4.8. Управление текущим объемом выемки пород вскрыши на глубоких карьерах

В процессе эксплуатации карьера горные работы ведутся в пределах его рабочей зоны, которая развивается в глубину и по горизонтали. Под высотой рабочей зоны понимается суммарная высота уступов, находящихся в одновре­менной разработке. Геометрические размеры рабочей зоны, интенсивность се развития, параметры элементов системы разработки, высота уступов, ширина рабочей площадки, заходки и выемочной панели, число и длина экскаваторных блоков принимаются соответственно установленной производственной мощно­сти карьера, типу погрузочно-транспортного оборудования и предназначены обеспечить высокую эффективность добычи полезных ископаемых с минималь­ной интенсивностью отчуждения земельных площадей для развития открытых разработок, а также складирования пород вскрыши.

В процессе развития рабочей зоны карьера ведется последовательное вскрытие и разработка каждого из нижележащих горизонтов одного за другим для освоения проектной производственной мощности по добыче полезного ис­копаемого и поддерживания сс в заданных объемах. Породы вскрыши вынима­ются попутно и затраты на их разработку входят в затраты на производство то­варной продукции. При планировании порядка отработки отдельных участков месторождения экономично вынимать, возможно меньшие объемы пород вскрыши, которые обеспечивают в то же время нормальное вскрытие и подго­товку новых горизонтов к эксплуатации. Это способствует наименьшему нару­шению земельных площадей как карьерами, так и внешними отвалами.

Регулировать выемку горных пород при изменяющихся размерах рабочей зоны возможно путем корректирования угла откоса рабочего борта карьера (рис.1.76). Применение железнодорожного транспорта, конвейерных или скипо­вых подъемников с размещением их в траншеях наиболее часто обусловливает вскрытие месторождения по лежачему боку залежи в пределах всей его длины или части с развитием горных работ в сторону висячего бока. Освоение проект­ной производительности карьера по добыче полезного ископаемого считается достигнутым с момента формирования откоса рабочего борта в пределах всей толщи полезного ископаемого. При этом высота добычной зоны Н₀ (м) составит

а количество добычных горизонтов (и_д) будет равно

Высота вскрышной зоны в висячем боку залежи на первом этапе равна мощности наносов Н„, а количество вскрышных горизонтов определяется из вы­ражения

где а,, - угол откоса рабочего борта, град; h_t, и h„ - высота добычных и вскрыш­ных уступов, м.

Рис. 1.76. Схема развития горных работ в сверхглубоком карьере: 1 - выход на проектную производительность; 2 достижение горными работами граничных контуров по поверхности; 3,4 - этапы эксплуатации карьера; 5 - доработка карьерного поля; заштриховано - изменение объемов выемки пород вскрыши при увеличении угла откоса а_р рабочего борта карьера

Как видно из рис. 1.77, текущие объемы выемки пород вскрыши значи­тельно уменьшаются при увеличении угла откоса рабочего борта карьера. Так, па первом этапе разработки увеличение его до 17° характеризуется сдвигом кон­тура из положения 1-І в Г - I , что соответственно приводит к снижению теку­щего объема выемки пород вскрыши (в расчете на 1 м длины фронта работ), равного

Высота рабочей зоны карьера в обоих случаях одинакова и составляет Н,,і = И,,/. В дальнейшем фронт горных работ перемещается в положение 2, что при постоянном значении а_р характеризуется выходом на границу карьерного поля по поверхности, максимальной высотой рабочей зоны Н_Р2 и отстраиванием всей верхней части нерабочего борта со стороны лежачего бока залежи в пре­дельном положении. Высота добычной зоны и число добычных уступов не из­меняются и остаются постоянными на протяжении всего периода эксплуатации. При наращивании производственной мощности карьера соответственно увели­чивается и количество добычных горизонтов. Высота вскрышной зоны состав-

ляет Н„2 = Н„ + ХД, а количество вскрышных горизонтов будет /;„? = ¹—.

h_H

Изменение объема выемки пород вскрыши при увеличении угла откоса рабочего борта до величины а.,\ учитывается выражением

Дальнейшая углубка дна карьера (см. рис. 1.77) при постоянном значении а,, приводит к уменьшению высоты рабочей зоны к значений Н_/к1 и Н_р4. В то же время, увеличивая угол откоса до а,,\ =21 - 32° и располагая рабочий борт в по­ложении 3-3 и 4 - 4, возможно значительно снизить объем выемки пород вскрыши в висячем боку залежи. Однако при этом высота рабочей зоны карьера будет максимальной

Последующая углубка дна карьера приводит к уменьшению высоты рабо­чей зоны Н,,₅ до минимального значения (см. рис. 1.77), после чего происходит снижение производительности карьера по добыче полезного ископаемого.

Опыт разработки глубоких карьеров показывает, что величина углов отко­са рабочего и нерабочего боргов существенным образом сказываются на общем и текущем объеме выемки пород вскрыши (рис. 1.77).

Рис. 1.77. Графики изменения объемов добычи полезного ископаемого Р и пород вскрыши W от срока разработки Т и глубины карьера Н_к\ I, II вскрышные работы при а_г = 12" и а,, = 17- 37"; III-добычные работы; 1,1 -5,5 - этапы разработки

Увеличивая углы откоса рабочего борта на отдельных этапах разработки глубоких карьеров можно снизить объем выемки пород вскрыши на 20 - 30%, в связи с чем появляется возможность проводить равномерно или увеличивая объ­емы вскрышных работ па протяжении продолжительного периода эксплуатации.

Интенсивность нарушения земной поверхности открытыми роботами в границах карьерного поля также в значительной мерс зависит от величины угла откоса рабочего борта карьера. При «,, = 12° уже при глубине 150 - 250 м (то есть менее половины срока эксплуатации карьера) отведенная площадь полно­стью осваивается горным производством и сельскохозяйственные работы на ней прекращаются. В то же время, увеличивая а_р до 27 - 32°, возможно существен­ным образом уменьшить интенсивность отчуждения земель и максимально ис­пользовать их в сельскохозяйственном направлении. Продолжительность сель­скохозяйственной эксплуатации земель в пределах карьерного поля Г (лет) со­ставит

где h_ip — среднегодовая интенсивность углубки горных работ, м.

Увеличение угла откоса рабочего борта, а следовательно, и регулирование объемов разработки пород вскрыши на протяжении всего периода эксплуатации карьера, возможны с соответствующей ориентацией подвижки горных работ в горизонтальном и вертикальном направлениях, а также путем изменения шири­ны рабочих площадок и высоты уступов.