Этапы и производственные процессы открытой разработки

(Этапы открытой разработки месторождений, их содержание и назначение. Основные производственные процессы открытых горных работ, сущность, назначение и средства механизации)

Разработка МПИ открытым способом включает четыре этапа

Первый этап – подготовительный. Цель горных работ этого этапа – создать благоприятные условия для безаварийной и высокопроизводительной работы горного и транспортного оборудования.

Задачи этого периода:

– подготовка поверхности месторождения к горным работам;

– осушение месторождения и ограждение его от вод поверхностного стока.

Подготовка поверхности заключается в удалении естественных и искусственных препятствий, мешающих разработке месторождения. В этот период, обычно, требуется: - вырубить лес и кустарник, удалить торф и плодородный слой земли, отвести поверхностные воды, осушить водоемы, снести здания и сооружения на площади карьера, подготовить место для размещения отвалов пустых пород, подвести к карьеру железную и шоссейные дороги, линии электропередачи и водоснабжения, построить производственные, служебные и жилые помещения.

Осушение месторождения выполняют в целях придания большей устойчивости откосов уступов, предотвращения оползней пород в бортах карьера, создания благоприятных и безопасных условий для работы людей, машин и транспортных средств в карьере.

Второй этап – строительный. В этот период осуществляются работы по удалению покрывающих и вмещающих пород для обеспечения доступа к полезному ископаемому и систематического производства вскрышных и добычных работ. В этот период проводят капитальные и разрезные траншеи и создают устойчивый фронт добычных и вскрышных работ. Этот период иногда называют горно-капитальным так, как в этот период создаются основные фонды предприятия. Финансовые затраты этого периода носят название – первоначальные капитальные затраты. По окончании строительного периода карьер сдается в эксплуатацию и начинает функционировать как хозрасчетная производственная единица. При разработке крутопадающих месторождений, работы по подготовке новых горизонтов (проходка траншей, съездов), обеспечивающих транспортную связь вскрываемого горизонта с лежащими выше, также относятся к горно-капитальным.

Третий этап – эксплуатационный. Горные работы этого периода заключаются в систематическом удалении вскрышных пород в объемах обеспечивающих требуемую длину фронта очистных, и ведении очистные работ в объемах, соответствующих требованиям плана добычи по объему и качеству полезного ископаемого.

Четвертый этап – период погашения горных работ. Характеризуется постепенным завершением горных работ на вскрышных и добычных горизонтах в связи с погашением запасов, демонтажем горного оборудования и транспортных коммуникаций. В этот же период выполняются работы по рекультивации земель, нарушенных горными работами.

Во всех периодах работы карьера основными работами являются горно-капитальные, вскрышные и добычные работы. Целью этих работ является выемка определенного объема пород из массива, а содержание работ по выемке пород - рядом характерных производственных процессов выполнение которых требует определенной технологии и специальных средств механизации.

3.1. ОСНОВНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЕ ПРОЦЕССЫ ОТКРЫТЫХ РАБОТ

Основными производственными процессами открытых горных работ являются:

- подготовка горных пород к выемке;

- выемочно-погрузочные операции;

- перемещение горной массы;

- отвалообразование вскрышных пород;

- складирование добытого полезного ископаемого.

Процесс подготовки горных пород к выемке включает широкий перечень мероприятий, направленных на изменение естественного состояния горных пород с целью обеспечения эффективной их выемки. В практике открытых горных работ при подготовке горных пород к выемке наибольшее распространение нашел буровзрывной способ, предназначенный для отделения полускальных и скальных пород от массива и дробления их до кусков заданных размеров.

Выемочно-погрузочные операции предназначены для извлечения горной массы непосредственно из массива или из навала и погрузки их в транспортные средства. Выемка и погрузка обеспечивается одной машиной.

Процесс перемещения горной массы состоит в организации четкой и бесперебойной работы транспортных средств обеспечивающих своевременную перевозку значительных объемов в пределах карьера и за его пределами.

Отвалообразование вскрышных пород и складирование добытого полезного ископаемого заключается в приеме и размещении горной массы и полезного ископаемого на специально отведенных площадях при соблюдении безопасных условий труда и высокопроизводительной работы горного и транспортного оборудования.

3.2. СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ

Подготовка горных пород к выемке проводится с целью создания технической возможности и наилучших условий для выполнения последующих процессов выемки и погрузки горной массы, транспортирования, отвалообра зования и переработки.

В зависимости от типа и состояния пород подготовка их к выемке может осуществляться: - предохранением от промерзания, оттаиванием, гидравлическим ослаблением или разупрочнением, - механическим или взрывным рыхлением мерзлых мягких и плотных пород, - механическим рыхлением или взрывание на сотрясение плотных пород, - взрывнм рыхлением скальных и полускальных пород.

3.2.1. ПРЕДОХРАНЕНИЕ ОТ ПРОМЕРЗАНИЯ И ОТТАИВАНИЕ ПОРОД

Подготовка горных пород к выемке в зимних условиях включает комплекс мероприятий по предотвращению промерзания пород, рыхление мерзлых пород и приведение их в талое состояние. Обычно карьерные мехлопаты с ковшом емкостью 4 м³ могут разрабатывать без предварительного рыхления слой мерзлой породы мощностью 0,5-0,7. Бульдозерами, скреперами и цепными многоковшовыми экскаваторами в большинстве случаев невозможно или нерационально разрабатывать мерзлые породы без их предварительного рыхления.

Для предохранения от промерзания применяют: - вспашку; обычное (до 40-50 см) и глубокое (до 1- 1,3 м) рыхление; боронование на глубину до 20 см; утепление теплоизоляционными материалами, снеговым или искусственным ледовоздушним покровом; химическую обработку антикриогенами; специальные навесы и тепляки.

Оттаивание пород осуществляют паром, горячей водой или газами, глубинным или поверхностным электрообогревом, поверхностным пожогом и т.п. При глубинном электрообогреве электроды размещают в шпурах, пробуренных на глубину промерзания на расстоянии 0,5-0,7 друг от друга и пропускают электрический ток. Расход эл. энергии на оттаивание 1 м³ пород составляет от 8-10 до 20 кВт.ч. При поверхностном электрообогреве электроды в виде металлических полос или сетки располагают на поверхности оттаиваемого участка. Питание осуществляется от высокочастотного генератора.

При оттаивании применяют стальные трубы внутренним диаметром 19-22 мм и длиной 1,5-3 м, которые помешают в шпуры при расстоянии между ними 2-2,5 м или забивают в породу по мере её оттаивания. Продолжительность оттаивания 4-6 ч при расходе пара 24-27 кг на оттаивание 1 м³ породы. Аналогично осуществляется оттаивание горячей и холодной водой. Паро- и гидрооттаивание широко применяют при разработке многолетнемёрзлых пород.

Сущность оттаивания поверхностным пожегом заключается в сжигании слоя угля, торфа или дров на поверхности мерзлых пород. Примерный расход на оттаивание 1 м³ породы составляет: - уголь – 30-60 кг, торф – 120-140 кг, дрова – 0,14-0,17 м³. Применяют для оттайки глин в небольших объемах.

Химическая обработка хлористыми солями калия или натрия применяется для оттайки песчано-глинистых пород после их предварительной планировки и рыхления на глубину 20-30 см.

3.2.2. МЕХАНИЧЕСКОЕ РЫХЛЕНИЕ.

Предварительное механическое рыхление осуществляют прицепными или навесными рыхлителями, которые монтируются на мощном тракторе тягаче (Рис.4.1)

Рыхление массива производится параллельными смежными ходами рыхлителя. Расстояние С между смежными ходами определяется по условию обеспечения требуемой кусковатости и эффективной глубины h _э рыхления, которая меньше величины заглубления зуба h _з, так как между смежными ходами в нижней части сечения образуются зоны неразрыхленной породы.

Величина заглубления рыхлителя h _з у мощных рыхлителей может достигать 2 ¸ 2,5 м. Рыхлители могут иметь до 5 зубьев. Для подготовки плускальных применяют однозубчатые рыхлители, в плотных породах – многозубчатые.

Величина С находится в пределах 110-160 см. Для увеличения глубины h _э и обеспечения лучшей кусковатости горной массы применяют дополнительные перекрестные ходы. Расстояние между дополнительными ходами С^' = (1,2 ¸ 1,5) С. Угол наклона стенок борозды 40 ¸ 60^°.

Механическое рыхление эффективно при разработке пород с f = 1 ¸ 3 независимо от трещиноватости; с f = 4 ¸ 5 при сильной и средней трещиноватости, с f = 6 ¸ 8 при весьма сильной трещиноватости.

Часовая производительность рыхлителей в легкорыхлимых породах может достигать 1200 м³.

Рыхлители используют в комплексе со скреперами, бульдозерами и одноковшовыми погрузчиками, которые производят послойную выемку горной массы в слоистых горных массивах, например угольных пластов с удалением глинистых и слабых прослойков в отвал.

Рыхлители по мощности тягачей подразделяют на сверхмощные (мощность двигателя свыше 220 кВт), мощные (110 ¸ 220 кВт), средней мощности (58 ¸ 110 кВт), легкие (до 58 кВт) с тяговым усилием тракторов соответственно 300 и более, 200¸300, 130¸200 и до 130 кН (табл. 1 и 2)

Технические характеристики отечественных рыхлителей

Показатель	Рыхлитель
ДП-26С	ДП-22С	ДП-9ВХЛ	ДП-10С	ДП-29АХЛ	ДЗ-141ХЛ	ДП-35УХЛ
Базовый трактор	Т-130.1.Г-1	Т-180КС	ДЭТ-250М	Т-330	ТТ-330Р-1-01	Т-500Р-1	Т-50.01
Мощность двигателя, кВт
Тяговый класс, кН	(100)	(150)	(250)	(350)	(750)
Число зубьев		1;3		1;3
Расстояние между осями зубьев, мм	-		-		-	-	-
Ширина наконечника зуба, мм					120-125	125-130
Глубина рыхления, мм
Угол рыхления, градус					45-50	25-50	30-83
Масса рыхлительного оборудования, т	1,4	3,1	3,9	5,4	6,6	7,0	12,7

Технические характеристики гусеничных бульдозеров с рыхлителем, фирма «Катерпиллер» США

Показатели	Тип бульдозера
D8L	D9N	D10N	D11N
Мощность двигателя, кВт
Отвал:
тип	SU	SU/U	U/S	SU/U
длина, м	4,17	4,32/4,66	4,86/5,25	5,6/6,4
высота, м	1,77	1,81	2,05	2,31
вместимость, м3	11,0	11,9/14,4	17,2/20,9	25,6/32,4
заглубление, м	0,61	0,62	0,67	0,77
просвет, м	1,29	1,37	1,56
Рыхлитель:
сила заглубления, кН
максимальное заглубление, м	1,16	1,23	1,37	1,61
Масса с отвалом и рыхлителем, т	47,9	53,9	74,4	120,6
Примечание: S – прямой отвал; U – универсальный; SU – полууниверсальный.