1. Залежи полезных ископаемых по форме могут быть: изометрическими — развитыми более или менее одинаково во всех направлениях (массивные залежи, штоки, гнезда и т. п., рис. 1.1, в, з); плитообразными — вытянутыми преимущественно в двух направлениях при относительно небольшой мощности (пласты и пластообразные залежи, рис. 1.1, а, б, г, ж); трубообразными и столбообразными — вытянутыми преимущественно в одном направлении; промежуточными и переходными между указанными формами (линзы, жилы, седловидные залежи, складки, перегибы, тектонически нарушенные свиты пластов) (рис. 1.1, д, е). Форма залежей предопределяет форму карьерных полей.
2. Рельеф поверхности месторождения может быть: равнинным (см. рис. 1.1, а); в виде склона возвышенности(см. рис. 1.1, б); в виде возвышенности (см. рис. 1.1,в); холмистым (см. рис. 1.1, г); и, наконец, залежь может находиться под водой. От рельефа поверхности зависит порядок разработки и возможные средства механизации.
3. В зависимости от положения относительно господствующего уровня поверхности и глубины залегания различают месторождения: поверхностного типа — непосредственно выходящие на поверхность или расположенные под наносами небольшой мощности (до 20—30 м, см. рис. 1.1, а); глубинного типа — расположенные значительно ниже господствующего уровня поверхности, мощность толщи пустых пород может составлять от 40 до 250 м (см. рис. 1.1, д, е); такие месторождения могут разрабатываться открытым или подземным способом, что экономически обосновывается; высотного типа — расположенные выше господствующего уровня поверхности (см. рис. 1.1, б, в); месторождения могут быть объектами открытых или подземных разработок; высотно-глубинного типа — частично расположенные выше и ниже господствующей поверхности (см. рис. 1.1, ж). Залегание может быть согласным или несогласным с рельефом поверхности; залежь может занимать всю или часть возвышенности (склона горы). От положения залежи относительно земной поверхности зависят размеры карьера по глубине и в плане, а также применяемые технические средства, особенно транспортные.
4. По углу падения различают залежи: пологие, характеризующиеся слабонаклонным (до 8—10°) и волнистым залеганием основной части залежи (см. рис. 1.1, с, г); их частным случаем являются горизонтальные залежи; наклонные — с углами падения от 8—10 до 25—30° (см. рис 1.1, б); крутонаклонные — с углами падения более 25—30° (см. рис. 1.1, ж); крутые — с углами падения 56—90°(см. рис.1.1,5); сложного залегания, характерного при антиклинальных и синклинальных складках (см. рис. 1.1, е) и резких геологических нарушениях; оно отличается переменным направлением падения залежи.
Рисунок 1.1 – Схемы разрабатываемых месторождений и залежей 1 — растительный слой; 2 — песок; 3 — глина; 4 — сланец глинистый; 5 — известняк; 6 — сланец песчано-глинистый; 7 — пласт угля; 8 — сланец песчанистый; 9 — пропласток угля; 10 — песчаник
Такое разделение залежей принято на основе технологии ведения открытых горных работ. Так, размещение отвалов в выработанном пространстве карьера возможно при разработке горизонтальных и пологих залежей (рис. 1.2, а) и в особых случаях—при разработке вытянутых наклонных и крутонаклонных залежей. При разработке наклонных залежей по условиям устойчивости конечных бортов карьера и размещения вскрывающих выработок обычно не требуется выемка вскрышных пород лежачего бока залежи (рис. 1.2, б). При крутом падении необходимо производить разработку вмещающих пород как висячего, так и лежачего боков залежи (рис. 1.2, в).
Рисунок 1.2 – Схемы открытой разработки залежей: 1 – выработанное пространство; 2, 3 – соответственно внутренние и внешние отвалы; 4 и 5 - соответственно рабочий и нерабочий борт; 6 – конечный контур карьера; 7 – бермы; I – IV – последовательность развития работ на уступах.
5. По мощности залежи разделяются: на весьма маломощные, малой мощности, средней мощности, мощные и весьма мощные. Такое разделение связано с зависимостью числа одновременно отрабатываемых добычных уступов от мощности залежи. Условия и порядок разработки горизонтальных и наклонных (крутонаклонных) залежей неодинаковы, поэтому численно различны для этих залежей и показатели одних и тех же классов мощности. простые залежи (см. рис. 1.1, б, ж) с однородным строением, без существенных прослойков и включений; в этом случае все полезные ископаемые залежи вынимают совместно (валовый способ выемки); сложные залежи (см. рис. 1.1, а, г), содержащие наряду с кондиционным полезным ископаемым некондиционные его сорта, а также прослойки или включения пустых пород с четко выраженными контактами; в этом случае необходима раздельная (селективная) разработка кондиционного и некондиционного полезного ископаемого и пустых пород; рассредоточенные залежи (см. рис. 1.1, з), имеющие сложное строение, при котором кондиционное и некондиционное полезное ископаемое и пустые породы распределяются в толще земной коры без четкой закономерности и выраженных контактов; выбор раздельного или валового способа выемки полезного ископаемого производится после детальной эксплуатационной разведки.
6.Виды и размеры карьерных полей. Обширные карьерные поля, соответствующие в основном поверхностному виду открытых разработок, обычно характеризуются относительно небольшой глубиной (Нк до 100 м) при большой площади карьера в плане (до 10-40 км2 ) и сравнительно мало отличающихся параметрах Lк и Вк. Вытянутые карьерные поля имеют большие размеры по простиранию Lк, в несколько раз превышающие размеры вкрест простирания залежи Вк. характерны для глубинного вида открытых разработок при Hк 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 Vк и его торцовых частей Vт: карьерные поля относятся к 0,20) Vк, Lк:Вк ≥ 4:1.вытянутым, если Vт составляет не более (0,15
7.Главные параметры карьера Конечная глубина, которая при разработке наклонных и крутых залежей определяет возможную производственную мощность карьера, размеры его по поверхности, общий объём извлекаемой горной массы. Для горизонтальных и пологих залежей конечная глубина определяется природными условиями и изменяется незначительно за весь период разработки. Конечная глубина устанавливается при проектировании карьера. Проектами предусматривается возможность открытой разработки до глубины 700-900 м.
2. Размеры карьера на поверхности по простиранию и вкрест простирания определяются размерами залежи, дна карьера, глубины и углов откосов его бортов. Они устанавливаются графически или аналитически. Форма дна карьера в плане обычно близка к овальной. Длинна карьера изменяется от сотен метров до 8 километров, а ширина до 4 километров.
3. Размеры дна карьера устанавливаются оконтуриванием разрабатываемой части залежи на отметке конечной глубины карьера. Минимальные размеры дна карьера определяются условиями безопасной выемки и погрузки пород на нижнем уступе (ширина не менее 20 м., длинна не менее 50-100 м.)
4. Углы откосов бортов карьера определяются условиями устойчивости пород прибортового массива и размещения транспортных коммуникаций. Их принимают более крутыми для уменьшения объёма вскрышных работ.
5. Общий обьём горной массы в контурах карьера является важнейшим показателем , определяющим производственную мощность предприятия, срок его существования и др.
Площадь, форма контура и периметр дна карьера в первую очередь зависят от размеров и конфигурации залежи. Дну карьера придается по возможности округленная форма с целью повышения устойчивости бортов и уменьшения объема извлекаемых вскрышных горных пород.
6. Запасы полезного ископаемого в контурах карьераважнейший показатель, определяющий возможный масштаб добычи, срок существования карьера и экономические результаты разработки. Запасы в пределах каждого уступа (горизонта) и карьерного поля в целом устанавливаются при разведке месторождения, а затем уточняются и пересчитываются в контурах карьера при проектировании и эксплуатации его в соответствии с установленными и периодически изменяющимися кондициями на полезное ископаемое.
8.Горно капитальные работы. При открытой разработке горно-капитальные работы включают: проведение вскрывающих (капитальных траншей) и разрезных (разрезных канав или котлованов) выработок; удаление горных пород, покрывающих и вмещающих залежи полезных ископаемых, в отвальные насыпи на момент сдачи карьера в эксплуатацию; работы по бурению и оборудованию водопонижающих скважин, строительство подземных дренажных выработок и др. В процессе горно-капитальных работ вскрываются и подготавливаются к разработке запасы полезных ископаемых в объёмах, гарантирующих достижение проектной мощности предприятия в течение 4-6 месяцев при круглогодовой и 2-3 месяцев при сезонной работе карьера. Соблюдение указанных норм проектирования достигается некоторым опережением вскрышных работ. При залегании залежи на значительной глубине в толще скальных пород к горно-капитальным работам относятся только те работы, которые нужно выполнить для достижения не менее 15-20% проектной производственной мощности карьера.
9) Эксплуатационные горные работы
Эксплуатационные горные работы подразделяются на:
вскрышные работы, заключающиеся в выемке и перемещении в отвалы пустых пород и некондиционных полезных ископаемых с воссозданием подготовленных к разработке и вскрытых запасов полезного ископаемого;
добычные работы, заключающиеся в выемке и доставке добытого полезного ископаемого на склады или к потребителю.
В состав эксплуатационных горных работ входят также работы по зачистке вскрытых запасов полезного ископаемого, воссозданию транспортных коммуникаций, проведению очередных участков разрезных траншей на вскрытых уступах для увеличения длины фронта добычных и вскрышных работ и работы по развитию отвального хозяйства карьера.
10) Коэффициенты вскрыши
Коэффициент вскрыши — показатель, используемый при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Представляет собой отношение количества пустых пород к количеству полезного ископаемого. Как числитель, так и знаменатель этого отношения может измеряться в кубических метрах и/или тоннах (м³/м³, т/т, м³/т). Чаще всего используется показатель м³/т. Различают:
Текущий коэффициент вскрыши — отношение объёма пустых пород к объёму полезного ископаемого, добытого за определенный период эксплуатации, например, год или месяц.
Средний коэффициент вскрыши — отношение объёма пустых пород к объёму полезного ископаемого в конечном контуре карьера.
Контурный коэффициент вскрыши — отношение приращения объема пустых пород к приращению объема полезного ископаемого при расширении контура карьера в плане или в глубину (он больше текущего коэффициента вскрыши).
Граничный (предельный) коэффициент вскрыши — это максимально допустимый коэффициент вскрыши на данном месторождении, рассчитанный исходя из условия экономической целесообразности добычи руды именно открытыми горными работами
11) Суть граничного коэффициента вскрыши
Граничный (предельный) коэффициент вскрыши — это максимально допустимый коэффициент вскрыши на данном месторождении, рассчитанный исходя из условия экономической целесообразности добычи руды именно открытыми горными работами
12) Понятие о режиме горных работ
Последовательность выполнения вскрышных и добычных работ за период существования карьера, при которой обеспечивается планомерная, безопасная и экономичная разработка месторождения, характеризует режим открытых горных работ.
13) Этапы и периоды открытой разработки
По технологическому назначению и организационно-экономическим признакам выделяют несколько этапов и периодов разработки месторождения.
На первом этапе ведут подготовку поверхности карьерного поля: вырубают лес и кустарники, осушают болота и озера, отводят реки и ручьи, протекающие вблизи карьерного поля или пересекающие его, сносят здания, сооружения и т. п.; производят осушение месторождения, то есть удаляют воду, поступающую из водоносных горизонтов или в результате выпадения атмосферных осадков. За пределами карьера проводят нагорную канаву, которая служит для перехвата и удаления вод поверхностного стока.
Подготовка поверхности и осушение месторождения, выполненные полностью или частично, позволяют приступитьк горно-капитальным работам. К ним относятся работы по удалению покрывающих пород, созданию капитальных, разрезных траншей и котлованов, а также насыпей, которые позволяютначать систематическое производство вскрышных и добычных работ в строгом соответствии с проектом.
Горно-капитальные работы, выполняемые в период строительствакарьерадо сдачи его в эксплуатацию,называютгорно-строительными работами.К ним относят также добычные работы в период строительства карьера (попутная добыча) и комплекс работ по сооружению транспортных коммуникаций.
Экономические особенности горно-строительных работ: все затраты на горно-строительные работы относятся к капитальным вложениям;удельные затраты на горно-строительные работы (на 1 mj) больше, чем на горные работы в период эксплуатации карьера, особенно после достижения им проектной производственной мощности.
С учетом этого горно-строительные работы целесообразно выполнять в том минимальном объеме, который необходим для обеспечения добычи полезных ископаемых: либо в объеме полной проектной мощности карьера, либо части этой мощности (чаще всего от 30 до60%),предусмотренной в утвержденномпроекте.
На втором этапе осуществляют вскрытие месторождения – проведение систем горных выработок, обеспечивающих транспортную связь горизонтов карьера с поверхностью.
На третьем этапе проводят вскрышные работы – удаляют пустые породы, создавая условия для доступа к полезному ископаемому.
На четвертом этапе ведут добычные работы – планомерное извлечение полезного ископаемого.
Работы по созданию вскрывающих и разрезных горных выработок называются горно-подготовительными. В зависимости от периода деятельности карьера (строительный или эксплуатационный) и источника финансирования (капитальные вложения или за счет основной деятельности действующего предприятия) горно-подготовительные работы относятся к горно-капитальным или эксплуатационным работам.В некоторых случаях проводимые в эксплуатационный период после освоения проектной мощности карьера горно-подготовительные работы относятся к горно-капитальным.
К горно-капитальным относятся также продолжающиеся в эксплуатационный период работы, связанные с осушением, в частности бурение очередных водопонижающих скважин, сооружение подземных дренажных выработок и дорог.
При установлении дополнительных разведочных данных о месторождении и переутверждении запасов полезных ископаемых, особенно при переходе с одного этапа горных работ на другой согласно проектному графику, возникает необходимость в реконструкции карьерного хозяйства с заменой горного и транспортного оборудования, реконструкцией вскрывающих выработок и отвалов и изменением производственной мощности карьера. Работы по реконструкции относятся к горно-капитальным и осуществляются по специально утвержденным проектам.
В течение пятого этапа восстанавливают (рекультивируют) нарушенную горными работами территорию.
Перечисленные работы вначале выполняют последовательно, а затем продолжают параллельно, с некоторым опережением. Например, проходка вскрывающих выработок опережает вскрышные работы, а те, в свою очередь, добычные.
По организационно-экономическим признакам выделяют: строительный период; период освоения проектной мощности; период работы карьера с полной производственной мощностью (период нормальной эксплуатации карьера); период погашения горных работ, или период доработки.
В течение строительного периода осуществляют подготовку поверхности, ведут осушение месторождения, прокладывают необходимые коммуникации, производят строительные и монтажные работы на всех объектах. Проходят также комплекс горных выработок и удаляют из карьера определенные объемы горной массы с целью создания начального фронта добычных и вскрышных работ, обеспечивающего планомерную и безопасную отработку месторождения. Объемы всех горных работ этого периода относят к горнокапитальным и финансируют за счет инвестиций. От них зависят сроки и затраты на строительство карьера.
После завершения работ строительного периода карьер сдают в эксплуатацию, и он начинает функционировать как хозрасчетное предприятие.
В последующий период увеличивают протяженность фронта работ, вводят в эксплуатацию дальнейшие очереди карьера, постепенно наращивая его производственную мощность до проектного уровня. На этом этапе продолжается вложение инвестиций, но ежегодный объем их постепенно снижается.
Основные задачи наиболее длительного периода нормальной эксплуатации карьера: поддержание, а при необходимости и расширение фронта горных работ с целью удовлетворения возрастающей потребности в сырье. Зачастую производят реконструкцию карьерного хозяйства с заменой горнотранспортного оборудования, изменением производственной мощности. Техническое перевооружение предприятия и работы по реконструкции ведутся по специальным проектам, финансирование их осуществляется за счет инвестиций.
В период доработки карьера происходит постепенное уменьшение протяженности фронта работ карьера – «затухание» (погашение) горных работ. Этот период завершается переходом на подземный способ разработки. В случае же полной отработки балансовых запасов происходит ликвидация горнодобывающего предприятия.
Усчитывая особенности закона, описываемого длинными волнами (ДВ), экономической конъюнктуры (см. параграф 1.3) А.Г. Шапарь рекомендует планировать разработку месторождения таким образом, чтобы период освоения проектной мощности совпал с началом подъема ДВ. В этом случае будет обеспечена максимальная эффективность использования вложенных инвестиций. Тогда период работы карьера с полной проектной производительностью придется на период фазы роста. Если срок службы горного предприятия превышает продолжительность ДВ, то на спаде экологической конъюнктуры необходимо предусмотреть частичную консервацию мощностей.