Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный горный институт

Имени Г.В.Плеханова

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых

А.А.Антонов

ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ.

для студентов специальности

Технология подземной разработки пластовых (ТПП) и рудных (ТПР) месторождений

Конспект лекций

Санкт-Петербург

2010

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ	4
1.1. Основные понятия о полезном ископаемом, руде и породе	4
1.2. Формы и элементы залегания месторождений	5
1.3. Запасы месторождения	8
1.4. Типы месторождений для открытых работ	10
1.5. Классификации месторождений для открытой разработки	11
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ И ГРАНИЦАХ КАРЬЕРА.	13
2.1 Способы разработки месторождений	13
2.2. Основные понятия и терминология открытой разработки	14
2.3 Основные элементы уступа	16
2.4. Коэффициент вскрыши	18
2.5. Преимущества и недостатки открытого способа разработки	20
3. ЭТАПЫ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ	21
3.1. Основные производственные процессы открытых работ	22
3.2. Способы подготовки горных пород к выемке	22
3.2.1. Предохранение от промерзания и оттаивание пород	23
3.2.2. Механическое рыхление	24
3.2.3. Рыхление пород взрывами	25
3.2.3.1. Методы взрывных работ	25
3.2.3.2. Основные параметры взрывных скважин	27
3.2.3.3. Способы бурения скважин	28
3.2.3.4. Станки для бурения скважин	30
3.2.3.5. Станки для бурения скважин	30
3.2.3.6. Буровой инструмент	30
3.2.4. Взрывание скважинных зарядов	31
3.2.5. Взрывчатые вещества и конструкции их зарядов	33
3.2.6. Способы инициирования зарядов ВВ	34
4. ВЫЕМОЧНО - ПОГРУЗОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ В КАРЬЕРАХ	36
4.1. Разработка горных пород одноковшовыми экскаваторами	36
4.1.1. Механическая лопата	37
4.1.2. Драглайн	39
4.3. Технология выемки пород и параметры забоев мехлопат	40
4.2. Технология выемки пород и параметры забоев драглайнов	45
4.4. Гидравлические экскаваторы	46
4.5. Одноковшовые погрузчики	47
4.6.Многоковшовые экскаваторы	48
4.6.1. Цепные многоковшовые экскаваторы	48
4.6.2. Роторные экскаваторы	50
4.7. Выемка пород скреперами	51
4.8. Выемка пород бульдозерами	52
5. КАРЬЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ	542
5.1. Железно дорожный транспорт	54
5.2. Автомобильный транспорт	61
5.3. Конвейерный транспорт.	65
5.4. Комбинированный транспорт	67
6. ВСКРЫТИЕ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ	68
6.1. Общие сведения о вскрытии карьерных полей	68
6.2. Классификация способов вскрытия	69
6.3. Проведение траншей	70
7. СИСТЕМЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕТОРОЖДЕНИЙ	72
7.1. Классификации систем открытой разработки	73
7.2. Характеристики основных систем открытой разработки	75
8. ОТВАЛООБРАЗОВАНИЕ И СКЛАДИРОВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД	79
8.1 Классификация отвалов	79
8.2. Строительство отвалов	81
8.3. Плужные отвалы.	83
8.4. Экскаваторные отвалы	84
8.5. Бульдозерные отвалы	85
8.4. Отвальное оборудование непрерывного действия	86
9. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ, НАРУШЕННЫХ ОТКРЫТЫМИ ГОРНЫМИ РАБОТАМИ	87
10. ПРОЦЕССЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ	90
10.1. Осушение карьерных полей и карьеров	91
10.2. Проветривание карьеров	95
10.3. Борьба с пылью	97
11. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРЬЕРОВ	100
11.1. Производственная мощность карьера	100
11.2. Объем карьера	103
11.3. Конечная глубина карьера	103

1. Основные понятия и термины разработки месторождений полезных ископаемых

(Понятия: - горные породы, горный массив, полезное ископаемое, пустая порода, месторождение, формы залегания геологических тел, горный массив, природные поля в недрах, горная масса. Запасы месторождения. Понятие о потерях и разубоживании п.и. при добыче.. Типы месторождений для открытых работ. Клссификации местрождений по мощности и углу падения).

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПОЛЕЗНОМ ИСКОПАЕМОМ, РУДЕ И ПОРОДЕ

Месторождение полезного ископаемого - естественное скопление полезного ископаемого в земной коре.

Месторождение является промышленным, если его разработка экономически целесообразна. Главными показателями промышленной ценности месторождений являются: запасы, качество, горно-геологические условия залегания полезного ископаемого, его географическое положение.

Полезные ископаемые — природные минеральные вещества, которые при современном уровне техники и экономики пригодны для промышленного использования. Полезные ископаемые бывают твердые (различные руды, уголь, алмазы и др.); жидкие (нефть, рассолы, вода) и газообразные (природные газы).

Пустая порода — горные породы, окружающие полезное ископаемое (вмещающие) или включенные в него, не являющиеся объектом извлечения полезных компонентов.

Горные породы в которых залегает месторождение называют вмещающими породами.

Породы залегающие выше залежи (пласта) п.и. называют покрывающими породами, залегающие ниже залежи – подстилающими породами. Покрывающие породы делят на коренные – образовавшиеся в местах их теперешнего залегания, и наносы – принесенные на место их теперешнего залегания с других участков земной поверхности.

В зависимости от сферы использования полезные ископаемые делятся на группы : - рудные, горючие, химическое сырьё, строительные материалы, огнеупорное сырьё и др.

Руды после их добычи, как правило, перерабатывают, а горючие - используют в их природном состоянии или после некоторого улучшения их свойств путем отделения пустых пород - обогащения.

Руды разделяют на металлические, в которых полезные компоненты представлены металлами, и неметаллические, в которых полезные компоненты представлены различными минералами, не содержащими металлов (апатит, слюда, графит и др.).

Металлические руды делятся на руды черных, цветных, редких и радиоактивных металлов. По числу полезных компонентов, содержащихся в руде руды делят на простые (монометаллические) и сложные (полиметаллические).

По характеру агрегатного нахождения полезного компонента в массиве руды подразделяют на сплошные и вкрапленные. Сплошные руды имеют четко выраженные границы с вмещающими породами. Вкрапленные руды это руды у которых полезный компонент входит в состав вмещающих пород в виде вкраплений, прожилков, точек, гранул, кристаллов. Вкрапленные руды не имеют четких границ распространения и контуры их выемки устанавливают по данным геолого-промышленного опробывания месторождения. При этом, границы выемки вкрапленных руд устанавливают по минимальному промышленному содержанию п.к. во вмещающих породах.

Минимальным промышленным содержанием (промминимум) называют – среднее минимальное содержание п.к. при котором ценность п.к. в некотором объеме руды равна затратам на её добычу и переработку. Промышленный минимум зависит от ценности полезного ископаемого и изменятся от долей грамма на тонну добытой горной массы для благородных и драгоценных материалов (0.00001 г/т - алмазы, 0.75 – 4.0 г/т – золото) до десятков процентов у руд железа, хрома, марганца, для серы, апатита, калийных солей и пр.

Горная масса — смесь полезного ископаемого с породой, получаемая в результате разработки месторождения, как в смешанном виде, так и раздельно.

Рудная масса—смесь руды с породой, которая попадает в руду в процессе выемки.

Ископаемый уголь – осадочная горная порода представленная смесью продуктов глубокого физико-химического изменения исходного углеобразующего фитогенеза Земли и негорючих компонентов, извлекаемая из недр для энергетических или технологических нужд. При содержании в угле негорючих компонентов более 55-60% уголь относят к углистым породам.

Ценность ископаемых углей при энергетическом потреблении оценивается по теплотворной способности при его сжигании, а при технологческом потреблении – способностью образовывать угольный кокс, т.е. спекаться с одновременным повышением теплотворной способности.

1.2. ФОРМЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЛЕГАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

По морфологическому признаку месторождения разделяют на пластовые, пластообразные, столбообразные, линзообразные, жильные, штокообразные и гнездообразные, (рис.1.1)

Основной формой залегания осадочных месторождений (уголь, горючие сланцы, калийные и каменные соли, марганец и т.п.) является пласт.

Пласт – форма залегания геологического тела в виде плиты одного литологического состава ограниченной приблизительно параллельными поверхностями и имеющей значительное распространение по площади. Слои пород, находящиеся непосредственно над пластом называются кровлей пласта, а подстилающие пласт – почвой пласта.

П

Рис.1.1. Формы залегания месторождений: а – пласт, б – пластообразные тела; в – жила; г – линза; д – шток; в – гнёзда.

ластовые месторождения имеют стабильную мощность и четкие контакты с вмещающими породами. Они обычно осадочного происхождения.

Пластообразные месторож­дения характеризуются нестабиль­ной формой, мощностью и различ­ными углами падения. Обычно осадочного пли осадочно-метамор­фического происхождения.

Линзообразные месторождения имеют форму линзы, различные размеры и углы падения.

Жильные месторождения могут быть простыми и сложными (с невыдержанными элементами залегания и нечеткими контактами с вмещающими породами) или состоящими из ряда тонких жил и множества прожилков.

Штокообразные месторождения представляют собой рудное тело неправильной формы и большого размера.

Штокверковое месторождение — месторождение неправильной формы, представляющее собой густую сеть различно ориентированных рудных прожилков, прорезывающих массу породы.

Гнездообразные месторождения состоят из мелких по размерам рудных тел (гнезд) неправильной формы. Промышленное значение имеют месторождения с большим количеством гнезд.

Месторождения полезных ископаемых характеризуются обычно мощностью, углом падения, длиной по простиранию, глубиной и площадью распространения.

Элементы залегания месторождений.

П

Рис. 1.2. Элементы залегания пласта.

ространственное положение геологических тел в земной коре (Рис.1.2) характеризуются понятиями: глубина залегания, простирание, азимут простирания, падение, азимут падения, угол падения, геологическая мощность.

Глубина залегания.– расстояние от поверхности земли до почвы пласта (рудного тела) измеренное в метрах. Глубину залегания обычно обозначают буквой - Н. При неизвестной конечной глубине залегания обычно указывают глубину до которой месторождение разведано.

Для эксплуатируемых негоризонтальных месторождений чаще указывают глубину ведения горных работ (глубину разработки).

Линия простирания – линия пересечения залежи горизонтальной плоскостью (линия АБ, рис. 1.2).

Линия падения – линия образованная пересечением залежи вертикальной плоскостью, перпендикулярной линии простирания (линия ВГ, рис. 1.2).

Угол падения пласта - угол между линией падения залежи и её проекцией на горизонтальную плоскость (градусы). Угол падения обозначают буквой α. Угол падения рудных залежей может изменяться от 0 до 90⁰, в частных случаях, например, у жильных месторождений могут наблюдаться обратные углы падения т.е. почва залежи может стать её кровлей, а кровля почвой.

Мощность пласта или рудного тела – расстояние от почвы до кровли пласта (залежи), измеренное по нормали к подстилающим породам (м.). У негоризонтальных залежей различают, нормальную, горизонтальную и вертикальную мощность. В этом случае обязательно указывают направление измерения мощности – горизонтальная мощность, вертикальная мощность.

m_г = m/sinα ; m_в = m_г *tgα , м.

Природные поля недр.

Горные породы в недрах литосферы находятся под воздействием гравитационных и тектонических сил, создающих нарушения первоначальных форм залегания геологических тел и различия в напряженно-деформируемом состоянии различных участков и частей массива. Горные породы и горные массивы, как правило, трещиноваты и содержат не менее 3-х систем трещин, которые могут быть заполнены природными флюидами, содержать напорные и безнапорные воды, карстовые полости, подземные реки, моря, озера.

Осложнения в залегании месторождений. Основными видами осложнений в залегании месторождений являются дизъюнктивные и пликативные геологические нарушения, проявляющиеся в виде сбросов, взбросов, надвигов, сдвигов и складок различного направления и амплитуд.

По условиям залегания месторождения делят на 4 группы сложности:

1-я группа - месторождения (участки) простого геологического строения – преобладающая часть запасов содержится в рудных телах с ненарушенным и или слабонарушенным залеганием, выдержанными мощностью, строением и качеством полезного ископаемого.

2-я группа - месторождения (участки) сложного геологического строения – изменчива мощность и внутреннее строение рудного тела, невыдержанно качество п.и.

3-я группа - месторождения (участки) очень сложного геологического строения – резкие изменения мощности и внутреннего строения, или интенсивные нарушения залегания и невыдержанное качество п.и.

4-я группа - месторождения (участки) весьма сложного геологического строения – резкие изменения мощности и внутреннего строения, интенсивная геологическая нарушенность, неравномерное распределение полезного компонента. Уточнение элементов залегания и строения возможно лишь совместно со вскрытием и подготовкой месторождения к разработке.