книги из ГПНТБ / Хохряков, В. С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых учебник

2) классификации, в которых системы открытой разработки раз­ личаются в зависимости от порядка ведения подготовительных, вскрышных и добычных работ, направления подвигания забоя и спо­ соба вскрытия.

К первой группе относятся классификации систем открытой разработки, предложенные акад. Н. В. Мельниковым, Е. Ф. Шешко. В основу их положен важный и характерный, в производственном отношении классификационный признак — способ перемещения пустых пород.

Вскрышные работы являются трудоемким процессом, объем их обычно в несколько раз превосходит объем добычных работ, поэтому совершенство технологии и организации вскрышных работ опре­ деляет в основном технико-экономические показатели открытой разработки месторождения. В затратах на удаление 1 м3 вскрыши обычно наибольшую часть составляют расходы на транспортирование породы; стоимость транспортирования и отвалообразования часто достигает 60—70% общей стоимости 1 м3 вскрышных работ. Поэтому способ перемещения пустых пород и послужил классификационным признаком, определяющим главные особенности системы.

По классификации Е. Ф. Шешко все системы открытой разработки разделены на три группы — бестранспортные, транспортные и ком­ бинированные. Каждая группа в зависцмости от того, как произ­

рактеризуются тем, что вскрышные породы перемещаются экскава­ торами или отвалообразователями во внутренние отвалы. Эта группа разделена на три системы.

При системе разработки с непосредственной экскаваторной пере­ валкой вскрыши перемещение породы пз забоя до отвала произ­ водится вскрышными экскаваторами, обычно механическими лопа­ тами пли драглайнами, которые одновременно являются также отвальными экскаваторами (рис. 75, А — 1).

При системе разработки с кратной экскаваторной перевалкой вскрыши перемещение породы из забоя до отвала производится вскрышными и отвальными экскаваторами, работающими совместно (рис. 75, А —2).

При системе разработки с перевалкой вскрыши отвалообразова­ телями перемещение породы пз забоя до отвала производится консольными отвалообразователями и транспортно-отвальными мо­ стами (рис. 75, А —3).

При всех этих системах разработки порода перемещается из забоя в отвалы поперек фронта работ, т. е. по кратчайшему расстоянию. Поэтому системы с перевалкой породы во внутренние отвалы являются наиболее простыми и, как правило, наиболее экономич­ ными. Однако они могут применяться только при пологих углах падения и не слишком большой мощности пластов. Кроме того, при этих системах существует жесткая связь между вскрышными

153

н добычными работами, так как количество вскрываемых запасов ограничивается рабочими размерами и мощностью вскрышиых и от­ вальных машин.

Т р а н с п о р т н ы е с и с т е м ы р а з р а б о т к и характе­ ризуются перевозкой вскрышных пород при помощи транспортных средств. По признаку относительной сложности породотранспортных работ онп разделяются на три системы разработки.

Прп системе с перевозкой во внутренние отвалы порода пере­ мещается на сравнительно короткое расстояние по пути с благопри­ ятным профилем, обычно без подъема в грузовом направлении (рнс. 75, Б —4).

Снстема с перевозкой породы на внешние отвалы характери­ зуется перемещением породы на более значительные расстояния, обычно по пути с подъемом в грузовом направлении (рнс. 75, Б —5).

Система с перевозкой породы частично на внутренние н частично на внешние отвалы имеет признаки первых двух систем этой группы, (рис. 75, Б —6).

Транспортные системы разработки сложнее бестранспортных и менее экономичны. Но онп могут применяться при любых условиях залегания месторождения и поэтому получили большее распростра­ нениеПрн этих системах зависимость между подвнганпем вскрыш­ ного и добычного фронта работ менее жесткая, в зависимости от потребности можно вскрыть необходимое количество запасов.

На открытых работах применяют также к о м б и н и р о в а н ­ н ы е с и с т е м ы , сочетающие признаки бестранспортных п транс­ портных систем. По признаку относительного преобладания пере­ валки пли перевозки эта группа разделяется на следующие две си­ стемы: система с частичной перевозкой пустых пород во вну­ тренние или внешние отвалы (рис. 75, В —7) и система с частичной перевалкой пустых пород во внутренние отвалы (рис. 75, В —8).

Впервом случае благодаря частичной перевозке породы, обычно

сверхних уступов, расширяется возможность пспользования тех­ нико-экономических преимуществ бестранспортных систем раз­ работки. Во втором случае частичное применение перевалки породы во внутренние отвалы, обычно с нижних уступов карьера, позволяет улучшить технико-экономические показатели транспортных систем разработки, так как транспортные подступы к нижним горизонтам карьера оказываются обычно более трудными.

Относительная сложность и экономичность комбинированных

систем разработки зависят от доли участия перевозки и перевалки. Чем больший объем пород будет разрабатываться по бестранспортной системе, тем экономичнее комбинированная система разработки.

По классификации акад. Н. В. Мельникова все системы разра­ ботки разделены на пять групп: бестранспортные, транспортно- . отвальные, специальные, транспортные и комбинированные. В группу транспортно-отвальных включены системы разработки, при которых вскрышные породы перемещаются во внутренние отвалы

154

155

По мере развития открытой разработки рудных месторождений и увеличения числа карьеров на наклонных и крутых месторожде­ ниях с различными условиями залегания и отрабатываемых различ­ ными техническими средствами все более ощущалась необходимость разработки классификации, учитывающей условия таких место­ рождений и обобщающей практику открытой разработки последних десятилетий.

Современная классификация систем открытой разработки создана чл.-корр. АН СССР В. В. Ржевским в 1967—1968 гг. (табл. 17).

В основу ее положены классификационные признаки, определя­ ющие порядок ведения подготовительных и очистных работ в про­ странстве и во времени, а именно: расположение фроита работ

вплане, направление выемки пустых пород и полезного ископаемого

вплане, место расположения отвалов, перемещение рабочей зоны по мере отработки месторождения, угол наклона слоя.

По классификации В. В. Ржевского все системы разделены на две группы: Г — для горизонтальных и пологих месторождений и К — для крутых и наклонных залежей. Для первой группы харак­ терна постоянная или медленно и мало изменяющаяся рабочая зона, для второй — переменная (рис. 76).

Каждая группа в зависимости от расположения фронта работ в плане делится на четыре подгруппы: продольные системы — Д, поперечные — П, веерные — В и кольцевые — К. В зависимости от направления выемки продольные п поперечные системы могут быть однобортовыми или двухбортовымп, веерные — центральными или рассредоточенными, кольцевые — центральными или периферийными.

Кроме того, системы характеризуются местом расположения отвалов (внутренние и внешние) и направлением выемки в профиле (горизонтальными, наклонными и л и крутыми слоями).

На рис. 76 схематично показаны некоторые из наиболее рас­ пространенных систем разработки горизонтальных и пологих место­ рождений (группа Г) и крутых и цаклопиых месторождений (группа К). В группе Г выделены следующие системы: продольная однобортовая с внутренними отвалами, слабопеременной рабочей зоной, отрабатываемой в верхней части горизонтальными, в ниж­ ней — наклонньши слоями; поперечная двухбортовая с внешними отвалами, постоянной рабочей зоной, отрабатываемой горизонталь­ ными слоями; веерная центральная с внутренними отвалами с по­ стоянной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями (отличается от веерной рассредоточенной тем, что в последнем случае поворотный пункт в течение отработки месторождения периодически переносится, вследствие чего карьерное поле разделяется на ряд последовательно отрабатываемых секторов); кольцевая периферий­ ная с внутренними отвалами и слабо переменной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями. Здесь горные работы начинаются с периферии карьерного поля и перемещаются к его центру, а при кольцевой центральной, наоборот, — от центра к гра­ ницам.

158

В группе К выделены следующие системы: продольная двух­ бортовая с внешними отвалами и переменной рабочей зоной, отра­ батываемой горизонтальными слоями; поперечная однобортовая с внешними отвалами и переменной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями; кольцевая центральная с внешними отва­ лами и переменной рабочей зоной, отрабатываемой горизонтальными слоями.

§ 2. Технологические схемы разработки е экскаваторной перевалкой вскрыши в выработанное пространство

Схемы разработки с экскаваторной перевалкой вскрыши в выра­ ботанное пространство очень экономичны, так как пустые породы перемещаются по кратчайшему пути без помощи транспортных средств. Они дол/Кны применяться, как правило, во всех случаях, когда это возможно по условиям залегания, т. е. при горизонтальном или пологом залегании месторождения (обычно до 10—12°) и при ограниченной мощности залежи (обычно до 20—30 м) и вскрыши (обычно до 40—45 м).

Технологические схемы с экскаваторной перевалкой вскрыши применимы также при разработке выходов наклонных и крутых залежей.

Способ укладки породы во внутренние отвалы при этих схемах зависит от мощности пласта полезного ископаемого и угла его паде­ ния, высоты вскрышного уступа, а также от рабочих размеров вскрышных экскаваторов. По этому признаку бестранспортные схемы открытой разработки разделяются на схемы разработки с непосред­ ственной перевалкой вскрыши в выработанное пространство, или простые бестранспортные схемы, и схемы с кратной перевалкой вскрыши в выработанное пространство, или усложненные бестранс­ портные схемы с переэкскавацией породы на отвалах.

Простая бестранспортная схема разработки. Эта схема в зави­ симости от типа экскаватора и его расположения включает следующие схемы экскавации:

при разработке вскрыши одним уступом — схему экскавации механической лопатой и драглайиом;

при разработке вскрыши двумя уступами — схему экскавации двумя драглайнами и драглайном и механической лопатой.

С х е м а э к с к а в а ц и и механической лопатой при раз­ работке вскрыши одним уступом (рис. 77). Механическая лопата, расположенная на кровле пласта, сваливает породу в выработанное пространство, вскрывая полосу полезного ископаемого. Вслед за подвиганием породного уступа производятся зачистка кровли пласта и выемка полезного ископаемого. Добыча полезного ископаемого обычно осуществляется механическими лопатами с погрузкой в кон­ вейерный, автомобильный и реже железнодорожный транспорт. Транспортные пути могут быть расположены на почве или на кровле пласта. Более рациональным является расположение транспортной

159

площадки па кровле пласта, так как последняя обычно представляет собой относительно ровную, осушенную поверхность, устройство транспортных коммуникаций на которой не требует больших затрат.

Если транспортная площадка располагается на почве пласта, расстояние а между иижпнми бровками отвала и добычного уступа должно обеспечить размеще­

ние транспортных путей. Механическую лопату

устанавливают на кровле пласта полезного ископаемого таким образом, чтобы обеспе­ чить наибольшую дальность перемещения вскрышных по­ род в выработанное простран­ ство, т. е. как можно ближе к выработанному простран­ ству. Расстояние от оси ма-. шины до верхней бровки пласта полезного ископаемого может быть определено по формуле

Если транспортная площадка располагается на кровле пласта, то наименьшее расстояние между породным и добычным уступами равно

Іо ~ Б -f- Т, м,

где Т — ширина транспортной площадки, определяемая видом транспорта.

160

При расчете бестранспортных схем разработки обычно поль­ зуются зависимостями, которые устанавливаются из условпя равен­ ства объемов вскрышной заходкп 1—2—3—4 и емкости внутреннего отвала 1 '—2'—3 '—4' (см. рис. 77), т. е.

V2 = kVlt

где Ѵп — емкость внутреннего отвала на единицу длины фронта; к — остаточный коэффициент разрыхления породы в отвале; Ѵх — объем породы во вскрышной заходке на единицу длины фронта.

Объем породы во вскрышной заходке и емкость отвала зависят от высоты и ширины заходки, т. е-

Ѵ ^ А Н - V, = A ( h 0- ± tgß) .

Произведя замену в предыдущей формуле, получим

A ( h 0- ^ t g $ ) = kAH,

или после преобразования

>’о — 4 - tgß

Высота внутреннего отвала h0 в случае применения на бестранс­ портной вскрыше механической лопаты, выраженная через высоту разгрузки экскаватора Нр и мощность пласта h,

k0 = h-\- Б ѵ,

а через радиус разгрузки і?р

h0 = (Rp— h —А ctg а — а) tgß.

При заданных рабочих размерах экскаватора наибольшая допу­ стимая высота вскрышного уступа составит:

в зависимости от высоты разгрузки экскаватора

t f ^ ( t f p + Ä - 4 t g ß ) | , м;

I

в зависимости от радиуса разгрузки экскаватора

Если высота вскрышного уступа может быть принята меньше максимальной, то ширину заходки целесообразно принимать как можно большей, однако она не должна превышать 1,5 радиуса чер­ пания экскаватора на уровне стояния. По этому условию максималь­ ная ширина заходки для экскаваторов ЭВГ-6 и ЭВГ-15 составит около 30 м.

Наибольшая высота вскрышного уступа, разрабатываемого по простой бестранспортной системе, для экскаватора ЭВГ-15 при ширине заходкн 20 м и мощности пласта 5 и 10 м составит соответ­ ственно 11,2 и 12,3 м.

С х е м а э к с к а в а ц и и д р а г л а й н о м п р и р а з ­ р а б о т к е в с к р ы ш и о д н и м у с т у п о м (рис. 78). При этой схеме драглайн располагается на верхней площадке вскрышного уступа и смещен от бровки до­ бычного уступа на большее рас­ стояние, чем механическая ло­ пата. Расстояние от оси драг­ лайна до верхней бровки добыч­

ного уступа равно

Наибольшая высота вскрышного уступа, которую можно раз­ рабатывать по этой схеме шагающим драглайном ЭПІ-15/90 при ширине заходки 20 м и мощности пласта полезного ископаемого от 5 до 10 м, составляет 25—20 м.

С х е м а э к с к а в а ц и и д р а г л а й н о м п р и р а з ­ р а б о т к е в с к р ы ш и д в у м я п о д у с т у п а м и позво­ ляет при тех же рабочих размерах драглайна разрабатывать боль­ шую мощность вскрыши. Эта схема может быть применена только при использовании мощных драглайнов (с емкостью ковша более 6—8 м3), которые могут вести разработку уступов выше уровня стояния. Однако высота верхнего подуступа не должна быть более 0,3—0,4 высоты разгрузки драглайна.

162

С х е м а э к с к а в а ц и и м е х а н и ч е с к о й л о п а т о й и д р а г л а й н о м позволяет лишь незначительно увеличить мощность вскрыши, доступной экскавации, по сравнению с работой одного экскаватора. При этой схеме обычно верхний подуступ отра­ батывают драглайном, а нижний — механической лопатой.

С х е м у э к с к а в а ц и и д в у м я д р а г л а й н а м и применяют редко вследствие того, что драглайны, расположенные на верхнем подуступе, должны иметь большие линейные параметры. Поэтому в практике чаще всего верхний подуступ разрабатывают колесными скреперами, а при большой мощности вскрыши — экска­ ваторами с погрузкой в средства транспорта.

Схемы разработки с непосредственной перевалкой характери­ зуются относительно небольшой допускаемой мощностью вскрыши.

Ширина рабочих, предохранительных и транспортных площадок, а также количество вскрытых запасов при этой системе ограничены. Полезное ископаемое разрабатывается обычно одним уступом, чаще с верхней погрузкой в автосамосвалы. Фронт работ при большой его длине делится на отдельные участки с самостоятельными транс­ портными выходами иа поверхность. Скорость подвпганпя фронта работ при бестранспортной схеме наибольшая и достигает 250—400 іи в год.

Недостатком этих схем является жесткая технологическая вза­ имосвязь вскрышных и добычных работ.

Простая бестранспортная схема разработки успешно применяется на угольных разрезах Райчихинского и Черемховского месторожде­ ний, где уголь вывозится в основном железнодорожным транспортом. Эта схема разработки широко распространена также на угольных разрезах США, причем там применяется почтп исключительно авто­ мобильный транспорт. Автомобильный транспорт в этих условиях является наиболее экономичным, главным образом вследствие мень­ ших затрат на путевые работы. Устройство временной автодороги на кровле пласта значительно дешевле, чем переукладка рельсовых путей.

Усложненная бестранспортная схема разработки (с краткой перевалкой вскрыши). При этой схеме перемещение пород во вну­ тренние отвалы производится обычно двумя экскаваторами — вскрышным и отвальным. В качестве вскрышного экскаватора используется механическая лопата, устанавливаемая на кровде пласта полезного ископаемого, или драглайн, который располагается на кровле или промежуточном горизонте породного уступа. Отваль­ ный экскаватор (обычно драглайн) располагается на отвале.

Экскаваторные работы по удалению породы состоят в следу­ ющем (рис. 79). После отработки добычной заходки в выработанном пространстве остается свободной призабойная полоса шириной А + а. Для вскрытия следующей добычной заходкп вскрышной экскаватор отрабатывает породный уступ, сваливая породу в выработанное пространство. При этом вследствие недостаточных рабочих размеров; вскрышного экскаватора и ограниченного объема призабойного