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

В процессе горных работ должен быть организован тщательный контроль за ходом обрушения и за выполнением специальных правил безопасной работы.

После создания безопасных условий начинают горные работы,, которые ведут обычно по следующим схемам.

При первой схеме вначале вынимают закладочный материал или обрушенную руду из камер, затем взрывают целики и произво­ дят их выемку. Эта схема может быть применена, если камеры имеют достаточно большую ширину (более 15—20 м), а целики между ними не нарушены и достаточно устойчивы. Экскаватор при выемке закладочного материала из ка­ мер работает между двумя об­ наженными целиками, что не­ безопасно.

При второй схеме последо­ вательно отрабатывают камеру, целик, камеру, целик и т. д. После выемки закладочного материала из камеры взрывают и вынимают следующий целик, затем цикл повторяется. При этой схеме производительность экскаваторов и автосамосвалов выше, чем при первой схеме, меньше разубоживание и по­ тери руды, становится возмож­ ным применение более мощных карьерных экскаваторов и автосамосвалов. Обуривание целиков производится заранее

(рис. 111).

При открытой разработке междукамерных и междуэтажных целиков потери руды составляют 5—7%, а разубоживание — 7— 12%. Производительность горнотранспортного оборудования (бу­ ровых станков, экскаваторов, автосамосвалов) обычно ниже, чем

. в открытом забое, и находится на уровне его производительности при проведении траншей с раздельной выемкой руды и пород.

При одновременном ведении открытых и подземных горных работ, когда карьер располагается над действующим рудником, подземная разработка должна производиться, как правило, с полной закладкой выработанного пространства. Работы должны вестись по единому техническому проекту, в котором должно быть учтено взаимное влияние подземных и открытых горных работ.

Контрольные разведочные скважины должны быть заложены так) чтобы они полностью характеризовали развитие зоны обруше­ ния, наличие и состояние подземных выработок, мощность кровли в камерах. Особенно опасными являются участки на границе зоны обрушения, примыкающие к крайним трещинам. Если имеются

215.

•сбойки между карьером и подземными выработками, то необходимо учитывать возможность проникновения в шахту газов, образующихся после взрывных работ в карьере.

Мощность кровли непогашенных камер, обеспечивающая без­ опасную работу карьерного оборудования над ними, определяется специальным расчетом на основе теории упругости. Минимальная допустимая мощность необрушенных пород над выработанным пространством, находящимся в зоне сдвижения, принимается по рекомендации Б. П. Юматова равной трехкратной высоте пустоты, но не менее 25 м.

§3. Рациональное использование горных выработок

исооружений при комбинированной разработке

При открытой разработке могут использоваться подземные выработки и сооружения, которые остались от подземного рудника или которые предназначены для существующего или будущего рудника.

На крупных карьерах для осушения глубоких горизонтов не­ обходимо создание дренажных комплексов (вертикальных стволов и горизонтальных выработок) стоимостью в несколько миллионов рублей. Использование в этих целях имеющихся подземных вырабо­ ток дает существенную экономию. При этом значительно облегчается проведение траншей для вскрытия новых горизонтов, снижаются эксплуатационные затраты, сокращается штат рабочих, занятых на водоотливе.

Подземные выработки могут быть использованы во многих слу­ чаях для транспортирования горной массы пз карьера посредством скипов или конвейеров. Это позволяет уменьшить дальность пере­ возок внутри карьера, что в условиях применения в качестве сбо­ рочного транспорта автосамосвалов дает существеииую экономию. Кроме того, отказ от широких транспортных берм, размещаемых на бортах карьера, позволяет увеличить углы откосов бортов на 3—5°, благодаря чему объем вскрышных работ на крупных карьерах снижается на 50—70 млн. м3.

В качестве примера можно указать на использование подземных выработок для выдачи руды на Блявинском меднорудном карьере (Урал), построенном вместо оказавшегося нерациональным подзем­ ного рудника. Руда из карьера автосамосвалами доставляется к внутрикарьерной дробилке, затем в вагонетках через шахтный ствол и штольню по кратчайшему пути подается_на обогатительнзно фабрику. Выработки и сооружения подземного рудника использу­ ются и использовались для транспортирования горной массы на Каджаранском меднорудном карьере, Хайдарканском карьере, апа­ титовых карьерах рудника нм. Кирова и на других рудниках.

Подземные выработки могут служить также для вентиляции карьеров. Подземные пустоты могут быть применены для складиро­ вания «хвостов» обогатительных фабрик. В этом случае отпадает

2 16

необходимость в строительстве специальных шламохранилищ, резкосокращаются затраты на оплату занимаемых под шламохранилища земельных участков, отпадает необходимость их рекультивации.

В свою очередь, выработки и сооружения карьера могут быть использованы при подземной разработке. Например, дренажные стволы карьера после его погашения могут использоваться в ка­ честве выданных стволов при подземной разработке за контуром карьера. После реконструкции существующие дренажные стволы могут обеспечить подъем более 4—5 млн. т руды в год. Породы вскрыши могут быть применены как закладочный материал. Приме­ нение дешевого закладочного материала позволит расширить при­ менение закладки и производить подземную разработку вблизи от действующего карьера (в прпконтурной зоне и под дном карьера).

Совместная разработка месторождения одновременно открытым

иподземным способом, по данным В. А. Щелканова, по сравнению с раздельной разработкой может повысить интенсивность отработки месторождения от 15—25 до 50%, снизить общие капиталовложения

иповысить на 15—20% экономическую эффективность разработки.

Г л а в а VII

ОСОБЕННОСТИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ НЕРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

§ 1. Характеристика минеральных строительных материалов

К нерудным обычно относят месторождения минеральных строи­ тельных материалов (камня, щебня, песка, гравия, глины и др.) и минерального сырья керамической, химической и других отраслей промышленности.

Многие нерудные месторождения, например самородной серы, асбеста, фосфоритов, апатитов, глины, разрабатывают обычными методами открытых горных работ. Однако имеется ряд месторожде­

из которых получают эти материалы, и способы обработки этих пород приведены в табл. 22.

Бутовым называется камень неправильной формы, применяемый для кладки фундаментов, цоколей, подпорных стен и др. Различают рваный бут и бутовые плиты; последние выламывают из слоистых пород. Для дорожных работ применяют колотый камень в видебрусчатки и шашки, а также булыжный камень и щебень. В зави­ симости от назначения бутовый камень должен отвечать требованиям

217

Т а б л и ц а 21

Классификация строительных минеральных материалов

водопоглощаемости, морозостойкости, прочности, твердости, вяз­ кости и воздухопроницаемости.

Строительный камень по назначению подразделяется на штучный стеновой камень, конструктивные и облицовочные плиты, архи­ тектурно-строительные детали.

Штучный стеновой камень применяют для кладки стен и пере­ городок. Его получают из известняков-ракушечников и мшанковых известняков в форме прямоугольных параллелепипедов размером 188 X 190 X 390; 188 X 240 X 490 мм и др. Конструктивные и облицовочные плиты получают из различных горных пород — гранита, мрамора, яшмы, известняка, песчаника. Архитектурностроительные детали получают на камнеобрабатывающих заводах из каменных блоков. Блоки объемом от 0,2 до 4 м3 добывают в карь­ ерах.

Строительный камень, добываемый в виде блоков, должен от­ вечать требованиям прочности, морозостойкости, водостойкости, точности размеров и внешнего вида — фактуры. Блоки не должны иметь трещин, расслоений, следов выветривания. Облицовочные плиты, кроме того, должны обладать неизменяющейся окраской. Последнее'требование связано с тем, что окраска некоторых пород неустойчива. Например, при наличии примесей пирита породы выцветают, а на их поверхности появляются ржавые пятна.

Толщина пиленых плит для наружной облицовки составляет от 5 до 15 см, а тесаных от 8 до 20 см, для внутренней облицовки — от 2 до 5 см.

Размеры блоков определяются условиями залегания пород, возможностями механизации погрузочных работ и транспорта и на­ ходятся в пределах: длина от 600 до 2500 мм, высота от 500 до

218

О б л о м о ч н ы е п о р о д ы

219

П р о д о л ж е н и е т а б л . 22

1300 мм, ширина от 400 до 1300 мм, объем от 0,2 до 4,2 м3, масса от 0,5 до 12—15 т.

Блоки, поступающие па распиловку, должны иметь карьерную маркировку, указывающую направление слоев.

Строительный песок в зависимости от его назначения должен удовлетворять требованиям определенной крупности зерен, до­ пускаемого содержания органических примесей, глин, гипса, слюды и др.

Для приготовлення обычного бетона должен использоваться песок с содержанием слюды не более 0,5%, а сернистых и серно­ кислых соединений не более 1% (по весу). Частицы мельче 0,15 мм допускаются в количестве не более 5%. Средняя крупность зерен песка должна составлять не менее: для крупного песка 0,5 мм, для среднего 0,35 мм, для мелкого 0,2 мм. Для бетонов марки 100 и выше должен применяться песок со средней крупностью зерен не менее 0,25 мм.

Гравий различают в зависимости от крупности зерен (от 5 до 150 мм) и их формы. Требования к гравию включают ограничения по крупности зерен и по содержанию ила и пластинчатых частиц. Он должен выдерживать испытание на морозостойкость.

Щебень получают из естественного камня дроблением горных пород до зерен крупностью от 5—10 до 40—150 мм. Требования к нему определяются в зависимости от его назначения.

Глины разделяются на огнеупорные и строительные. В зави­ симости от их назначения в глинах ограничивается содержание песка и других примесей.

220

§ 2. Добыча штучного камня и болванки

Технология горных работ при добыче штучного камня опре­ деляется горно-геологическими условиями разрабатываемых место­ рождений и теми требованиями, которые предъявляются к готовой продукции, — блокам и плитам.

Большинство месторождений штучного камня залегает близко

кповерхности, прикрыто небольшой толщей (от 1 до 15 м) рыхлой

ичастично скальной вскрыши. Верхний слой залежи мощностью

от 1 до 5 м обычно подвергается выветриванию, полуразрушен, и его необходимо удалять как некондиционный материал. С глуби­ ной трещиноватость уменьшается, выход блоков увеличивается до 30—35% (в среднем он составляет 15—20%).

Особенностью горных работ по добыче блоков является то, что необходимость 'сохранения механической прочности и декора­ тивности добываемых блоков препятствует проведению взрывных работ даже при разработке вскрыши или ограничивает их, вынуждая применять специальные методы взрывания. Чтобы получить блоки заданного размера, требуется применять специальное оборудование (камнерезные машины). Весьма трудоемки и сложны подъемно­ транспортные операции с тяжелыми грузами больших размеров. Производственная мощность предприятий по добыче штучного камня, как правило, невелика.

Добыча штучного камня может производиться способом выколки камня пли машинным способом. Достоинства и недостатки раз­ личных способов добычи штучного камня (мраморных блоков) приведены в табл. 23.

Выколка камня — малопроизводительный способ, требующий больших затрат ручного труда. Используется он лишь в особых случаях для производства ограниченных работ.

Применяют буроклиновой и взрывной способы выколки камня. Буроклиновой способ состоит в том, что по контуру выкалы­

ших размеров. Отделяемый массив должен быть снизу подбурен, если в нем имеется мягкий прослоек, или подбурен и расклинен, если порода однородна.

Глубина шпуров принимается равной а/з толщины глыбы для мрамора и песчаника, Vis толщины — для гранитов и Vs — Ѵю толщины — для известняков. Бурение в граните шпуров диаметром 16—19 мм, глубиной 60—120 см, размещенных на расстоянии 100—400 мм один от другого, позволяет выклинивать монолиты толщиной до 1—2 м.

Трудоемкость работ при буроклиновом способе отбойки мра­ морных блоков составляет 6—10 чел-смен на 1 м3.

Эффективность буроклинового способа возрастает при сочетании со взрывным способом отбойки глыб с использованием врубовых машин (ченеллеров).

221

222

Взрывной способ добычи штучного камня применяют только при вязких мелкозернистых породах, залегающих большими пластами с редкой трещиноватостью. Метод этот непригоден для разработки мягких декоративных пород (мрамор и др.), так как сотрясение, получающееся при взрыве, увеличивает трещиноватость отделяемых блоков, что обесценивает их, а иногда делает совершенно непри­ годными.

При добыче штучных камней применяют специальный метод взрывных работ — рассредоточенными зарядами. В качестве JÖB используют черный порох. Шпуры бурят бурильными молотками почти иа всю высоту отделяемого монолита, а затем расширяют особым расширителем. Величину заряда пороха определяют опыт­ ным путем.

Этим способом получают глыбы значительных размеров. Так, при добыче песчаника в одном из карьеров (15 скважин с зарядами пороха массой по 0,9 кг в каждой) была оторвана глыба размером 33,5 X 6,1 X 3,35 м и массой 2400 т, причем смещение глыбы при взрыве составило 50 мм.

Машинные способы добычи блоков включают использование канатных пил, ударно-врубовых машин (ченеллеров), врубовых, камиекольных и камнерезных машин.

В практике отечественных карьеров наибольшее распространение получили камнерезные машины. Например, 3/4 мраморных блоков добывается с применением камнерезных машин с кольцевой фрезой.

Канатные пилы служат для выпиловки крупных блоков из мас­ сивов мягких пород — мрамора, известняка, доломита, туфа и др. Канатная пила состоит из приводной станции, стального каната, направляющих стоек с роликами, двух рабочих стоек с роликами и натяжного устройства.

Приводная станция состоит из электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания, снабженного желобчатым шкивом, и может обслуживать от одного привода несколько рабочих забоев.

Рабочие стойки устанавливают у заранее подготовленных шур­ фов, позволяющих спускать рабочие ролики ниже уровня распиловки.

Распиловка камня осуществляется зернами кварцевого песка крупностью 0,12—0,5 мм, который захватывается и переносится в пропиле витками стального каната (скорость движения каната 6—8 м/сек). Песок подается из особых ящиков, устанавливаемых по длине пропила. Засыпаемый в ящик песок увлажняют и время от времени смывают в пропил струей воды. В холодное время года для снижения температуры замерзания воды применяют солевые растворы.

Производительность канатной пилы 0,5—1 м2/ч при ширине пропила 3,5—6 мм и максимальной длине 50 м. Расход каната 5—8 м на 1 м2 пропила, расход песка 30 кг/ч, расход воды 100 л/ч. Мощность двигателя пилы 15—18 л. с., удельная энергоемкость пропила 8—14 квт-ч/ма.

223