содержание   ..   90  91  92  93  94  95  96  97  98  99   .. 

20. ТЕХНОЛОГИЯ И МЕХАНИЗАЦИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

20.1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

К .основным производственным процессам при открытых горных работах относятся: подготовка горных пород к выемке; выемочно-погрузочные работы; перемещение карьерных грузов; отвалообразование вскрышных пород и складирование полезного ископаемого.

Подготовка горных пород к выемке предусматривает различные изменения естественного состояния разрабатываемых горных пород с целью обеспечения высокой эффективности последующей их выемки и перемещения.

Выемочно-погрузочные работы предназначены для извлечения горных пород из массива (в естественном состоянии или предварительно подготовленном) и погрузки их в транспортные средства.

Перемещение карьерных грузов предусматривает своей целью своевременную перевозку необходимых объемов горной массы в пределах карьера и его земельного отвода.

Задачи отвалообразования и складирования заключаются в приемке и размещении на специально отведенных площадях вскрышных пород и добытого полезного ископаемого.

Работы по обеспечению высокоэффективного и безопасного выполнения основных производственных процессов называют вспомогательными. К ним относят передвижку железнодорожных путей и линий электропередачи, доставку материалов и запасных частей к оборудованию и др.

Подготовка горных пород к выемке. В зависимости от типа и состояния пород подготовка их к выемке может осуществляться следующими способами: предохранением от промерзания; оттаиванием мерзлых пород; гидравлическим ослаблением или разупрочнением; механическим или взрывным рыхлением. Наибольшее распространение на карьерах получил взрывной I способ рыхления скальных горных пород.

Сущность взрывного рыхления состоит в отделении пород от массива и дробления их до кусков заданной крупности энергией ВВ, выделяемой в момент его взрыва. Взрывные работы производятся в тех случаях, когда непосредственная выемка пород невозможна или затруднена без предварительного их отделения от массива и рыхления.
 

Выемочно-погрузочные работы. На выемочно-погрузочных

работах на карьерах страны (в том числе на угольных разрезах) широко применяются экскаваторы цикличного (прямые

механические лопаты и драглайны) и непрерывного (роторные и цепные) действия. В экскаваторах цикличного действия рабочий орган состоит только из одного ковша, периодически выполняющего функции выемки и перемещения горной массы, В экскаваторах непрерывного действия рабочий орган имеет несколько ковшей, которые перемещаются по замкнутой

траектории, последовательно производят выемку и создают непрерывный поток горной массы.

Прямая механическая лопата является универсальным экскаватором и применяется в любых горно-геологических условиях, в том числе и при выемке пород большой крепости, после предварительного рыхления их буровзрывными работами. Применение драглайнов и экскаваторов непрерывного действия (многоковшовых) ограниченно в основном рыхлыми породами.

Из многоковшовых экскаваторов на угольных разрезах наиболее распространены роторные. У роторных экскаваторов рабочим органом является роторное колесо с ковшами, установленное на конце роторной стрелы. При вращении роторного колеса ковши, срезая стружку породы, заполняются и разгружаются на конвейер, расположенный на стреле экскаватора сбоку от роторного колеса. Далее порода поступает на разгрузочный конвейер (консоль) и в транспортные средства.

В процессе разработки положение забоя изменяется. Параметры и форма забоя зависят от параметров экскаваторов, свойств разрабатываемых пород и технологических условий разработки. При выемке горной массы мехлопатами, драглайнами, роторными экскаваторами используют в основном торцовый (боковой) и тупиковый (траншейный) забои ().

Разработка уступа при перемещении экскаватора производится обычно полосами, вдоль откоса. Такую полосу горных пород, являющейся частью уступа по ширине, называют экскаваторной заходкой. Параметры заходки — длина, высота и ширина. Длина заходки обычно соответствует длине уступа или его части (при работе на уступе нескольких экскаваторов). Часть уступа по длине, отрабатываемая одним экскаватором, называют блоком. Высота заходки при разработке пород, не требующих буровзрывного рыхления, соответствует высоте уступа. При разработке пород, предварительно разрушенных буровзрывным способом, высота заходки соответствует высоте развала взорванных пород.
 

Перемещение карьерных грузов. На угольных разрезах для перемещения карьерных грузов применяется железнодорожный, автомобильный и конвейерный транспорт. Первые два вида транспорта являются транспортом цикличного действия. Конвейерный транспорт используется в основном для транспортирования горной массы от экскаваторов непрерывного действия.

Работа карьерного транспорта имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при обеспечении четкой его работы:

перемещение в грузовом направлении происходит, как правило, на подъем;

транспортные коммуникации, пункты погрузки и разгрузки в контурах карьера постоянно перемещаются в пространстве;

грузооборот достигает больших значений (до 100 млн т и более в год);

направление движения характеризуется частыми изменениями при незначительных размерах карьерного поля в плане;

оборудование должно обладать повышенной механической прочностью.

Выбор вида транспорта определяется горно-геологическими условиями месторождения, грузопотоком, характером транспортируемого груза, дальностью транспортирования, глубиной карьера и сроком его эксплуатации, способом погрузки и климатическими условиями.

Железнодорожный транспорт широко применяют в карьерах большой и средней производственной мощности. По сравнению с другими видами карьерного транспорта железнодорожный требует наибольших радиусов закруглений (100—200 м) и наименьших подъемов пути (до 60 %о). Достоинства этого вида транспорта — возможность значительных объемов перевозок при относительно большой их дальности (свыше 4—5 км); малая зависимость от климатических условий,

Средства железнодорожного транспорта включают путь и подвижной состав.
 

Железнодорожные пути на карьерах делят на временные и постоянные.

К временным путям относятся все пути, размещаемые на рабочих площадках уступов в карьере и на отвале. В процессе развития горных работ эти пути периодически передвигаются. Процесс перемещения путей является тяжелым и трудоемким. Для механизации этих работ применяются в основном краны на железнодорожном ходу.

К постоянным путям относятся пути, проложенные по поверхности, в капитальных траншеях и на транспортных бермах. Железнодорожный путь характеризуется размером колеи (на карьерах размер колеи 1520 мм) и состоит из нижнего и верхнего строения. Нижнее строение представлено земляным (породным) полотном и является основанием железнодорожного пути. Верхнее строение пути состоит из балласта, шпал, рельсов со скреплениями и противоугонами. Материалами для балласта служат щебень размером 20—70 мм, галька, гравий и крупнозернистый песок.

Подвижной состав железнодорожного транспорта включает вагоны (полувагоны) и локомотивы. Для транспортирования горной массы в карьерах применяют полувагоны (открытые вагоны) типа гондолы, думпкары грузоподъемностью 85—180 т с вместимостью кузова до 70 м3, для доставки материалов и оборудования платформы В качестве локомотивов на карьерах используют электровозы, тяговые агрегаты, состоящие из электровоза управления, дизельной секции и нескольких моторных думпкаров, и тепловозы.

Автомобильный транспорт применяется главным образом в карьерах малой и средней производственной мощности (до 10 млн. т горной массы в год). Основные достоинства этого вида транспорта — невысокие требования его к плану и профилю пути, незначительные радиусы кривых (не свыше 25 м); и повышенные допустимые подъемы (до 100—120 %о). Автомобильный транспорт больше других пригоден для карьеров с малым сроком службы, сложными условиями залегания, особенно при небольших расстояниях перевозок.

Надежность и эффективность работы автомобильного карьерного транспорта зависят от качества автодорог. Автомобильная дорога (рис. 20.3) состоит из земляного полотна, дорожного покрытия, образующего проезжую часть дороги, водоотводных сооружений и двух обочин.

Земляное полотно автомобильных дорог сооружается в виде насыпей, выемок и т. д. Его ширина складывается из ширины проезжей части и обочин шириной по 1—2 м. Ширина проезжей части при однополосном движении составляет 3,5—4 м, при двухполосном — 7—8 м.

Дороги на поверхности и в капитальных траншеях — постоянные, они имеют специальное дорожное покрытие, дороги на рабочих площадках уступов и на отвалах — временные.

Для постоянных дорог наиболее распространено щебеночное покрытие, обработанное вязкими битумами, на искусственном основании из песчаника, известняка, отходов обогатительных фабрик и т. д. На дорогах с интенсивным движением дорожное покрытие устраивается из бетонных плит. На временных дорогах дорожное покрытие обычно не устраивают, а ограничиваются профилированием их бульдозерами с последующей укаткой дорожными катками.

В качестве подвижного состава при автомобильном транспорте на карьерах применяют автосамосвалы и полуприцепы.

Полуприцепы перемещаются тягачами, создаваемыми на базе автосамосвалов, и имеют различные схемы разгрузки.



Эффективность использования автотранспорта в значительной степени зависит от соотношения вместимости кузова автосамосвала Va и ковша экскаватора Е, схемы подъезда автосамосвала к забою и установки его у экскаватора.
 

При конвейерном транспорте из всех известных типов конвейеров (ленточные, ленточно-канатные, ленточно-цепные и
пластинчатые) на карьерах наибольшее применение получили ленточные конвейеры с тканевыми многопрокладочными лентами. Для мощных стационарных конвейеров, как правило, применяются резинотросовые ленты, в которых вместо прокладок используются стальные тросы диаметром 2,5—10 мм.

Ширина ленты конвейера зависит от его производительности и кусковатости транспортируемых пород и находится в пределах 400—3600 мм. Транспортирование крупных кусков тяжелых пород быстро выводит конвейерную ленту из строя, поэтому размер кусков обычно не превышает 500 мм.

Скорость движения конвейерной ленты выбирается с учетом физико-механических свойств транспортируемых пород, ширины ленты и изменяется в пределах 0,7—6 м/с.

Допустимый угол подъема также зависит от физико-механических свойств транспортируемых пород и при транспортировании рыхлых пород, раздробленных скальных пород и гравия составляет соответственно 20—22, 16—18 и 13—15°. Допустимый угол наклона конвейера при спуске на 2—3° меньше допустимого угла при подъеме.

На карьерах конвейерный транспорт применяется для транспортирования рыхлых и мягких пород, а также раздробленных скальных и полускальных пород.
 

При конвейерном транспорте из всех известных типов конвейеров (ленточные, ленточно-канатные, ленточно-цепные и
пластинчатые) на карьерах наибольшее применение получили ленточные конвейеры с тканевыми многопрокладочными лентами. Для мощных стационарных конвейеров, как правило, применяются резинотросовые ленты, в которых вместо прокладок используются стальные тросы диаметром 2,5—10 мм.

Ширина ленты конвейера зависит от его производительности и кусковатости транспортируемых пород и находится в пределах 400—3600 мм. Транспортирование крупных кусков тяжелых пород быстро выводит конвейерную ленту из строя, поэтому размер кусков обычно не превышает 500 мм.

Скорость движения конвейерной ленты выбирается с учетом физико-механических свойств транспортируемых пород, ширины ленты и изменяется в пределах 0,7—6 м/с.

Допустимый угол подъема также зависит от физико-механических свойств транспортируемых пород и при транспортировании рыхлых пород, раздробленных скальных пород и гравия составляет соответственно 20—22, 16—18 и 13—15°. Допустимый угол наклона конвейера при спуске на 2—3° меньше допустимого угла при подъеме.

На карьерах конвейерный транспорт применяется для транспортирования рыхлых и мягких пород, а также раздробленных скальных и полускальных пород.
 

Отвалообразование вскрышных пород и складирование полезного ископаемого. Насыпь, образующаяся в результате складирования вскрышных пород, называется отвалом, а совокупность работ по размещению вскрышных пород в отвал — отвальными работами

Отвалообразование является завершающим этапом в технологической цепи производства вскрышных работ. От четкого и безаварийного выполнения отвальных работ в значительной степени зависят технико-экономические показатели работы горного и транспортного оборудования и всего карьера в целом.

Отвал вскрышных пород имеет форму неправильной усеченной пирамиды и характеризуется следующими параметрами: высотой и числом уступов (ярусов), углом откоса уступов (30—40°), результирующим углом откоса отвала, приемной способностью, длиной и способом перемещения отвального фронта работ (параллельный, веерный, криволинейный), размерами в плане и др.

При железнодорожном транспорте наибольшее применение на отвальных работах имеют мехлопаты, производительность которых при укладке пород в отвал на 10—15% выше, чем при работе в карьере
 

В зависимости от места расположения отвалов различают внутренние (расположенные внутри контура карьера) и внешние отвалы. Внутренние отвалы можно использовать только при горизонтальном залегании полезного ископаемого, они предпочтительнее внешних. При выборе места расположения внешних отвалов руководствуются следующими положениями: отвалы должны располагаться по возможности ближе к карьеру; подступы к отвалам должны быть удобными и не иметь крутых подъемов и спусков;

под отвалами не должно быть запасов полезного ископаемого, пригодных к разработке открытым способом в ближайшее время.

В первую очередь под отвалы следует занимать площади, непригодные или малопригодные для использования в сельском хозяйстве.

Рекультивация нарушенных земель. Как указывалось, один из недостатков открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых — изъятие и нарушение земель, пригодных для сельскохозяйственного, лесохозяйственного и других видов использования.

В связи с этим к технологии горных работ наряду с экономичностью и безопасностью предъявляются требования по рациональному использованию земель:

добыча полезных ископаемых должна быть наименее землеемкой, т. е расход земельных ресурсов на единицу добытого минерального сырья должен быть минимальным;

при строительстве и эксплуатации карьера режим нарушения и восстановления земель должен быть наиболее благоприятным, т. е. разрыв во времени между нарушением и восстановлением земель должен быть минимальным, а основная часть нарушений (особенно плодородных участков) должна переноситься на более поздний период разработки;

формирование выработанного пространства и отвалов пустых пород должно отвечать требованиям рекультивации

согласно принятому направлению дальнейшего использования земель после их восстановления.

Рекультивация земель, нарушенных открытыми горными работами, предусматривает проведение комплекса работ, направленных на восстановление народнохозяйственной ценности этих земель, создание сельскохозяйственных и лесных угодий, водоемов, зон отдыха и др.

Различают горнотехническую и биологическую рекультивацию. Горнотехническая рекультивация осуществляется горным предприятием и включает формирование отвалов, выемку, складирование и хранение плодородной почвы, придание откосам удобной формы, покрытие отвалов плодородным слоем, проведение мелиоративных и других мероприятий.

Необходимым условием успешного решения задачи рекультивации является планирование нарушенной поверхности. Планировке подлежит поверхность внутренних и внешних отвалов. Она проводится в две очереди: первичная выполняется в период формирования отвалов, а вторичная — через 1—2 года с целью устранения возникающих неровностей после усадки отвала.

Почвенный слой на рекультивируемую поверхность наносится после усадки и планировки отвала.

Выработанное пространство карьера, являясь нарушенной поверхностью, также требует рекультивации. Это пространство может быть использовано для создания искусственных водоемов, разведения рыб и организации зоны отдыха для трудящихся и др.