2

3. Системы разработки месторождений полезных ископаемых

3.1. Понятие о системах разработки и технологических комплексах

Под системой разработки понимают определенный порядок производства горных работ в пределах карьерного поля или его участка. Она отражает принятые решения по формированию рабочей зоны карьера в пространстве и времени, соразмерному развитию горных работ на уступах, и должна обеспечить безопасную, планомерную и экономичную разработку месторождения, комплексное извлечение полезных ископаемых, охрану недр и окружающей среды.

При разработке горизонтальных и пологих месторождений рабочая зона карьера формируется в период строительства карьера, а в дальнейшем развивается в горизонтальном направлении. Такие системы разработки называют сплошными или системами разработки без углубки карьера.

Отработка наклонных и крутопадающих залежей характеризуется перемещением фронта работ в горизонтальном на­правлении и в глубину (по мере подготовки новых горизонтов). Такие системы разработки именуют углубочными.

Под фронтом работ уступа понимают часть уступа (по его длине), подготовленную к разработке. Подготовка фронта включает подвод транспортных и энергетических коммуникаций, обеспечивающих функционирование оборудования на уступе. Суммарная протяженность фронтов горных работ всех рабочих уступов образует фронт работ карьера.

Фронт работ уступов может быть ориентирован вдоль длинной и короткой осей карьерного поля, а также иметь кольцевую или эллипсовидную форму (рис. 8.1). Продольное расположение обеспечивает значительную протяженность фронта работ, создавая благоприятные условия для интенсивной отработки месторождения и раздельной выемки, но обусловливает значительный объем горно-капитальных работ. Его целесообразно применять при малой мощности покрывающих пород.

Поперечное размещение (вдоль короткой оси) фронта работ обеспечивает небольшие объемы горно-капитальных работ и протяженность транспортных коммуникаций, но создает определенные трудности по вскрытию новых уступов и эксплуатации дорожно-путевого хозяйства из-за частого его переустройства. Этот вариант наиболее эффективен при использовании автотранспорта и подготовке горизонтов котлованами, отличаясь высокой интенсивностью разработки.

Кольцевая или близкая к ней конфигурация уступов характерна для месторождений округлой формы. Она обеспечивает минимальные объемы горно-капитальных работ и высокие темпы углубки. но отличается переменной длиной фронта и транспортных коммуникаций на разных этапах разработки.

Перемещение фронта работ может идти параллельно длинной или короткой оси карьерного поля с однобортовой (схема а) или двухбортовой (схема б) выемкой, по вееру (схема в), радиально от центра выемочного слоя к его границам (схема г) или от периферии к центру (схема д).

А б

в г д

Рис. 8.1. Расположение и перемещение фронта работ:

а – продольное параллельное одностороннее; б – поперечное параллельное двустороннее;

в – веерное; г – кольцевое центральное; д – кольцевое периферийное

В общем случае горные работы включают добычные, вскрышные и горно-подготовительные работы.

По степени взаимной зависимости вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ различают системы разработки:

зависимые (жестко зависимые), при которых существует жесткая зависимость между вскрышными, добычными и горно-подготовительными работами в отношении последовательности их выполнения во времени и пространстве; при этом плановые вскрытые запасы полезного ископаемого весьма ограниченны (обычно на срок не более 15—45 дней) и порядок ведения горных работ строго регламентируется календарным планом;

полузависимые, при которых вскрышные, добычные и горно-подготовительные работы выполняются без жесткой взаимной увязки во времени; плановые вскрытые запасы могут быть значительными (на период до 3—6 мес); порядок ведения работ регулируется годовым календарным планом, предусматривающим существенные резервы времени между указанными видами работ, что позволяет выполнять их с различной интенсивностью;

независимые, при которых вскрышные, добычные и горно-подготовительные работы выполняются практически независимо друг от друга; при этом вскрытые запасы полезного иско­паемого почти не ограничиваются организацией работ и резервы времени в их проведении весьма значительны.

Обоснование систем разработки предусматривает установление количественных зависимостей между основными размерами залежи, карьерного поля, параметрами элементов системы разработки, параметрами и расстановкой оборудования и производственной мощностью карьера по добычным, вскрышным и горно-подготовительным работам.

Выбор систем разработки основан на следующих положениях:

1. Установление для конкретных условий максимально возможной по природным и техническим условиям производственной мощности карьера по полезному ископаемому. Максимальная мощность карьера зависит от характера комплексной механизации горных работ, закладываемой в основу расчетов системы разработки. Такие расчеты производятся при проектировании новых и реконструкции действующих карьеров.

2. Обеспечение заданной плановой производственной мощности действующего карьера по полезному ископаемому. При расчетах также задаются возможными к применению комплексами оборудования. Задачи этого направления решаются при проектировании карьеров и при техническом обосновании планов добычных и вскрышных работ на действующих предприятиях.

3. Сведение затрат на вскрышные и добычные работы к минимуму (при известных комплексах оборудования и производственной мощности по полезному ископаемому). Такой расчет может быть произведен для нескольких вариантов мощности и комплексов оборудования.

Интенсификация и концентрация горных работ способствует наиболее полному использованию горного и транспортного оборудования. Поэтому реализация максимально возможной по горным условиям производственной мощности карьера связана в большинстве случаев с достижением оптимальных технико-экономических результатов разработки.

Исходными данными для обоснования и исследования системы разработки служат отправные сведения о месторождении и о карьерном поле, о применяемых режиме горных работ, способах вскрытия и возможных для использования комплекcов оборудования.

Оборудование, используемое для добычи полезного ископаемого и удаления вскрыши, образует единый комплекс машин и механизмов. Практически при любой системе разработки можно применять различные комплексы оборудования. В то же время параметры системы разработки (высота уступов, ширина рабочих площадок и др.) взаимосвязаны с рабочими параметрами, расположением, перемещением оборудования на уступах и, в свою очередь, влияют на эффективность его работы. Это две единые диалектические категории: система разработки отражает форму, а комплексная механизация – содержание технологии горных работ. Поэтому акад. В. В. Ржевский ввел понятие о технологических комплексах вскрышных и добычных работ как совокупности комплексов оборудования и технологических решений по вскрытию и системам разработки, совместно обеспечивающих безопасное, высокопроизводительное и экономичное выполнение горных работ в плановых объемах [30].