 |
Выемочные участки, слои, уступы, горизонты. Рабочие и нерабочие площадки уступов. Фронт работ уступа, его форма, структура, направления развития. Экскаваторные и рабочие блоки.
|
|
|
|
Контрольные вопросы.
1.Поясните, что называют уступом. Назовите его элементы.
2.Дайте характеристику элементов и параметров карьера.
3.Что такое фронт работ карьера и уступа.
4.Назовите виды забоев.
5.Укажите типы заходок и условия их применения.
6.Расскажите о причинах и правилах устройства берм.
Выемку полезного ископаемого, покрывающих и вмещающих пород ведут слоями, начиная с верхних слоев. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов. Между смежными слоями оставляют площадки для размещения оборудования, транспортных и энергосиловых коммуникаций и других производственных целей. Обычно слои горизонтальны (рис.), но иногда пологую залежь отрабатывают наклонными слоями, а крутопадающую—крутыми.
Разделение массива горных пород на отдельные слои обусловлено ограниченными технологическими параметрами выемочно-погрузочных машин, наличием прослоев с различными физико-механическими и качественными характеристиками, повышенной опасностью обрушения обнаженного массива пород значительной высоты. Слой является более широким понятием, чем уступ. Уступ — это часть слоя горных пород, имеющая форму ступени и разрабатываемая самостоятельными средствами рыхления, выемки и транспорта.
Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах ведут отработку массива полезного ископаемого и вскрыши. Рабочий уступ иногда подразделяют по высоте на подуступы, которые разрабатывают последовательно или одновременно разными (теми же) выемочно-погрузочными машинами, но обслуживаются общим транспортным горизонтом.
Поверхности, ограничивающие уступ сверху и снизу, именуют верхней и нижней площадками, а наклонную поверхность, ограничивающую уступ со стороны выработанного пространства, откосами уступа. Линии пересечения откоса уступа с его верхней и нижней площадками называют верхней и нижней бровками (см. рис).
|
|
|
Высота уступа – зависит от рабочих размеров применяемого выемочно-погрузочного оборудования и физико механических свойств пород.
Угол, образованный откосом уступа и его проекцией на горизонтальную плоскость, называют углом откоса уступа. На постоянно перемещающихся уступах его величину устанавливают с таким расчетом, чтобы сохранить устойчивое положение откоса уступа на сравнительно короткий срок (несколько месяцев).
Углы откосов нерабочих уступов, достигающих при разработке месторождения своего предельного положения, должны обеспечивать длительную
устойчивость пород практически на весь срок существования карьера.
Часть откоса уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования при его разработке, является забоем уступа.
По мере выемки пород происходит перемещение забоя, характеризуемое скоростью подвигания забоя.
Площадку уступа, на которой располагают оборудование для его отработки, считают рабочей площадкой или рабочим горизонтом. Горизонты имеют абсолютные высотные отметки, относительно уровня Балтийского моря, или условные, относительно положения постоянного пункта на поверхности. Площадки, на которых работы не производят, называют бермами. Различают предохранительные и транспортные бермы.
Предохранительные бермы служат для повышения устойчивости боковой поверхности карьера и задерживания кусков породы, падающих с откосов уступов. Их устраивают не более чем через каждые три уступа. В последнее время ширину предохранительных берм принимают не менее 5 м, чтобы обеспечить возможность механизированной очистки от скапливающихся кусков породы.
|
|
|
На транспортных (соединительных) бермах располагают транспортные коммуникации. Ширина транспортных берм зависит от интенсивности движения и типа транспортных средств. На многих крупных карьерах транспортные бермы устраивают на каждом уступе.
Отработку уступов ведут последовательными полосами— заходками. Часть уступа по его длине, подготовленную для разработки, называют фронтом работ уступа. Подготовка фронта включает подвод транспортных и энергосиловьгх коммуникаций, обеспечивающих функционирование оборудования на уступе. Фронт работ уступа делят на отдельные участки — блоки, разрабатываемые самостоятельными средствами отбойки и погрузки. В результате последовательной отработки заходок идет разработка полосы уступа — перемещение (подвигание) фронта горных работ.
Ступенчатые боковые поверхности, образованные откосами и площадками уступов и ограничивающие выработанное пространство, называют бортами карьера. Борт карьера, представленный рабочими уступами, является рабочим бортом карьера. Совокупность уступов, находящихся в одновременной разработке, образует рабочую зону.
Длина фронта горных работ карьера представляет собой суммарную протяженность фронтов горных работ всех рабочих уступов. На нерабочем борту расположены, предохрани тельные транспортные бермы, а также наклонные съезды.
рис. 2. Элементы и параметры карьера:
1 выработанное пространство; 2 — нерабочий борт; З — рабочий борт;.4— конечный контур карьера; 5—бермы; α—угол откоса уступа; φ—угол откоса рабочего борта; γв— угол откоса нерабочего борта со стороны висячего бока залежи; γл— угол откоса нерабочего борта с стороны лежачего бока залежи; mr — горизонтальная мощность залежи; П — ширина рабочей площадки; h— высота уступа; Нк — глубина карьера; В – ширина карьера по верхнему контуру;
δт— ширина транспортной бермы; δп — ширина предохранительной бермы.
Нижняя поверхность карьера — это его дно (подошва). Вертикальное расстояние между дном карьера и усредненной отметкой дневной поверхности называют глубиной карьера. Линии пересечения бортов карьера с поверхностью и дном образуют верхний и нижний контуры карьера. Контуры, соответствующие моменту окончания горных работ, называют конечными. Условную поверхность, проходящую через верхний и нижний контуры, именуют откосом борта карьера, а угол, образованный откосом борта и его проекцией на горизонтальную плоскость,—углом откоса борта карьера.
|
|
|
Углы откосов бортов карьера на момент погашения горных работ зависят от конструкции борта и должны обеспечивать устойчивое равновесие слагающих его пород.
Фронт работ уступа (на открытых горных работах) — часть рабочего уступа (по длине), подготовленная к производству горных работ. Подготовленность ф.р.у. заключается в создании на рабочем горизонте площадки шириной не менее минимально допустимой и в подводе транспортных и энергосиловых коммуникаций обеспечивающих работу основного выемочно-погрузочного и транспортного оборудования. При подготовке фронта добычных уступов производится зачистка верхней площадки от остатков породы и опробование полезного ископаемого для уточнения его качественного состава.
Ф. р. у. измеряется его протяженностью.
Виды Ф. р. у. различают по следующим характерным признакам:
- по структуре слагающей уступ горной породы—однородный (рис. 1, а) и разнородный (рис. 1, 6);
- по расположению транспортного выхода — с фланговым (рис. 1, в) и центральным (рис. 1, е);
- по характеру перемещения горной массы вдоль уступа—тупиковый, с одним транспортным выходом и возвратным движением транспорта (рис. 2, а) и сквозной, с двумя или более транспортными выходами и поточным движением транспорта (рис. 2, 6).
Вид Ф. р. у. тесно взаимосвязан со способом вскрытия рабочего горизонта.
Фронт работ карьера — суммарная протяженность фронтов работ отдельных рабочих уступов; подразделяется на вскрышной, измеряемый длиной фронта работ на вскрышных уступах, и добычной — на добычных уступах.
Необходимая протяженность ф. р. к. определяется производственной мощностью карьера по полезному ископаемому, горной массе и требуемым количеством выемочно-погрузочных механизмов. Ф. р. к. должен создавать наилучшие условия для использования горного и транспортного оборудования, зависит от применяемого способа вскрытия и системы разработки.
|
|
|
В зависимости от положения забоя относительно горизонта установки выемочно-погрузочной машины выделяют способы выемки верхним черпанием (забой находится выше уровня стояния машины), нижним и смешанным (нижним и верхним) черпанием. Если загружаемые транспортные средства расположены на горизонте установки машины или ниже его, то такую погрузку считают нижней, если они размещены выше — верхней. Возможна также смешанная погрузка.
Преобладающее распространение получили выемочно-погрузочные работы с нижней погрузкой. В результате перемещения забоев в пределах определенного участка развала или массива уступа происходит последовательная отработка полос-заходок. По расположению относительно фронта работ выделяют заходки:
- продольные, когда они ориентированы вдоль него,
- поперечные—расположенные перпендикулярно фронту
- диагональные—ориентированные под углом к нему.
По ширине заходки подразделяют на нормальные, узкие и широкие. В нормальных заходках максимально используются рабочие параметры выемочных машин, а ось их перемещения занимает постоянное положение. Узкие заходки применяют при необходимости ускоренной отработки блоков, например, в зоне неустойчивых пород или для исключения глубокого промерзания поверхности уступа зимой. Широкие заходки при всех типах забоев характеризуются переменным положением оси перемещения выемочных машин в плане при выемке породы по длине заходки.
Однородные (простые) забои и заходки сложены породами со сравнительно одинаковыми свойствами, разнородные (сложные) представлены породами с различными свойствами, вскрышей и полезным ископаемым, или полезным ископаемым разных типов и сортов.
Лекция 5
Элементы и параметры системы разработки: высота и число уступов, ширина рабочих площадок и берм, длины фронтов работ и блоков, скорость подвигания фронта и темпы углубки горных работ. Рабочий борт и рабочая зона карьера, их конструкции и параметры.
Контрольные вопросы.
1.Поясните как выбирается оптимальная высота уступа.
2.Перечислите элементы рабочих площадок и их назначение.
3. Какие запасы называют вскрытыми, подготовленными и готовыми к выемке.
4.Как различается фронт работ: по расположению, по направлению перемещения горной массы, по числу транспортных грузовых выходов, по характеру движения транспортных средств, по положению транспортного выхода.
|
|
|
5.Что называется рабочей зоной карьера, из чего она состоит.
6. Поясните различия между интенсивными и неинтенсивными горными работы.
7.В каком случае рабочая зона называется сплошной, а в каком углубочной.
Основными элементами системы разработки являются: рабочие уступы, рабочие площадки, фронт работ уступа и карьера, рабочая зона карьера. Основные параметры: высота и угол откоса уступов ширина рабочих площадок, ширина заходок, длина фронта работ, угол откоса рабочего борта, длина экскаваторного блока, число рабочих уступов, длина фронта работ.
Уступ — один из важнейших элементов системы разработки. Главный его параметр — высота, оказывает влияние на интенсивность отработки месторождения, качество добываемого полезного ископаемого, срок строительства карьера, объем горно-капитальных работ, распределение объемов крыши во времени, безопасные условия работы горнотранспортного оборудования.
Выбор оптимальной высоты уступа h (м)—одна из сложных горно-экономических задач, вследствие разнопланового характера взаимосвязи с перечисленными факторами. Например, по мере увеличения высоты уступа снижаются затраты на подготовку скальных пород к выемке и транспортирование горной массы.
Одновременно возрастает вероятность образования «козырьков» и «нависей» в забоях, увеличиваются потери и разубоживание, уменьшается интенсивность разработки. Поэтому сначала подбирают ряд возможных значений h, отвечающих требованиям безопасного ведения выемочно-погрузочных работ. Затем для каждой из них устанавливают производительность карьера, характер изменения во времени годовых объемов вскрыши и определяют затраты на разработку карьерного поля с учетом ущерба от потерь и разубоживания. Вариант с наименьшим уровнем расходов и будет соответствовать оптимальной высоте уступа.
При разработке горизонтальных и пологих залежей мощность залежей и покрывающих пород обычно предопределяет высоту и число уступов. При чередовании горизонтальных и пологих пластов высоту уступа устанавливают, в зависимости от мощности отдельных пластов и залегающих между ними слоев пустых пород с учетом обеспечения необходимого качества полезного ископаемого.
При разработке наклонных и крутопадающих залежей, представленных преимущественно скальными и полускальными породами, высота уступа определяется в основном показателями технологических процессов, потерь и разубоживания полезного ископаемого, требуемой производственной мощностью карьера. Затраты на подготовку скальных пород к выемке и на транспортирование взорванных пород снижаются с увеличением высоты уступа.
В то же время, согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ), высота уступа в скальных и полускальных породах не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора Нч.мах более чем в 1,5 раза.
Углы откоса уступов устанавливают исходя из обеспечения краткосрочной устойчивости пород рабочих и долгосрочной устойчивости нерабочих уступов.
Ширина рабочих площадок П (м) зависит от рабочих размеров выемочно-погрузочных машин и параметров буровзрывных работ в скальных породах, вида карьерного транспорта, требуемой интенсивности движения.
В мягких и рыхлых породах, перемещаемых средствами транспорта (рис. схема а)
При использовании автотранспорта dв =0. Ширина транспортной полосы зависит от типа транспортных средств и числа путей (полос движения). Величина П варьирует в широких пределах.
Для уменьшения интервала времени между началом подготовки смежных горизонтов проходку въездной траншеи начинают при создании минимальной рабочей площадки, ширину которой находят по формулам, исключив из них полосы m, dв, л.
По степени подготовленности различают запасы вскрытые, подготовленные и готовые к выемке. В горнотехнической литературе не существует единых определений этих понятий, поэтому приводим формулировки, установленные отраслевой инструкцией по учету и нормированию запасов.
Вскрытыми считают запасы полезного ископаемого месторождения или части его из числа балансовых запасов, освобожденных от покрывающих пород или обнаженных вследствие естественных условий залегания, для разработки которых пройдена въездная траншея и выполнены горнокапитальные работы предусмотренные техническим проектом.
К подготовленным относят часть вскрытых запасов, с обнаженными верхней и боковой поверхностями, для разработки которых выполнены горно-подготовительные работы.
Их можно извлечь при параллельном подвигании всех добычных уступов без производства вскрышных работ с сохранением нормальной ширины рабочей площадки.
Готовыми к выемке запасами считают часть подготовленных запасов, которые могут быть отработаны независимо от подвигания смежного верхнего уступа с оставлением при этом минимальной рабочей площадки.
Угол откоса рабочего борта карьера не только характеризует положение его в пространстве, но и влияет на интенсивность разработки месторождения и величину эксплуатационного коэффициента вскрыши. При постоянной ширине рабочих площадок
Длину экскаваторных блоков устанавливают исходя из создания определенного запаса взорванной горной массы, а также обеспечения наиболее высоких коэффициентов использования выемочно-погрузочных машин по горным и транспортным возможностям.
Направление развития горных работ на уступе не может выбираться произвольно. Место расположения разрезной траншеи (котлована) должно соответствовать проектному режиму горных работ с тем, чтобы обеспечивались необходимое число вскрышных и добычных забоев в эксплуатационный период разработки слоя, планомерность вскрышных и добычных работ.
1. По расположению:
а) Фронт работ расположен вдоль длинной оси карьерного поля (рис.а).
Существуют благоприятные условия для раздельной выемки полезного ископаемого различных сортов и создания вскрытых запасов, имеются большие резервы повышения интенсивности разработки месторождения и мощности карьера.
б) Фронт работ расположен вдоль короткой оси карьерного поля (рис.6).
Резервы увеличения производственной мощности карьера, возможности раздельной выемки и создания больших вскрытых запасов полезного ископаемого ограничены.
в)Фронт работ расположен концентрически (рис.в) или по эллипсу (рис.е).
Такое расположение фронта обеспечивает минимальные объемы горно-капитальных и подготовительных работ при нарезке новых уступов и высокий темп углубления горных работ. Однако при этом неизбежны периодические изменения положения вскрывающих выработок. Возможности увеличения производственной мощности карьера обычно ограничены.
2. По направлению перемещения горной массы:
а) Фронт работ с поперечным перемещением горной массы — при складировании вскрышных пород в выработанном пространстве с помощью вскрышных экскаваторов и транспортно-отвальных агрегатов, а также при выемке породы бульдозерами или скреперами фронтальным забоем и перемещении ее по кратчайшему расстоянию во внутренний или внешний отвал.
б)Фронт работ с продольным перемещением горной массы при перемещении ее из забоев средствами карьерного транспорта.
3. По числу транспортных грузовых выходов:
а) Одинарный фронт —если он имеет один грузовой транспортный выход с уступа (рис.а, б, в). Такой фронт типичен для большинства карьеров при использовании различного горного и транспортного оборудования.
б) Сдвоенный фронт — если он имеет два грузовых транспортных выхода с уступа (рис.г, д). Фронт такой конструкции представляет собой два одинарных фронта и может быть использован при большой протяженности карьеров поверхностного вида, а также для группы верхних уступов мощных карьеров глубинного вида.
4. По характеру движения транспортных средств:
а) Тупиковый фронт, с возвратным движением транспорта, — если одинарный фронт на уступе имеет один общий транспортный выход, служащий для подачи порожних железнодорожных составов или автомобилей и для выдачи грузов. Тупиковый фронт получил наибольшее распространение при всех видах карьерного транспорта.
6) Сквозной фронт, с поточным движением транспорта, если одинарный фронт уступа имеет два и больше специализированных транспортных выхода: отдельно для порожняка и отдельно для грузов. Сдвоенный тупиковый фронт также периодически может использоваться как одинарный сквозной фронт (рис. г).
5. По положению транспортного выхода:
а) Фланговый фронт — если транспортный выход расположен на фланге фронта уступа (рис.а, б, е); типичен при вскрытии рабочих горизонтов стационарными выработками.
б) Центральный фронт —если транспортный выход расположен в пределах фронта (рис.в, д). Центральный фронт характерен при расположении вскрывающих выработок на рабочем борту карьера, и на добычном уступе при разработке горизонтальных или пологих залежей.
Перечисленные характеристики фронта работ уступа служат основанием для правильного выбора системы разработки, вскрытия и технических средств.
Как в период строительства, так и в период эксплуатации карьера одновременно разрабатывается обычно несколько уступов. Каждый из них имеет рабочий фронт и нерабочий фронт, т. е. ту часть уступа, в пределах которой длительное время (не менее года) выемка пород не производится.
Каждый нижерасположенный уступ отделяется от вышележащего бермами: безопасности (предохранительными) и транспортными. Такие бермы обязательны как в рабочей, так и в нерабочей части фронта уступа.
Между рабочими фронтами уступов обязательно оставляют рабочие площадки, ширина и длина которых устанавливаются проектом.
Зона, в которой выполняются основные технологические процессы открытых горных работ, называется рабочей зоной карьера. Примеры рабочих зон показаны на рис.
Рабочая зона может охватывать один, два или все борта карьера. Рабочая зона карьера представляет собой перемещающуюся и изменяющуюся по размерам и форме поверхность, имеющую разнообразную пространственную конфигурацию и различное, меняющееся со временем положение в пространстве карьерного поля.
В период строительства рабочая зона карьера включает только вскрышные уступы, а к концу горно-капитальных работ — и добычные. В период эксплуатации в рабочей зоне карьера обязательно выделяются зоны вскрышных, добычных и горно-подготовительных (нарезных) работ (см. рис.).
Число вскрышных, добычных и горно-подготовительных блоков панелей и забоев не может устанавливаться произвольно, так как от этого зависит выполнение планов по отдельным видам работ и планомерность разработки месторождения согласно проекту и режима горных работ.
На каждом уступе рабочей зоны различают:
интенсивные горные работы, когда каждая выемочная машина на уступе имеет относительно короткий фронт работ и годовое подвигание фронта примерно равно или больше протяженности фронта работы машины;
неинтенсивные горные работы, когда подвигание значительно меньше длины фронта работ выемочной машины.
В различные периоды разработки каждого уступа степень интенсивности горных работ на нем существенно меняется. Она является наибольшей в период вскрытия горизонта и проведения разрезных траншей, а затем снижается вследствие увеличения протяженности фронта работ. При затухании работ число действующих забоев и протяженность фронта работ постепенно сокращаются.
Содержание большего, чем это необходимо, числа действующих забоев на уступе ведет к нерационально большим размерам рабочей зоны карьера, растягиванию транспортных и энергетических коммуникаций и увеличению затрат. В принципе, чем меньше размеры рабочей зоны, чем более концентрированно и интенсивно ведутся горные работы, тем экономичнее разработка. Однако эти размеры не должны нарушать планомерность горных работ и воссоздание системы разработки.
Изменение размеров рабочей зоны протекает различно. Оно зависит от периода разработки, типа разрабатываемого месторождения, изменяющихся с глубиной углов откоса рабочих бортов, значений углов откоса бортов на момент погашения открытых работ, размеров карьерного поля и от принятого направления развития горных работ.
В общем случае высота рабочей зоны карьера равна сумме высот разрабатываемых уступов. В период строительства и освоения проектной мощности карьера рабочая зона непрерывно увеличивается в плане и по высоте при разработке месторождений любых типов. Далее в период, когда достигнута проектная мощность карьера, размеры рабочей зоны достигают своих максимальных значений, если не снижается интенсивность горных работ.
В последующие периоды при разработке горизонтальных и пологих залежей рабочая зона, получив полное развитие по высоте и в плане, смещается в заданном направлении, размеры ее меняются только частично за счет изменения конфигураций карьерного поля и создания дополнительных передовых уступов на участках повышения рельефа поверхности. При этом отсутствует необходимость в горно-подготовительных работах.
Рабочие зоны при разработке горизонтальных и пологих залежей обычно непрерывны как по вскрышным, так и по добычным работам и сравнительно устойчивы по размерам; поэтому они называются сплошными зонами.
При разработке наклонных и крутопадающих залежей рабочая зона увеличивается в плане и по высоте за счет разноса бортов и вскрытия новых горизонтов до тех пор, пока верхние уступы не достигнут промежуточных (этапных) или конечных границ карьерного поля на поверхности. При этом обычно возрастают годовые объемы работ по горной массе.
После достижения конечных контуров горные работы на верхних уступах прекращаются и рабочая зона смещается по верти кали. При этом обычно уменьшаются ее размеры в плане и сокращаются годовые объемы работ по горной массе.
Рабочие зоны при разработке наклонных и крутопадающих залежей называются углубляющимися рабочими зонами. Характерными признаками таких рабочих зон являются переменные число рабочих уступов и их размеры.
Лекция 6.
|
|
|
