усту­пах, о которых говорилось выше, относятся к текущим. Этих запасов должно быть достаточно для выполнения всех подгото­вительных работ, и этим положением определяются объемы со­ответствующих рабочих блоков: подготовленных к бурению, бу­ровых, взрываемых и др.

Готовых к выемке запасов должно быть достаточно для ритмичной работы выемочно-погрузочного оборудования, а в добычной зоне — также для обеспечения необходимого сорта­мента полезного ископаемого и текущих плановых показателей по качеству. В настоящее время на мощных карьерах готовые к выемке запасы горной массы на один экскаватор составляют, как правило, не менее его месячной производительности. Подго­товленные и вскрытые запасы на любой момент времени дол­жны обеспечить готовые к выемке запасы.

Плановые подготовленные и вскрытые запасы горной массы и полезного ископаемого необходимы для обеспечения выпол­нения проектных объемов вскрышных, добычных и горно-под­готовительных работ при принятом порядке их производства. Объем и местоположение этих запасов устанавливаются при годовом планировании горных работ с учетом возможности вре­менного прекращения работ на отдельных или всех вскрышных уступах, изменения качества полезного ископаемого в недрах и т. д. Плановые запасы горной массы определяются подвиганием всех нижних уступов относительно какого-либо верхнего, остановленного.

Запасы полезного ископаемого, согласно ПТЭ, подсчитывают по состоянию на 1 апреля и 1 октября каждого года. Их объем должен обеспечивать мощность карьера на определенные пе­риоды эксплуатации в соответствии с действующими отрасле­выми инструкциями.

При сезонном ведении вскрышных работ подготовленные запасы полезного ископаемого на 1 октября должны быть больше тех запасов, которые можно отработать за период пре­кращения работы вскрышного оборудования.

К моменту сдачи карьера в эксплуатацию подготовленных запасов полезного ископаемого при круглогодовой работе должно быть достаточно для выполнения не менее трехмесяч­ного плана добычи первого года эксплуатации, а при сезонной работе — не менее шести- или семимесячного плана.

Подготовленные и вскрытые запасы подсчитывают методом горизонтальных сечений на плане горных работ, выполненном в масштабе не менее 1:1000. Для этого на каждом горизонте между нижней и верхней бровкой смежных уступов определяют площади подготовленных, вскрытых и готовых к выемке запасов, соответствующую среднюю высоту уступа и плотность вскрышных пород и полезного ископаемого. Результаты расче­тов определяются в объемах и тоннах запасов горной массы, руды (и тоннах металлов) по их видам.

В практике открытой разработки угля, различных руд и строительных горных пород широко пользуются понятиями вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов приме­нительно только к полезному ископаемому. Даже в одном ве­домстве пока не удается строго увязать определение запасов и их графическую интерпретацию применительно ко всему раз­нообразию условий залегания полезных ископаемых, особенно при перемежаемости в пределах уступа вскрышных пород, за­балансовых и балансовых полезных ископаемых.

5 Проведение траншей при железнодорожном транспорте.

При погрузке мягкой породы карьерными мехлопатами в транспортные средства схемы проведения траншей различа­ются в первую очередь по способам их проведения и погрузки. Проведение их осуществляют сплошным торцовым забоем и послойно торцовыми забоями. Погрузка может быть нижней или верхней.

Выемка сплошным забоем с нижней погрузкой произво­дится в тупиковых заходках. Глубина траншеи не должна пре­вышать высоты черпания экскаватора. Ширина нормальной ту­пиковой заходки при проведении траншеи Ан.т = b = 2Rч.у (b — ширина траншеи по дну). При нижней погрузке по условиям размещения экскаваторов и транспортных коммуникаций в ос­новном применяются широкие тупиковые заходки, реже - нор­мальные.

При железнодорожном транспорте на дне траншеи у забоя располагают один - два погрузочных тупиковых пути (рис. 13.5). По мере подвигания забоя путь наращивают короткими звеньями. Так как рабочие параметры мехлопат не позволяют ставить в тупик под погрузку более одного думпкара, состав в траншее (иногда на нижележащем уступе) расформировы­вают для повагонной подачи к забою. Для производства манев­ровых операций при обмене вагонов укладывают выставочный тупик (рис. 13.5, а) или устраивают разъезд (рис. 13.5, б). Простои экскаватора при обмене вагонов и наращивании пути занимают большую часть рабочего времени, в связи с чем его производительность по сравнению с работой в сквозной заходке резко снижается. При двусторонней погрузке в результате совмещения выемки и обмена вагонов во втором тупике уве­личивается время производительного использования экскавато­ров и снижаются простои подвижного состава. Однако при двух тупиках возрастают ширина траншеи и объем проходче­ских работ. Минимальная ширина траншеи понизу при одном погрузочном пути, м

bmin = Rк + dтmin + m1 + m2, (13. 16) '

где Rк — радиус вращения кузова, м; dmin — минимальное расстояние между осями

Рис. 13.5. Схемы проведения траншей в мягких породах

мехлопатой с нижней погруз-

кой в думпкары:

а и б — соответственно при одной

и двух погрузочных тупиковых

путях

железнодорожного пути и экскаватора, м; (т1 — минимальный зазор между кузовом экскаватора и ниж­ней бровкой борта траншеи, м т1 = 0,4 - 0,6 м; т2 — рас­стояние от оси железнодорожного пути до борта траншеи, м 2.5-6 м).

При двусторонней погрузке в вагоны, м

bminI= 2(4dmin + т2) (13.17)

При высоте уступа 10—20 м и использовании мехлопат с ковшами емкостью от 4 до 12,5 м3 расчетная скорость прове­дения траншей при работе одного экскаватора составляет 90— 230 м/мес, а при спаренных экскаваторах—140—350 м/мес.

Выемка сплошным забоем с верхней погрузкой произво­дится карьерными мехлопатами с удлиненным рабочим обо­рудованием при всех видах транспорта (см. рис. 13.9,в). Глу­бина траншеи (высота уступа) устанавливается или проверя­ется по высоте и радиусу разгрузки экскаватора, так же как и при схеме верхней погрузки. Минимальная ширина дна тран­шеи bmin= 2(Rk+ т1). Максимальная же ширина зависит от числа сторон погрузки: при односторонней погрузке (установке транспортных средств на одном борту траншеи) bmax = 2Rч.у; при двусторонней bmax = (3,5-З,7) Rч.у

При работе экскаватора с верхней погрузкой в сквозной заходке при железнодорожном транспорте расформирование по­ездов и соответствующие маневровые операции не произво­дятся, в результате чего скорость проведения траншей увели­чивается на 40—50 %. В случае применения конвейерного транспорта исключается необходимость периодического удли­нения конвейера. При автотранспорте верхняя погрузка эф­фективна при разработке обводненных песчаных и склонных к набуханию мягких пород.

Послойное проведение траншей применяют при глубине их Hт>HЧmах, а также для создания сквозных заходок при ис­пользовании обычных карьерных мехлопат в комплексе с же­лезнодорожным транспортом. Слои отрабатывают:

в одну сторону на всю ширину слоя (рис. 13.7,а); в этом случае, если ширина слоя превышает максимальную ширину заходки по условиям черпания (А = 2Rч.у) или разгрузки (А = Rрн—hелсtga - Ст+ Rч.у; Rрн— радиус разгрузки экскава­тора при максимальной ее высоте; hсл — высота слоя; Ст — рас­стояние от верхней бровки подуступа до оси пути), верхняя погрузка производится только при выемке первой заходки по временной выемкой слоев: / — оси движения экскаваторов; 2 — оси путей

Рис. 13.7. Схемы послойного

проведения тран­шей: /, //, ///,IV –

последовательность выемки слоев

каждому слою, а следующие отрабатывают с нижней погруз­кой при расположении погрузочного пути на уровне стояния экскаватора;

-с верхней погрузкой при укладке путей на один борт (рис. 13.7,6);

-с верхней погрузкой при укладке путей на оба борта (рис. 13.7,0).

Схема, показанная на рис. 13.7, а, характеризуется наи­большим числом переукладок пути, максимальной шириной траншеи поверху и наименьшей скоростью проведения.

При схеме, показанной на рис. 13.7,6, перед выемкой каж­дого следующего слоя путь переносят на дно образующейся траншеи. Объем экскаваторной заходки, в отличие от предыду­щей схемы, возрастает с углублением траншеи, при этом со­кращается объем путеукладочных работ. Возможна резкая ин­тенсификация проведения за счет одновременной выемки не­скольких слоев (рис. 13.8).

При применении схемы, показанной на рис. 13.7, в, отраба­тывать нижние слои одновременно несколькими экскаваторами не представляется возможным, но объем траншеи при этом минимальный, Число вынимаемых слоев

nсл >= Hy / (Hpmax – hВ – е)

где hВ — высота транспортного сосуда, м; е — минимальный за­зор между транспортным сосудом и открытым днищем ковша экскаватора, м.

Высота слоя при применении экскаваторов с ковшами ем­костью 4—8 м3 изменяется от 3 до 5 м. Ширина дна траншеи определяется так же, как при выемке сплошным забоем с верх­ней погрузкой, а ширина поверху зависит от схемы проведе­ния, числа слоев и ширины транспортных берм bт (bт= 4-9.5 м).

Техническая производительность экскаваторов при послой­ном проведении траншей почти такая же, как и при работе в обычных сквозных заходках, а эксплуатационная (месячная, годовая) из-за частых переукладок пути ниже на 10—20 %. Вместе с тем увеличиваются размеры траншей и общий объем проходческих работ (на 10—35%), особенно (в несколько раз) — объем путевых работ; эксплуатационная выемка наре­заемого уступа не производится до полного завершения прове­дения. Затраты на проведение в этом случае выше, чем при выемке сплошным забоем с верхней погрузкой.