Способы вскрытия месторождений полезных ископаемых открытым способом

Вскрытием карьерного поля называются горные работы по созданию ком­плекса капитальных и временных траншей и съездов, обеспечивающих грузо- транспортную связь между рабочими горизонтами в карьере и приемными пун­ктами на поверхности.

Рабочими горизонтами в карьере являются рабочие площадки уступов. Приемные устройства на поверхно-сти — обогатительные фабрики, перегрузоч­ные бункеры, склады, отвалы или электростанции. Траншеи и съезды оборудуют­ся транспортными путями и средствами транспорта.

Совокупность всех вскрывающих выработок называется схемой вскрытия. Вскрытие рабочих горизонтов карьеров осуществляется при помощи горных вы­работок — капитальных наклонных или крутых траншей и горизонтальных — разрезных, которые являются продолжением капитальных траншей и служат для подготовки месторождения к выемке, создавая начальный фронт работ на вскры­том уступе.

Капитальные траншеи могут быть внешними и внутренними. Внутренние траншеи располагают внутри контура карьера, внешние — за пределами его кон­тура. Вскрывающие траншеи имеют, как правило, трапециевидное поперечное се­чение. При разработке неглубоких горизонтальных или пологих месторождений при числе уступов не более трех применяют внешние траншеи.

Этапы вскрытия при разработке горизонтальных и пологих месторождений включают обычно проведение одной или двух внешних капитальных траншей, разрезных траншей по вскрышным породам и по полезному ископаемому. После проходки разрезной траншеи по вскрышным породам отрабатывают 2 — 3 заход­ки и создают тем самым необходимое опережение вскрышных работ для проход­ки разрезной траншеи по полезному ископаемому.

Вскрытие наклонных и крутых залежей обычно осуществляется внутренни­ми траншеями со сложной формой трассы, расположенной на нерабочих бортах траншеи.

Работы по вскрытию ведутся в течение всего времени разработки: на каждом горизонте проводят подготовительные выработки (разрезные траншеи), удлиня­ют и совершенствуют систему капитальных и временных съездов.

Если при разработке горизонтальных месторождений вскрывают сразу все горизонты и работы по вскрытию заканчиваются в период строительства карье­ра, то при разработке наклонных и крутопадающих месторожденияй они продол­жаются до конца его разработки. При крутом залегании пласта необходим разнос не одного, а обоих бортов разрезной траншеи.

Способы проходки траншей. Вскрытие месторождений производится въезд­ными траншеями, а подготовка — разрезными. Основные параметры траншеи (длина, ширина по низу, уклон, угол откоса бортов) зависят от назначения тран­шеи, проходческого оборудования, глубины вскрываемого горизонта и физико- механических свойств пород.

Длина траншеи L, максимальная глубина Н и уклон i = tga связаны отноше­нием

Н 1 = —. i

Угол а показывает наклон дна траншеи к горизонтальной плоскости. Уклон определяется видом транспорта, и средние значения его находятся в следующих пределах: для железнодорожного транспорта 0,025 — 0,040, для автотранспорта

О 360 — 0,200, для конвейерного транспорта 0,250 — 0,330, для скиповых подъемни­ков 0,500- 1,000.

Минимальная ширина траншеи понизу также зависит от вида транспорта и числа путей и составляет для железнодорожного транспорта 8—16 м, для авто­транспорта 6 — 14 м. Ширина траншеи должна быть увязана с параметрами про­ходческого оборудования. Разрезная траншея проходится горизонтально или с уклоном 0,003 — 0,005 для стока воды. Ширина разрезной траншеи принимается из условия размещения в ней взорванной массы при последующей отработке одно­го из ее бортов и затем приводится в соответствие с рабочими размерами экска­ватора. Обычно ширина разрезных траншей составляет 20 — 25 м. Траншеи, рас­полагаемые на косогоре, часто не имеют второго борта, поэтому их называют по­лутраншеями.

Траншеи могут располагаться в пустых породах и в рудном теле. В первом слу­чае породу располагают на бортах траншеи или вывозят в отвалы. По этому при­знаку выделяют две группы способов проходки траншеи — бестранспортные и транспортные.

Бестранспортные способы проходки траншей применяют, если борта тран­шеи при дальнейшей разработке месторождения не будут отрабатываться и, сле­довательно, не потребуется повторного удаления породы с бортов.

Проходка траншеи драглайном по бестранспортной схеме показана на рис. 5.5. Максимально возможные размеры траншеи b и h определяются рабочими параме­трами экскаватора и физико-механическими свойствами пород. Между отвалом и верхней бровкой борта траншеи должна оставляться площадка (берма) безопасно­сти с, размеры которой зависят от устойчивости пород и глубины траншеи. Иногда породы располагаются на одном борту траншеи: в этом случае при проходке экс­каватор смещается к этому борту. Широкие траншеи экскаватор проходит за два хода, размещая породу вначале с одной стороны траншеи, а затем с другой сторо­ны. В необходимых случаях на проходке применяют два драглайна. Прямую меха­ническую лопату при бестранспортных способах проходки траншей применяют редко, т. к. использование в этом случае даже вскрышных экскаваторов не позво­ляет пройти траншею необходимых размеров.

Бестранспортные способы проходки траншей наиболее производительны и экономичны. Коэффициент использования экскаватора при этом достигает 0,8 — 0,85.

Транспортные способы проходки траншей могут применяться в самых разно­образных условиях. Проходка траншеи сплошным забоем с нижней погрузкой наиболее распространенный способ этой группы, который применяют в мягких и скальных породах с погрузкой породы в автомобильный или железнодорожный транспорт.

На рис. 5.6 показана проходка траншеи сплошным забоем с нижней погрузкой породы в железнодорожные вагоны.

Рис. 5.6. Проходка траншеи сплошным

забоем с нижней рогрузкой в ж/д вагоны

После обуривания станками 1 нескольких рядов (2—10) скважин б и их взрывания горная масса экскава­тором 2 грузится в вагон 3. Так как забой тупиковый, то экскаватором можно загрузить только один вагон, после чего состав отходит от забоя за стрелку 4 (рис. 5.6, а) и электровоз подает вагоны в тупик 5, где груженый вагон отцепляют и состав вновь подают к экскаватору.

После загрузки очередного вагона процесс по­вторяется. Полностью загруженный состав уходит из траншеи, и к экскаватору подходит порожний состав. Одновременно происходит обуривание следующего участка траншеи. Выносной тупик 5 по мере проходки траншеи переносят ближе к забою.

В последнее время взрывание пород осуществля­ют на участках траншей значительной длины (сотни ме­тров). Уменьшение числа взрывов при этом способству­ет увеличению производительности экскаваторов и бу­ровых станков.

Достоинства данного способа: использование при проходке траншеи экскава­торов с нормальным рабочим оборудованием и широкая область их применения. Однако низкий коэффициент использования экскаватора (0,3 — 0,4), вызываемый сложными маневрами транспорта, не позволяет обеспечить высокую скорость проходки траншей. Применение автотранспорта при этом способе на 20 — 30 % снижает простои экскаватора и позволяет довести скорости проходки до 150 — 180 м/месяц. Разворот автосамосвала при достаточной ширине траншеи происходит вблизи забоя; в бортах узких траншей для разворота через каждые 50 – 60 м устра­ивают ниши.

Рис. 5.7. Проходка траншеи сплошным забоем с верхней погрузкой породы

Коэффициент использования экскаватора и скорость проходки можно повы­сить, если ввести проходку траншей сплошным забоем с верхней погрузкой поро­ды вскрышным экскаватором (рис. 5.7, а). Рельсовый путь укладывают на одном из бортов траншеи, и при загрузке состава вагоны не расцепляют. Этот способ дает хорошие показатели в породах не выше средней крепости (скорость проход­ки до 150 — 250 м/месяц). В скальных породах высокой крепости производитель­ность вскрышных экскаваторов снижается.

Послойный способ проходки (рис. 5.7, б) сочетает достоинства обоих транс­портных способов — верхнюю погрузку с использованием прямых механических лопат с нормальным рабочим оборудованием. При этом способе сечение траншеи делят на ряд заходок (I —IV), которые проходят последовательно. На рис. 5.7 в по­казан момент проходки второй заходки. Экскаватор расположен на почве второй заходки, транспортные средства — на почве первой заходки.

В процессе проходки каждого последующего слоя траншеи транспортный путь располагают на почве предыдущей заходки. Высота слоя зависит от макси­мальной высоты разгрузки экскаватора Нр и высоты транспортных средств h. Для экскаватора ЭКГ-4,6 при использовании стандартных думпкаров максимальная высота слоя составляет 3 — 3,3 м.

Послойный способ обеспечивает высокую скорость проходки траншей, осо­бенно в мягких породах (до 150 — 200 м/месяц). Большой объем путевых работ и сложность проведения буровзрывных работ ограничивают область применения этого способа. Проходка разрезной траншеи послойным способом по условиям транспорта возможна только одновременно с проходкой въездной траншеи.

Траншеи можно проходить многоковшовыми экскаваторами, колесными скреперами, гидромеханизацией и методом взрыва на выброс, однако в связи с ограниченной областью применения этих способов они в данном курсе не рас­сматриваются.

Способы вскрытия. По расположению траншей различают следующие спо­собы вскрытия: внешними (когда траншеи располагают за предельным контуром карьера) и внутренними траншеями (когда траншеи размещены внутри контуров карьера).

Вскрытие внешними траншеями применяют для отработки пологих, залегаю­щих неглубоко месторождений, иногда для верхних горизонтов крутопадающих месторождений.

При вскрытии отдельными внешними траншеями каждый горизонт место­рождения вскрывается обособленной траншеей. Способ обеспечивает незави­симость транспортирования породы с каждого горизонта, но отличается высо­ким объемом проходческих работ, т. к. с увеличением глубины вскрываемого го­ризонта объем траншей резко возрастает. По этой причине отдельными траншеями вскрывают не бо­лее двух-трех уступов. В некоторых условиях (на­пример, на косогоре) число вскрываемых горизон­тов может быть увеличено, т. к. в этом случае объем выработок (полутраншей) уменьшается.

Для уменьшения объема работ по вскрытию при­меняют вскрытие общими (или групповыми) внеш­ними траншеями (рис. 5.8). Каждая траншея, вскры­вающая нижележащий горизонт, проходится внутри траншеи верхнего горизонта. Число уступов, вскры­ваемых общими траншеями, достигает 5 — 6. При групповом вскрытии одна группа траншей вскрыва­ет породные горизонты, другая — добычные.

Рис. 5.8. Вскрытие общими внешними траншеями

Вскрытие внутренними траншеями позволяет значительно сократить объем породных работ вслед­ствие расположения траншей внутри контуров ка­рьера. Внутренние траншеи аналогично внешнему вскрытию могут быть отдель­ными, групповыми и общими. Общие траншеи имеют широкое распространение при разработке глубоких карьеров (глубиной до 400 — 500 м), при любой форме и любом угле падения месторождений.

Из общих траншей наибольшее распространение получило вскрытие тупико­выми и спиральными съездами.

При тупиковых съездах (рис. 5.9) вскрывающие траншеи располагают на не­рабочем борту карьера во взаимно обратных направлениях. Каждый съезд 1 на рабочем горизонте заканчивается тупиковой площадкой 2, на которой состав при спуске или подъеме меняет направление своего движения. На схеме карьера по­казано пять горизонтов: два верхних отработаны, третий (породный) и четвертый (рудный) находятся в стадии отработки, на пятый горизонт проходится въезд-ная траншея. При последующей разработке пятого горизонта правый борт траншей отработают, и съезд на этот горизонт будет иметь такой же вид, как съезды на предыдущие горизонты. На каждом съезде укладывают один или два рельсовых пути.

Рис. 5.9. Вскрытие тупиковыми съездами

Пропускная способность двухпутевых съездов в 2 — 2,5 раза выше, чем одно- путевых.

Достоинства вскрытия тупиковыми съездами: возможность размещения съез­дов на одном борту; широкая область применения. Недостаток — низкая средняя скорость движения поездов вследствие больших затрат времени на маневры под­вижного состава на тупиковых площадках.

При вскрытии спиральными съездами последние располагают в виде спирали по рабочему и нерабочему бортам карьера (рис. 5.10).

В конце каждого съезда (1, 2, 3 и 4) имеется горизонтальная площадка П, на ко­торой устраивают разминовки. На этих же площадках находятся пункты примы­кания /7р железнодорожных путей четырех рабочих горизонтов к постоянным пу­тям. Вскрытие спиральными съездами позволяет упростить маневры транспорта и тем самым увеличить его производительность. Однако потребность больших ра­диусов закруглений железнодорожных путей (150 — 200 м) ограничивает область применения этого способа вскрытия.

При использовании автомобильного транспорта, допускающего крутые укло­ны и малые радиусы закруглений (25 — 30 м), возможно вскрытие месторождений незначительной мощности спиральными съездами.Вследствие более жестких условий применения и более сложной организа­ции добычных работ вскрытие спиральными съездами применяют реже, чем ту­пиковыми.

С увеличением глубины карьеров возрастает длина транспортирования горной массы с нижних горизонтов, достигая в глубоких карьерах 8—10 км. Суммарную длину транспортирования можно сократить применением вскрытия крутыми траншеями.

Рис. 5.10. Вскрытие спиральными съездами

Источник