1.2. Виды открытых горных разработок

Основные виды открытых разработок классифицируются по положению залежи относительно поверхности (рис. 1.3).

Рис. 1.3 – Схемы открытых разработок:

а, б, в, г и д – соответственно поверхностного, глубинного, нагорного, нагорно-глубинного и подводного вида

1. Разработки поверхностного вида. К ним относится большинство разработок россыпей, природных строительных горных пород, значительная часть угольных и небольшая часть рудных разработок при горизонтальных и пологих залежах. Карьеры при этом неглубокие (до 40—60 м) и имеют относительно постоянную глубину. Вскрышные породы и полезные ископаемые разнообразны, чаще мягкие и полускальные.

2. Разработки глубинного вида. К ним относятся большая часть рудных и частично угольные разработки при наклонном и крутом падении залежей. Карьеры в этом случае постепенно углубляются; конечная глубина их может достигать 800 м. В таких карьерах разрабатываются все типы пород.

3. Разработки нагорного вида. К ним в основном относятся открытые разработки различных руд, горно-химического сырья, строительных горных пород и иногда угля. Залежи расположены значительно выше господствующего уровня поверхности; число рабочих уступов и размеры карьеров в плане разнообразны. Полезные ископаемые и вскрышные породы в основном скальные.

4. Разработки нагорно–глубинного вида. К ним относятся открытые разработки различных руд, горно-химического сырья, строительных горных пород и угольные разработки при сложном рельефе поверхности карьерного поля. Полезные ископаемые и вскрышные породы скальные или полускальные, иногда разнородные.

Каждый из указанных видов открытых разработок отличается от другого подготовкой месторождения к эксплуатации, порядком его разработки, вскрытием рабочих горизонтов, расположением отвалов и соответственно характером комплексной механизации горных работ.

Разработки первого вида наиболее экономичны. При этом выемка полезного ископаемого осуществляется сразу на полную мощность и вскрышные породы размещаются в выработанном пространстве.

Вскрышные работы и отработка залежи полезного ископаемого при разработках глубинного вида производятся послойно в нисходящем порядке. Горную массу, как правило, перемещают вверх, па поверхность, и вскрышные породы складируют во внешние отвалы. Отработке каждого нового слоя предшествуют горно-подготовительные работы, обеспечивающие вскрытие рабочих горизонтов. Глубина карьера постепенно возрастает до предела, определяемого границами карьерного поля.

Для открытых разработок нагорного вида характерно перемещение покрывающих и вмещающих пород и добытого полезного ископаемого с применением транспорта вниз, к месту расположения отвалов и перерабатывающего комплекса.

Разработка месторождений нагорно-глубинного вида имеет характерные черты второго и третьего видов открытых разработок.

1.3 Виды и размеры карьерных полей

Месторождение или часть его, разрабатываемую одним карьером, называют карьерным полем. Карьерное поле является объемной геометрической фигурой, характеризуемой размерами в плане, глубиной и углами откосов

Рис. 1.5 – Схемы карьерных полей по форме и размерам:

а – обширные; б – вытянутые; в – округлые; 1 – дно карьера; 2 и 2^/ - торцовые части карьера соответственно вытянутой и округлой формы.

бортов; оно входит в состав земельного отвода карьера, в пределах которого размещаются также отвалы, промышленная площадка и другие производственные сооружения.

Рис. 1.4 – Схема к определению размеров карьерного поля

Размеры карьерного поля определяют общие объемы горных работ и возможную производственную мощность карьера.

Конечная глубина (Н_к) разработок поверхностного вида определяется природными условиями и изменяется незначительно за весь период ведения работ. При разработках глубинного, нагорного и смешанного видов эта глубина устанавливается при проектировании карьера. Современные карьеры имеют глубину от нескольких метров до 450 м. Проектами предусматри­вается возможность' открытой разработки до глубины 800 м.

Размеры дна карьера (Lд и b_Д) устанавливаются оконтуриванием разрабатываемой части залежи на отметке конечной глубины карьера (рис. 1.4). Минимальные его размеры определяются условиями безопасной выемки и погрузки пород на нижнем уступе (по ширине bД≥30 м, по длине l_д≥100 м).

Углы откосов бортов карьера (у) определяются условиями устойчивости пород прибортового массива, а при устойчивых породах — размещением транспортных коммуникаций— транспортных берм и наклонных траншей. Эти углы стремятся принимать более крутыми, чтобы уменьшить общий объем вскрышных работ.

Размеры карьера по простиранию и вкрест простирания залежи по поверхности (L_K и В_к, см. рис. 1.5) определяются размерами залежи и дна карьера, глубиной и углами откосов бортов, топографическими и гидро­графическими условиями. Устанавливают размеры карьера, как правило, графически, иногда, в простых условиях, аналитически. На очень крупных месторождениях L_K и В_к определяются условиями вскрытия рабочих горизонтов и разделением залежей на отдельные карьерные поля.

Параметры карьера должны обеспечивать эффективное использование горного и транспортного оборудования. Например, протяженность вытянутого карьерного поля должна соответствовать установленной мощности карьера, т. е. суммарной протяженности потребных экскаваторных фронтов.

Увеличение длины карьерного поля обусловливает:

- рост запасов полезного ископаемого в пределах карьерного поля и возможность увеличения мощности карьера;

- снижение среднего и текущего коэффициентов вскрыши в результате уменьшения влияния объема разноса торцов карьеру уменьшение общекарьерных расходов на тонну запасов и затрат на добычу полезного ископаемого при увеличении мощности карьера и уменьшении текущих коэффициентов вскрыши.

Недостатками большой длины карьерного поля, особенно при применении железнодорожного транспорта, являются: увеличение пробега транспортных средств по рабочим площадкам и бермам, продолжительности рейса и транспортных расходов; ухудшение условий обмена поездов на уступах, в связи с чем необходимо повышать полезную массу поезда и содержать дополнительные стрелочные переводы; увеличение объема горно-подготовительных работ для обеспечения роста производственной мощности карьера путем увеличения длины разрезных траншей, числа наклонных траншей и т. п.

Таким образом, увеличение или уменьшение длины карьерного поля, а следовательно, и фронта горных работ связано с ухудшением технико-экономических показателей работы карьера.

Длина карьерных полей изменяется от сотен метров до 6 км, а ширина в зависимости от типа залежи и вида открытых разработок составляет до 5 км. На крупных карьерах L_K= 2ч-2,5 км.

Общий объем горной массы в контурах карьерного поля (V_К) определяет производственную мощность предприятия, срок его существования и др.

По форме и размерам различают обширные, вытянутые и округлые карьерные ноля (рис. 1.5).

Обширные карьерные поля, соответствующие в основном поверхностному виду открытых разработок, обычно характеризуются относительно небольшой глубиной (Н_К до 100 м) при большой площади карьера в плане (до 10–40 км²) и сравнительно мало отличающихся параметрах L_K и В_к,

Вытянутые карьерные поля имеют большие размеры по простиранию (L_К до 3—5 км), в несколько раз превышающие размеры вкрест простиракия залежи В_к. Такие карьеры характерны для глубинного вида открытых разработок при Н_к до 150—200 м и при поверхностном виде разработок узких вытянутых залежей.

Округлые карьерные поля характерны при любой глубине разработки штокообразных залежей и большой глубине (200—800 м) разработки залежей любой формы в плане; разнос уступов по периметру карьера такой глубины предопределяет округленную или овальную форму поля в плане независимо от формы дна карьера; обычно оно также имеет овальную форму.

Подразделение карьерных полей по форме в плане на вытянутые и округлые принимается в зависимости от соотношения объемов карьера в целом V_К и его торцовых частей V_т: карьерные поля относятся к вытянутым, если V_T составляет не более (0,15-0,20)Vк. Для приближенных расчетов общих объемов горных работ карьерное поле можно считать вытянутым, если L_К:В_К≥4:1.

В процессе разработки у карьеров поверхностного вида изменяются размеры в плане, а у карьеров глубинного вида – одновременно глубина и размеры в плане; при этом обычно ширина карьера увеличивается быстрее его длины, отношение L_К:В_К уменьшается и карьерное поле постепенно становится округлым даже при разработке пластообразных залежей.

Рис. 1.6 – Схемы карьерных полей:

1 – контур залежи или отдельного карьерного поля; 2 – контур карьерного поля (месторождения); 3 – контур забалансовых запасов

По соотношению размеров карьерных полей и месторождения и последовательности вовлечения последнего в разработку различают следующие виды карьерных полей.

Карьерное поле охватывает все месторождение (рис. 1,6, а); размеры и форма поля в плане определяются размерами и формой залежи, а также условиями разноса бортов.

Карьерное поле охватывает только часть месторождения, отведенную для первоочередной разработки (рис. 1.6, б); размеры поля определяются производственной мощностью карьера и сроком его существования.

Карьерное поле входит в систему (группу) одновременно эксплуатируемых полей, на которые разделено данное месторождение (рис. 1.6, в). Такие карьерные поля возможны при больших размерах месторождения, когда создание одного карьера большой мощности невозможно или нецелесообразно; система карьерных полей обычно имеет единую схему транспортных коммуникаций на поверхности и отвалах.

Карьерное поле состоит из отдельных, независимых по горным работам участков (рис. 1.6, г); такие случаи встречаются при разработке расчлененных на независимые части месторождений. Расчлененные участки одного карьерного поля могут рассматриваться как независимые карьерные поля небольшого размера.

Виды карьерных полей по их размерам в плане, конечной глубине или высоте рабочей зоны (на косогорах) приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Виды карьерных полей

Размеры карьерных полей	Вид открытых разработок	Площадь карьера в плане, км2	Глубина карьера, м	Общий объём горной массы, млн.м3	Срок существования карьера, лет
Весьма малые	Поверхностный	До 0,4	До 20	До 10	До 10
	Нагорный	До 0,3	До 40
Малые	Поверхностный	0,4-0,2	До 40	10-100	10-25
	Нагорный и глубинный	0,3-1,5	40-100
Средние	Поверхностный	2,5-6,0	До 60	100-500	25-30
	Нагорный и глубинный	1,5-5,0	100-200
Большие	Поверхностный	4-20	До 80	500-2000	30-60
	Нагорный и глубинный	4-12	100-250
Весьма большие	Поверхностный	10-40	До 120	2000-10 000	60-100
	Глубинный	10-30	200-800