Подготовительные работы в карьере

После выделения разведенного участка месторождения полезно­го ископаемого под разработку карьера приступают к выполнению определенного комплекса работ, называемых подготовительными. Выбор места для организации карьера имеет большое значение. От этого зависят сумма капитальных вложений для освоения карье­ра, объем подготовительных работ и необходимые сроки ввода его в эксплуатацию, качество и стоимость продукции во время эксплуа­тации.

На каждое разрабатываемое месторождение должна быть сос­тавлена геологическая документация — геологический паспорт (план и схема привязки месторождения, геологические разрезы с условными обозначениями, таблица подсчета запасов, данные лабораторных испытаний, краткая характеристика месторож­дения).

До начала строительства карьера должны быть оформлены в установленном порядке документы па горный отвод и отвод земельных участков. В проекте разработки карьера должны быть преду­смотрены: система разработки и режим работы карьера, вид транс­порта, схема установки дробильно-сортировочного оборудования, схема подъездных путей и складов, мероприятия по технике безо­пасности, а также мероприятия в соответствии с требованиями «Основных положений по восстановлению земель, нарушенных при разработке месторождений полезных ископаемых, проведению геологоразведочных, строительных и иных работ», утвержден­ных Госстроем СССР, Минсельхозом СССР и Гослесхозом СССР.

При производстве работ в карьерах необходимо выполнять тре­бования, предусмотренные «Едиными правилами безопасности при взрывных работах», утвержденными Госгортехпадзором СССР.

До начала основных работ по добыче материалов, кроме общестроительных подготовительных работ (устройство подъездных пу­тей, очистка территории от леса и кустарников и др.), должны вы­полняться горноподготовительные работы (вскрышные работы, устройство капитальной и разрезной траншей, нарезка уступов и др.), объем и последовательность которых устанавливаются про­ектом.

Растительный слой грунта на площади, занимаемой карьером и отвалами пустых пород, следует снимать (в талом состоянии), складировать и хранить его для использования при восстановлении нарушенных при разработке карьера земель пли повышении пло­дородия малопродуктивных угодий (рекультивация земель).

Рекультивация земель должна производиться в два этапа: тех­нический и биологический. В технический этап входят уположение откосов уступов, обратная надвнжка растительного грунта и его планировка.

В биологический этап рекультивация входит укрепление всей поверхности засевом многолетних трав с прикаткой грунта.

Вскрышные работы.

При разработке мягких, полускальных и скальных вскрышных пород чаще всего применяют экскаватор механическая лопата и только на мягких породах экскаватор драглайн с погрузкой вскрышных пород в транспортные средства. Работа экскаватора непосредственно в отвал требует особых условий.

При выборе экскаватора и организации работ особое значение имеют радиус и высота черпания, и разгрузки ковша.

Величина приведенных коэффициентов меняется в зависимости от условий работы и квалификации машиниста экскаватора. Особое значение для повышения производительности экскаватора имеет увеличение количества циклов экскавации в минуту.

Рабочий цикл экскавации состоит из операций: набор породы в ковш во время его движения по забою; вывод ковша из забоя и подъем рукояти экскаватора вверх на высоту, достаточную для погрузки транспортных средств или для разгрузки ковша в отвал; поворот стрелы к месту разгрузки ковша; установка ковша в по­ложение разгрузки; разгрузка ковша; установка ковша после раз­грузки в положение разворота его к забою; поворот стрелы экска­ватора на подошву забоя.

Время, необходимое для выполнения всех перечисленных опе­раций, равно 0,2—0,5 мин и называется рабочим циклом экскавации.

На повышение скорости выполнения отдельных операции влия­ет ряд моментов — состояние машины, характер разрабатываемых пород, расстояние установки экскаватора от транспортного пути, угол поворота экскаватора при работе ит. д. Уменьшение продол­жительности цикла может быть вызвано совмещением отдельных операций, например первых двух. Для создания необходимых усло­вий совмещения операций следует стремиться кснижению высоты транспортных средств.

Основная операция в рабочем цикле экскаватора — набор по­роды в ковш, занимающий 4(М-50% времен» всего цикла. Правиль­ное выполнение этой операции не только уменьшает продолжи­тельность цикла, но и увеличивает коэффициент наполнения ковша, поэтому можно совмещать ее с выводом ковша из забоя.

Угол поворота в основном зависит от расположения экскавато­ра в отношении забоя и транспортных средств. Поэтому в конце черпания желательно, чтобы радиус черпания был равен 0,7-0,9 максимального радиуса резания; движение рукояти должно про­исходить в пределах 1/3-1/2 длины зубчатой рейки; расстояние между осью движения экскаватора и транспортных средств следует устанавливать на 0,25-0,75 м. меньше конструктивной величины радиуса загрузки; погрузочные пути следует укладывать, а авто­мобили подавать как можно ближе к забою.

Чтобы частично уменьшить влияние угла поворота на произво­дительность экскаватора, следует в интервалах между подачей транспортных средств под погрузку набирать породу при наиболь­шем угле поворота.

На производительность экскаватора влияет и коэффициент на­полнения ковша, который зависит от характера породы, ее вязкос­ти, кусковатости, от высоты уступа и техники черпания, а также от квалификации машиниста экскаватора. Во время работы экскава­тора необходимо, чтобы черпание было окончено и момент напол­нения ковша.

Для нормального наполнения ковша необходимо, чтобы высота забоя для легко- и среднеразрабатываемых пород составляла 0,65 h, а для трудноразрабатываемых и скальных пород была при­мерно h (h - вертикальное расстояние от горизонта установки экс­каватора до его напорного вала).

Все перечисленные факторы, влияющие на производительность экскаватора, должны уточняться в зависимости от конкретных ус­ловий.

Бестранспортная система разработки вскрышных пород может применяться при разработке песчаногравинных месторождений, на которых отсутствие взрывных работ сокращает необходимое опе­режение вскрышного уступа.

Технологические схемы с перевалкой вскрышных пород в выра­ботанное пространство характеризуются жесткой взаимосвязью вскрышных и добычных работ, поэтому применение их ограничено в случае, когда полезное ископаемое отличается качественными показателями, при которых обязательна раздельная добыча.

Простая технологическая схема с непосредственной перевалкой вскрышных пород в выработанное пространство может быть осу­ществлена с установкой драглайна на кровле вскрышного уступа. При этом возможны следующие схемы организации работ.

 1. Одним блоком с одним выездом. Вскрышной экскаватор на­ходится впереди добычного; опережение определяется необходимой величиной подготовленных запасов и требованиями безопасности. После отработки каждой заходкн экскаваторы холостым ходом возвращаются в исходное положение.

2. Одним блоком с двумя выездами. Вскрышной экскаватор мо­жет работать впереди или позади добычного. Рабочий ход экскава­торов происходит в обоих направлениях, но в конце каждой заход­кн экскаваторы простаивают.

3. Двумя блоками с одним центральным выездом. Вскрышные работы ведутся попеременно в каждом блоке от выезда к грани­цам блока. После отработки каждого блока вскрышной и добыч­ный экскаваторы холостым ходом возвращаются в исходное поло­жение.

4. Двумя блоками с двумя фланговыми выездами. Вскрышные и добычные работы производятся поочередно в каждом блоке, экс­каваторы после отработки блока холостым ходом возвращаются в исходное положение — к середине фронта работ.

5. Двумя блоками с одним центральным и двумя фланговыми выездами. Добычный экскаватор имеет рабочий ход в обоих нап­равлениях. Вскрышной экскаватор возвращается в исходное поло­жение (от флангов к центру) холостым ходом.

Из перечисленных схем  предпочтительны две по­следние, обеспечивающие возможность независимости работы по вскрыше и полезному ископаемому.

Для сокращения времени на простои и холостые переходы экс­каваторов следует принимать наибольшую ширину заходки, опти­мальная ширина которой для драглайна должна быть в пределах 50-75% максимального радиуса их разгрузки.

Кроме механический лопаты и драглайнов, при разработке мягких вскрышных пород могут применяться скреперы и бульдо­зеры. Область применения скреперов определяется следующими условиями: категория грунта — I-IV по ЕНиРу с незначительным включением крупнообломочного материала; ориентировочные рас­стояния перемещения пород: для прицепных скреперов с объемом ковша 2,25 м³ — 250 м; 6-6,5 м³ — 350 м; 15 м³ - 1 км; для самоходных скреперов с объемом ковша 15-40 м³ - 2,5 км; влажность пород не более 15—20%; сезон работы — теплое время года. Во из­бежание несчастных случаев следует допускать работу скреперов при условии, что продольный уклон местности не будет превышать 10°, а поперечный— 18°. Уклон пути при движении скрепера с гру­зом не должен превышать 14° и при движении без груза — 24°.

В настоящее время получили широкое распространение само­ходные скреперы объемом ковша 10-15 м³ с дизельными двигате­лями и скоростью движения 30-^60 км/ч. Они достаточно маневренны и развивают большое тяговое усилие.

Рабочий процесс колесного скрепера состоит в следующем. При подходе скрепера к месту выемки породы ковш опускается в забой, и при движении нож ковша срезает стружку породы толщиной 0,1-0,3 м, заполняя ковш. Путь наполнения ковша не должен пре­вышать 30 м.

Наполненный ковш поднимается и в таком положении транспор­тируется к месту разгрузки.

Длительность и путь загрузки скрепера зависят от типа породы и глубины внедрения в нее режущей кромки ковша. В рыхлых и мягких песчаных породах толщина стружки допускается до 30 см, в среднеплотных и плотных глинистых породах —до 15 см. При разработке особо плотных пород к ножу ковша прикрепляют один — три рыхлительных зуба шириной по 0,2 м. Иногда для этой цели используют навесные тракторные рыхлители.

  Технологические схемы скреперных работ зависят от их назна­чения и объема, взаимного расположения мест заполнения ковша и его разгрузки, рельефа местности, свойств пород, способа выемки и др. Движение колесных скреперов может происходить по схемам: эллиптической, восьмеркой, челночной, зигзагами.

Эллиптическая схема движения скреперов применяется при любой мощности вскрышных пород поперечным их перемеще­нием, когда вскрываемые площади расположены параллельно пло­щади отвала. Экскавация породы и разгрузка осуществляются на прямолинейных участках движения.

Схема движения восьмеркой применяется при проведении траншей, когда возможны поперечное транспортирование и скла­дирование породы на борт параллельно фронту работ.

Челночная схема движения скрепера применяется при раз­работке вскрыши небольшой мощности и широких участках, когда отвалы можно располагать па обоих бортах карьера.

Схема движения скрепера зигзагами применяется при раз­работке узких участков большой длины со значительной мощностью вскрышных пород, а также при гюоходке траншей большой длины.                

При разработке вскрышных пород по перечисленным технологи­ческим схемам различают выемку горизонтальными слоями с за­полнением ковша на горизонтальномучастке и выемку наклонны­ми слоями с заполнением ковша скрепера под уклон или на подъем. При выемке горизонтальными слоями отвал насыпается равномер­ными слоями, постепенно достигая полной высоты. При выемке на­клонными слоями наращивание отвалов последовательное, время загрузки ковша на 20-30% меньше, чем при выемке горизонталь­ными слоями. В рыхлых и легких породах загрузку скрепера реко­мендуется производить на подъем. Если выемка наклонными слоя­ми применяется на вскрышных работах, то направление перемеще­ния фронта может быть перпендикулярным к направлению движе­ния добычных работ или совпадать с ним.

На вскрышных работах основное время (70-80 %) приходится на движение скрепера с грузом и без груза. Оно зависит от пара­метров карьера, места складирования вскрышных пород и скорости движения скрепера. Параметры отвалов и место их расположения определяют рентабельность скреперных работ.

Использование бульдозеров при производстве вскрышных работ особенно распространено на временных притрассовых карьерах. Это объясняется небольшой производительностью карьера, малым по протяженности фронтом работ и возможностью расположения отвалов по обе стороны карьера.

При правильной организации работ максимальная производи­тельность бульдозера достигается при мощности вскрышных пород 1,7-1,5 м и дальности транспортирования до 100 м.

По мощности базового трактора бульдозеры можно разделить на легкие, средние и тяжелые; по устройству ходовой части на гу­сеничные и пневматические; по способу установки отвала — на не­поворотные и поворотные (универсальные).

По характеру движения бульдозера к месту разгрузки и обрат­но возможны челноковая и кольцевая схемы. При челноковой схе­ме бульдозер возвращается в забой задним ходом. При кольцевой схеме бульдозер к месту работ возвращается прямым ходом, разво­рачиваясь на месте разгрузки на 180°. Кольцевую схему целесооб­разно применять при расстоянии транспортирования более 50 м и использовании бульдозеров с небольшой скоростью заднего хода. Для бульдозеров на базе тракторов Т-130 и ДЭТ-250 рекомендует­ся применять челноковую схему, так как скорость заднего хода у них больше или равна скорости переднего хода.

При выполнении вскрышных работ различными машинами кров­ля полезного ископаемого полностью не обнажается, и на ней ос­таются породы вскрыши. Работы по съему этих пород в карьерах носят название довскрыши. Работы довскрыши возникают по раз­ным причинам: часть пород вскрыши не разрыхляется машинами; при гидроразработке на кровле остается недомыв; при устройстве автомобильных дорог; вследствие просыпания части вскрышных по­род при их погрузке в транспортные средства, установленные на кровле полезного ископаемого.

Объем пород довскрыши зависит от многих факторов: рельефа кровли полезного ископаемого; применяемого типа машин при раз­работке вскрыши; способа погрузки в транспортные средства; ква­лификации обслуживающего персонала.