Способы подготовки горных пород к выемке

Подготовка горных пород к выемке осуществляется с целью создания технической возможности и наилучших условий для выполнения последующих процессов выемки и погрузки горной массы, транспортирования, отвалообразования и переработки. В зависимости от типа и состояния пород подготовка их к выемке может в основном осуществляться следующими способами: предохранением от промерзания, оттаиванием мерзлых пород, гидравлическим ослаблением или разупрочнением, механическим или взрывным рыхлением.

Предохранение пород от промерзания вызвано тем, что при отрицательных температурах их возможно или нерационально разрабатывать без предварительного рыхления. Расчеты показывают, что удельные усилия копания при промерзании пород на глубину до 2 м увеличиваются для мягких пород в 5-5,5 раза, для бурых углей в 3-3,5 раза. Крепость промерзших пород соответствует крепости полускальных! пород. По данным практики, карьерные мехлопаты с ковшом вместимостью 4м³ могут разрабатывать без предварительного рыхления слой мерзлой породы мощностью 0,5-0,6м. Бульдозерами, скреперами и цепными многоковшовыми экскаваторами в большинстве случаев невозможно или нерационально разрабатывать мерзлые породы без предварительного рыхления. Для предохранения пород от промерзания применяются вспышка, рыхление, боронование и утепление (теплоизоляционными материалами поверхностного слоя, создается снеговой или искусственный воздушный покров, устраиваются специальные навесы и тепляки). Вспашка, рыхление и боронование значительно уменьшают теплопроводность поверхностного слоя пород благодаря образованию в нем пустот, заполненных воздухом. Вспашка и рыхление, производятся специальными плугами и разрыхлителями на глубину 40-50 см, а боронование – на глубину до 20 см. Снегозадержание осуществляется путем образование снежных валов или установки снегозадерживающих щитов. В качестве теплоизоляционных материалов для предохранения поверхностного слоя от промерзания используются мох, опилки, минеральная вата. Устройство навесов и тепляков практикуют на карьерах по добыче глин и керамических заводов.

Оттаивание пород осуществляется паром, водой, глубинным или поверхностным электрообогревом, поверхностным пожогом и др. При глубинном электрообогреве электроды размещаются в шампурах, пробуренных на глубину промерзания на расстоянии 0,5-0,7 м друг от друга. Электрическая цепь замыкается по талой породе и ее оттаивание осуществляется снизу вверх. Расход электроэнергии на оттаивание 1 м ³ породы составляет 8-10 кВтч. При поверхностном электрообогреве электроды в виде полс или металлических сеток располагаются на поверхности оттаиваемого участка. Питание осуществляется от высококачественного генератора.

При оттаивании паром применяются стальные трубы внутренним диаметром 19-22 мм и длиной 1,5-3 м, которые помещаются в шпуры (расстояние между шпурами 2-2,5м) или забиваются в породу по мере ее оттаивания. Продолжительность оттаивания 4-6 ч при расходе пара 24-27 кг на оттаивание 1м³ породы. Аналогично осуществляется оттаивание холодной и горячей водой. Оттаивание водой и паром (гидрооттаивантие и пароотаивание) широко применяется при разработке многолетнемерзлых пород.

Сущность оттаивания поверхностным пожогом заключается в сжигании слоя угля, торфа или дров на поверхности мерзлых пород. Примерный расход топлива на оттаивание 1м породы составляет 30-60 кг угля, 120-140 кг торфа и 0,14-0,17 м дров. Поверхностный пожог используется при оттаивании небольших объемов глины.

Гидравлические способы подготовки пород к выемке основаны на свойствах пород пропускать воду и растворы. При этом ослабление прочности пород при просачивании воды проявляется в снижении сил сцепления отдельных частиц и вымывании скрепляющего их цемента. Гидравлическое разупрочнение используется при разработке плотных глин способом гидромеханизации.

Механическое рыхление пород, осуществляется специальными рыхлителями (см. раздел 2.13).

Сущность взрывного рыхления состоит в отделении пород от массива и дроблении их до заданной крупности. Взрывное рыхление нашло широкое применение при подготовке полускальных пород к выемке. Оно является практически единственным способом при подготовке скальных пород к выемке на карьерах.

Глава 5 ВЫЕОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫЕ РАБОТЫ

Общие сведения

Выемочно-погрузочные работы заключаются в выемке горной массы из забоя и погрузке ее в средства транспорта или перемещении в отвал. В качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах используются экскавационные машины цикличного и непрерывного действия (рис. 5.1.). В машинах цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, погрузчики, колесные скреперы, бульдозеры и др.) рабочий орган состоит только из одного ковша или режущего элемента(лемех бульдозер), периодически выполняющего функции выемки и перемещения горной массы. В машинах непрерывного действия (многоковшовые цепные и роторные экскаваторы и др.) ковши (черпаки) перемещаются по замкнутой траектории и создают непрерывный поток груза. Забой представляет собой торец, откос или площадку уступа. По структуре пород забои могут быть однородными (пористыми) и разнородными (сложными). В однородных забоях горные породы имеют одинаковые свойства, а в разнородных – различные (вскрышные породы с различными свойствами, вскрышные породы и полезное ископаемое, полезное ископаемое разных сортов). Разработка простых забоев осуществляется валовым (сплошным) способом. В сложных забоях выемка полезного ископаемого и вскрыши или полезное ископаемого различных сортов осуществляется раздельно (селективно).

В зависимости от взаимного расположения забоя и горизонта установки выемочно-погрузочной машины различают выемку верхним, нижним и смешанным (верхним и нижним) черпанием. Аналогично различают и погрузку нижнюю, верхнюю и смешанную (рис.5.2.).

Рисунок 5.1 - схемы выемочно-погрузочных машин:

а- прямая мехлопата; б – обратная мехлопата; в – драглайн; г- грейфер; д – цепной многоковшовый экскаватор; е – роторный экскаватор; ж – колесный скрепер; з – бульдозер; и – шнекоуборочная машина; к – погрузчик.

Рисунок 5.2 - Схемы работы экскаватора:

а – с верхнем черпанием и нижней погрузкой; б – с верхним черпанием и верхней погрузкой; в – с верхнем и нижним черпанием и верхней и нижней погрузкой.

Техническая возможность и экономическая целесообразность использования на карьерах различного выемочно-погрузочного оборудования зависит от крепости пород, условий залегания полезного ископаемого, требуемой производительности одной машины и карьера в целом, виды механизации смежных процессов (подготовка пород к выемке и транспортирование горной массы), климатических условий, способа выемки (валовой или селективной) и о других факторов.