Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Технология Лекция 3.doc
Скачиваний:
313
Добавлен:
24.02.2016
Размер:
4.56 Mб
Скачать

2.3. Начальные этапы развития горных работ

Вскрытие рабочих горизонтов осуществляется посредством сооружения специально предназначенных для этого выработок. Для обеспечения перевозок горной массы каждый горизонт должен быть вскрыт капитальной траншеей (рис. 2.5,а), как правило наклонной, так как она соединяет отметку вскрываемого горизонта с отметкой уже действующих горизонтов и поверхности.

Горные работы на горизонте начинают с создания первоначального фронта, для чего проводят разрезную траншею (рис. 2.5б) или разрезной котлован (рис. 2.5,в). Иногда породу,если позволяют параметры экскаваторов, размещают в прибортовом отвале, но чаще ее транспортируют на внешний отвал.Далее производится разнос одного или двух бортов разрезной траншеи (см. рис. 2.5, б) или разрезного котлована (рис. 2.5, г).После необходимого опережения верхнего уступа появляется возможность вскрытия нижерасположенного горизонта и проведения в его пределах разрезной выработки. Продольный уклон рабочих горизонтов должен устанавливаться с учетом обеспечения безопасности работы транспортных средств при погрузке.

Рис. 2.5 – Схемы начального периода развития горных работ на горизонте

На выбор места заложения разрезных траншей влияют главным образом рельеф поверхности и кровли залежи и необходимость сокращения объема горно-строительных работ для быстрейшего ввода карьера в эксплуатацию. Обычно разрезные траншеи при разработке горизонтальных и пологих месторождений проводят по простиранию залежи. Это обеспечивает достаточный фронт работ для машин большой производительности и позволяет получить значительные вскрытые запасы полезного ископаемого. На небольших карьерах подготовительные работы могут осуществляться последовательно несколькими относительно короткими участками. В таком порядке часто разрабатывают залежи строительных горных пород, что позволяет уменьшить первоначальные затраты на вскрышные работы и применяемое оборудование.

При разработке свит пологих пластов и залежей сложного строения направление развития горных работ должно обеспечивать возможность раздельной выемки полезного ископаемого и пустых пород. При разработке пластовых залежей работы раз­вивают по падению и очень редко по восстанию. Если по условиям вскрытия фронт работ располагают вдоль короткой оси или по диагонали карьерного поля, необходимая мощностькарьера достигается при высокой скорости подвигания фронта работ.

Рис. 2.5 – Схемы проходки:

а – капитальной траншеи;

б – разрезной траншеи;

в и г – разрезного котлована;

2.4. Вскрывающие горные выработки

Вскрытие рабочих горизонтов осуществляют посредством сооружения специально предназначенных для этого выработок. По виду и способу образования можно выделить наземные, подземные и комбинированные выработки.

Наибольшее распространение на карьерах получили наземные вскрывающие выработки. К ним относят траншеи, полутраншеи и котлованы. Траншеи классифицируют по нескольким признакам (табл. 2).

Разделение капитальных траншей приведено в табл. 2. Стационарные внешние и внутренние капитальные траншеи используются в течение длительного срока. Их параметры (начальная и конечная глубина, продольный уклон, длина, углы откосов бортов) строго регламентируются в зависимости от конкретных условий, свойств окружающих пород и технических условий проектирования транспортных коммуникаций.

Таблица 2. Разделение капитальных траншей (по Е.Ф. Шешко)

п/п

Признак разделения

Основные отличия

Траншеи

1

Расположение траншей относительно контура карьера

Расположение вне контура карьера

Внешние

Расположение внутри контура карьера

Внутренние

2

Число уступов, обслуживаемых системой траншей

Один уступ

Отдельные

Несколько уступов

Групповые

Все уступы карьера до конечной глубины

Общие

3

Основное назначение траншей

Для движения гружёных и порожних поездов (маятниковое движение транспорта)

Одинарные

Для движения только гружёных или только порожних поездов (поточное движение транспорта)

Парные

4

Стационарность траншей

Постоянное расположение за контуром или на бортах в конечном положении

Стационарные

Временное расположение внутри конечных контуров на бортах, подлежащих разработке

Скользящие (временные)

Поперечное сечение отдельных капитальных траншей трапециевидное или треугольное. При расположении транспортных и предохранительных берм на бортах траншей они имеют ступенчатую форму. Глубина капитальных траншей обычно изменяется от нуля до величины, равной высоте одного или нескольких уступов. Подъемы (уклоны) капитальных траншей зависят от вида применяемого транспорта (табл. 3.).

Углы откосов бортов капитальных траншей определяются сроком их службы, свойствами пород, их обводненностью. Борт траншеи с длительным сроком службы должен обладать долговременной устойчивостью; угол откоса его в песчаных, мягких,плотных и полускальных породах принимается не больше угла естественного откоса, а в скальных породах — до 50—60°. Оба борта внешних капитальных траншей имеют постоянное положение, а у стационарной внутренней капитальной траншеитолько один борт имеет постоянное положение. Минимальная ширина дна капитальных траншей определяется суммой габаритов транспортных средств, безопасных зазоров между ними, поперечных размеров площадок и кюветов, располагаемых подну. Ширина дна капитальной траншеи, установленная по условиям размещения транспортных коммуникаций, проверяется по условиям возможности проведения траншеи.

Площадь поперечного сечения подземных вскрывающих выработок определяется габаритами транспортного оборудованияи схемами путевого развития (с учетом соблюдения необходимых зазоров). Для условий, когда применяется железнодорожный транспорт широкой колеи (думпкары, гондолы и промышленные электровозы), сечение выработки (тоннеля) регламентируется ГОСТами.

Вскрытие равнинных месторождений и смежных горизонтов карьера ведут траншеями полного трапециевидного профиля (рис. 7.2). Высотные месторождения вскрывают полутраншеями (рис. 7.2, в). Вскрывающие траншеи называют также и въездными. В процессе формирования рабочей зоны один борт внутренних траншей срабатывают, и они приобретают вид полутраншей (рис. 7.12). Если траншеи, вскрывающие каждый уступ, связаны в единую транспортную сеть, что встречается наиболее часто, то они представляют собой систему траншей. Внутренние траншеи, входящие в систему, непосредственно продолжают друг друга (рис. 7.4), а внешние составляют единый контур (рис. 7.1, а, б).

Внешние капитальные (стационарные) траншеи могут закладывать за предельным и промежуточным контурами карьера. В первом случае их сохраняют на весь срок службы карьера, а во втором случае они переходят в систему временных или скользящих съездов.

Основные параметры траншей и полутраншей: глубина заложения Нт, продольный уклон i, углы откоса бортов α, ширина по нижнему основанию (дну) bт, длина в плане Lт и горно-строительный объем V.

Глубина заложения траншей и полутраншей равна разности отметок ее устья (начало траншеи на поверхности) и вскрываемого горизонта. При вскрытии одного уступа глубина траншеи равна высоте уступа.

Продольный уклон устанавливают в зависимости от вида применяемого транспорта (табл. 5.1). По величине i въездные траншеи делят на наклонные, i = 3–12 %, предназначенные для железнодорожного и автомобильного транспорта, и крутые – для конвейерных и скиповых подъемников. Уклон крутых траншей в зависимости от типа подъемника достигает 18–60º. Углы откоса бортов зависят от свойств пород, степени их обводненности и срока службы выработки. При длительном сроке службы угол откоса ее бортов в мягких и полускальных породах не должен превышать углов их естественного откоса, составляя 34–45°, В скальных породах он изменяется от 60º до 80° [25]. Ширина по нижнему основанию должна обеспечивать безопасные зазоры между транспортными средствами и необходимую провозную способность, на которую влияет количество размещенных в траншее коммуникаций.

Frame30

Кроме того, bт связана со способом, схемой проходки, рабочими параметрами проходческого оборудования и может превысить ширину, необходимую по транспортным условиям. В этих случаях пройденную широкую въездную траншею сужают до необходимой величины в процессе подготовки горизонта [4]. Длина траншеи в плане (м) связана с ее глубиной и продольным уклоном:

, (7.1)

где i – продольный уклон, %.

Крутые траншеи обычно имеют внутренне заложение (рис.7.3). По расположению относительно борта карьера их подразделяют на поперченные и диагональные. Поперечные крутые траншеи (рис.7.3, а) применяют для скиповых подъемников, а диагональные (рис.7.3,б, в, г) служат для размещения конвейерных или автомобильных подъемников.

Frame31

Frame32

При добыче полезного ископаемого из-под воды в затопленном забое, осуществляя его отработку драгами, плавучими земснарядами и драглайнами, вскрытие осуществляют земляными сооружениями: плотинами, перемычками, насыпями, дамбами, каналами. В отдельных случаях, например, при использовании башенных экскаваторов и различных кранов, отработку месторождений и перемещение грузов могут производить без проведения вскрывающих выработок [4].

Для вскрытия горизонтов нагорных карьеров гравитационными и транспортно-гравитационными технологическими схемами, применяют рудоспуски и рудоскаты. Не исключена возможность использования их для доставки вскрышных пород на погоризонтные отвалы в сложных топографических условиях. В их конструкцию входит разгрузочная площадка на поверхности рудоската и накопительная – в основании. Для обеспечения непрерывного потока руды сооружают два рудоската, работающих попеременно (рис.7.4). Расстояние между ними выбирают с учетом исключения возможности попадания транспортируемых по одному рудоспуску кусков руды в другой [1].

Как капитальные выработки, рудоскаты располагают на поверхности склона за контуром карьерного поля (рис.7.4). Место расположения рудоскатов должно обеспечить их минимальную длину между карьером и пунктом приема горной массы. Профиль рудоската может иметь один уклон, обеспечивающий надежную гравитационную доставку, или разный: в верхней части – 40º; в средней – 35º; в нижней – 30º. В сечении рудоскат представляет собой траншею с крутыми углами откоса бортов. Для уменьшения износа стенок и дна практикуют сплошную или частичную обшивку их стальными листами или рельсами. В основании рудоската откос борта у накопительной площадки может быть 70–80º, высота должна соответствовать высоте развала руды, безопасного для погрузки выемочно-погрузочной техникой. Для уменьшения параметров развала на приемной (накопительной) площадке сооружают отбойный вал. [1].

Чтобы исключить заклинивание кусков перемещаемой горной массы в желобе должно выполняться условие:

bжdmax, (7.9)

где bж – ширина желоба, м.;

dmax – максимальный линейный размер куска горной массы, поступающей в рудоскат, м.

Frame33

При разработке россыпей гидравлическим и дражным способом (раздел 12), вскрывающими выработками являются котлованы. Размеры котлована при гидравлической разработке обеспечивают размещение в нем землесоса и гидромонитора. Глубина котлована при дражном способе разработки должна обеспечить всплытие понтона при меженном уровне воды в долине, а также свободный вывод из-под понтона городков при его сборке.

При использовании для вскрытия «траншей-каналов», ширина выработки по дну превышает 1/5 длины земснаряда, высота уровня воды в канале на 0,6–1,0 м величину осадки земснаряда [12].

Для вскрытия месторождений заводнением используют гидротехнические сооружения: плотины, перемычки, насыпи.

Плотина – подпорное сооружение, перегораживающее водоток с целью создания разностей уровней воды выше и ниже этого сооружения [14].

По материалам изготовления выделяют шесть типов плотин: бетонные, железобетонные, деревянные, земляные, из каменной наброски или сухокаменной кладки; смешанные. При разработке россыпей наибольшее распространение получили земляные плотины [12].

В основные элементы плотины входят: тело, верховой и низовой откосы, гребень, водослив (рис. 7.5).

Высота сооружаемой плотины зависит от создания необходимого уровня воды со стороны верхнего бьефа и класса ответственности плотины, определяющего возвышение гребня плотины над уровнем воды. Для Iкласса ответственности возвышение гребня плотины составляет 1,3 м; дляIIкласса – 1,0 м, дляIIIиIVклассов – 0,8 м.

Ширина гребня зависит от наличия на ней автодороги и высоты плотины. Ширина плотины по низу должна обеспечить ее устойчивость от опрокидывания. Она должна примерно в 5 раз превышать максимальный напор воды до этого горизонта [31]. Проектирование и строительство земляных плотин должно выполняться из условия: кривая падения фильтрационного напора ни в коем случае не должна выходить за низовой откос.

Перемычки – это простейшие плотины, сооружаемые бульдозером из отвалов драги, что позволяет поднять уровень воды в забое на 1–2, иногда 3–4 м. Насыпь перемычки имеет более крутые откосы, чем плотина, а ширину гребня выдерживают достаточной ля прохода сооружающей ее машины. [12].

Подземные вскрывающие выработки подразделяют на перепускные(рудо- и породоспуски) итранспортные(тоннели, штольни, наклонные и вертикальные стволы, квершлаги).

Перепускные выработки могут быть вертикальными или наклонными (65–80º). Наиболее распространены вертикальные рудоспуски круглого сечения. Как правило, их располагают внутри карьера, предпочтительно в центре тяжести рудной залежи.

Во избежание зависания диаметр рудоспуска принимают не менее четырех- и пятикратного размера максимального куска перепускаемой руды. С этой целью повышенные требования предъявляют к форме его поперечного сечения: в нем не должно быть выступов, пережимов и сужений. Установлено, что выступ в виде сегмента высотой, равной 8 % диаметра, останавливает перемещающийся при выпуске поток руды; при высоте сегмента, равной 5% диаметра, становится невозможным возобновление движения руды после перерыва в выпуске. Площадь поперечного сечения рудоспусков на действующих карьерах изменяется от 4,15 до 63,6 м2, а глубина – от 27 до 600 м. Годовая производительность рудоспуска колеблется от 0,5 до 10 млн.т., чаще всего, она не превышает 1 млн.т. при крупности перепускаемой горной массы до 400 мм. [38].

Конструктивно рудоспуск состоит из устья, ствола и выпускного устройства (рис. 7.6). В нижней части ствола сооружают аккумулирующую емкость для уменьшения динамического воздействия падающих кусков руды. Ширина ее должна быть в 2-3 раза больше диаметра рудоспуска, а высота – в 6-7 раз. Выпускную щель желательно иметь прямоугольной формы с отношением высоты к ширине 0,6:0,9. Ширина щели не должна превышать средний размер куска выпускаемой руды более чем в 2,5-3 раза.

На нагорных карьерах в комбинации с рудоспусками используют штольни с перемещением по ним локомотивосоставов узкой или нормальной колеи. Площадь поперечного сечения такой выработки составляет от 15–20 м2(узкая колея) до 30–40 м2(нормальная колея). Изредка для перевозки руды используют автосамосвалы.

Площадь поперечного сечения наклонных стволов, оснащенных конвейерами, достигает 17–22 м2(рис. 7.7). Она зависит от конструктивных параметров и количества устанавливаемых конвейеров.

Для вскрытия глубоких горизонтов карьеров при железнодорожном транспорте используют тоннели, которые, как правило, являются продолжением пройденной вскрышной траншеи. Площадь поперечного сечения однопутных железнодорожных тоннелей составляет 45–47 м2в свету. Для разминовки поездов устраивают подземные камеры.

Frame34

Frame35

Frame36

Таблица 3. Характерные подъёмы капитальных траншей

Вид карьерного транспорта

Величина подъёма в направлении движения транспортных сосудов, %

гружёных

порожних

Наклонные траншеи

Железнодорожный

паровая тяга

0,02-0,03

0,025-0,035

тепловозная и электрическая тяга

0,025-0,04

0,025-0,06

моторные вагоны

0,04-0,05

0,06-0,08

Автомобильный

0,05-0,1

0,08-0,12

Крутые траншеи

Бесклетевой подъём с тягачами

0,12-0,25

-

Ленточные конвейеры

0,25-0,33

-

Клетевой подъём

0,25-0,5

-

Скиповой подъём

0,5-1,0

-