РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

СИСТЕМЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. Классификация систем открытой разработки

Системой открытой разработки месторождения называют безопасные и экономичные способы осуществления определенного комплекса вскрышных, добычных и других горных работ, обеспечивающие плановую производительность карьера при рациональном использовании запасов месторождения.

Основные производственные процессы открытой разработки месторождений, совокупность которых определяет технологию горного производства, включают отбойку и погрузку горной массы, транспортирование и разгрузку ее. Преобладающее значение в производственном процессе принадлежит вскрышным работам, как наиболее трудоемким и, как правило, имеющим наибольший объем

В основу наиболее распространенных классификаций систем открытой разработки положены следующие признаки способ перемещения пустых пород в отвалы (классификация проф Е. Ф. Шешко);

способ производства вскрышных работ (классификация акад. Н В Мельникова,  25).

Классификация систем разработки, а также их сравнительная технико-экономическая оценка преследует цель установления степени их экономической эффективности, условий и области их рационального применения.

В последние годы в угольной промышленности значительное распространение получили такие наиболее прогрессивные системы разработки, как бестранспортная и транспортно-отвальная В перспективе с развитием мощной и высокопроизводительной техники непрерывного действия будет высокими темпами развиваться транспортная система разработки с применением конвейерного транспорта

Бестранспортные системы разработки

При этих системах разработки вскрышные породы перемещаются во внутренние отвалы экскаваторами — механическими лопатами и драглайнами.

Область применения этих систем:

горизонтальное или пологое залегание полезного ископаемого; мощность полезного ископаемого не более 10—15 м\ мощность покрывающих пород не более 20—35 м. В Советском Союзе бестранспортная система разработки применяется на угольных карьерах комбината Дальвостуголь (Райчи- хинское месторождение) треста Черемховуголь, а также на мар- ганцеворудных карьерах Украины (Александровский, Богданов- ский, Марьевский, Ноюселовсжий карьеры и др.).

Если в 1940 г. яа всех угольных карьерах по бестранспортной системе разработки было удалено только 0,42 млн. м3 вскрышных пород, или 4,4%, ТО в 1957 г. уже 69,17 млн. м3, или 26,1%. Удельный вес бестранспортных систем разработки в 1961 г. составил 31,3%.

На угольных карьерах США 'подавляющая часть вскрышных работ выполняется ло бестранспортной системе.

Достоинствами бестранспортных систем разработки являются, низкая себестоимость вскрышных работ (в 2—5 раз меньше, чем при транспортной системе);

высокая производительность труда рабочих на вскрышных работах;

относительно невысокая металлоемкость оборудования. Основным недостатком бестранспортной системы разработки является ограниченность применения, обусловленная залеганием, мощностью пласта и покрывающих вскрышных пород.

При бестранспортной системе разработки на выемке и перемещении пород вскрыши в отвалы применяются экскаваторы с большими рабочими размерами.

Наибольшее распространение при бестранспортных системах разработки получили шагающие драглайны (ЭШ-14/75, ЭШ-15/90, ЭШ-10/60 и ЭШ-5/45) и реже механические лопаты типов ЭВГ-6 и ЭВГ-15.

Бестранспортные системы разработки в зависимости от способа укладки породы в отвал подразделяются на- простые и усложненные. При простых системах выемка и укладка породы производятся экскаватором непосредственно в постоянный отвал При усложненной бестранспортной системе часть или вся вынутая порода укладывается во временные отвалы с последующей переэкскавацией ее (перелопачиванием) в постоянный отвал этим же или специально предназначенным экскаватором

Простая бестранспортная система разработки

В зависимости от типа применяемого экскаватора и горизонта его установки различают следующие варианты простой бестранспортной системы

установка драглайна на кровле вскрышного уступа с отработкой одним уступом нижнего черпания;

установка драглайна на промежуточной площадке с отработкой двумя подуступами нижнего и верхнего черпания;

установка вскрышной механической лопаты на кровле пласта полезного ископаемого.

Схема разработки вскрыши драглайном в один уступ. При этой схеме драглайн, установленный на верхней площадке уступа, перемещает породу из вскрышной заходки в отвал, расположенный в выработанном пространстве (рис 64). Перемещаясь вдоль фронта, экскаватор вынимает вскрышную заходку по всей длине карьерного поля.

Ширина заходки А зависит от высоты уступа Ну и радиуса разгрузки драглайна. 132

Вскрытая драглайном полоса 'полезного ископаемого зачищается бульдозером от остатков -вскрышных пород, после чего осу« ществляется выемка вскрытого полезного ископаемого специальным добычным экскаватором. При этом по условиям безопасности минимальное расстояние между вскрышным и добычным экскаваторами (вскрышное опережение) должно быть больше суммы радиусов действия добычного и вскрышного экскаваторов.

Рабочий ход драглайна может осуществляться в одном направлении (в этом случае производится холостая перегонка его к первоначальному положению) или в двух направлениях—в прямом и обратном. В последнем случае неизбежны простои вскрышного экскаватора в ожидании отработки добычной заходки. Для уменьшения непроизводительных простоев вскрышного экскаватора ширину заходки и длину карьера принимают таким образом, чтобы очередные ремонты экскаваторов производить в момент окончания заходки.

Ширину заходки по полезному ископаемому принимают равной или кратной ширине вскрышной заходки. В качестве добычного экскаватора применяют механические лопаты. Транспортные сосуды подаются чаще по

верхней площадке добычного уступа (кровле пласта), но возможна подача их и по почве пласта полезного ископаемого.

На вывозке из карьера полезного ископаемого чаще приме^- няется автомобильный и реже железнодорожный и конвейерный транспорт.

Схема разработки вскрыши драглайном двумя подуступами. В этом случае драглайн устанавливают на промежуточном горизонте ( 65) и разрабатывают первый подуступ верхним черпанием, а второй нижним черпанием. Такое расположение драглайна позволяет при одних и тех же рабочих размерах драглайна увеличить на 30—40% высоту разрабатываемого по бестранспортной системе вскрышного уступа. Однако при этом надо учитывать, что при верхнем черпании драглайн работает менее производительно, чем при нижнем черпании. Практикой установлено, что если высота подуступа, разрабатываемого верхним черпанием, не превышает 0,4— 0,5 высоты разгрузки экскаватора, то снижение производительности экскаватора не ощущается.

Схема разработки вскрыши механической лопатой ( 66При простой бестранспортной системе разработки механические лопаты чаще применяются в условиях крепких пород, требующих предварительного рыхления с помощью буровзрывных работ. В качестве вскрышного оборудования могут применяться вскрышные экскаваторы типов ЭВГ-4, ЭВГ-6, ЭВГ-15 и ЭВГ-35/65.

Организация добычных работ в этом случае не отличается от организации их при вскрышных работах драглайнами.

Усложненная бестранспортная система разработки

Усложненную бестранспортную систему разработки или бестранспортную систему с переэкскавацией применяют при значительной высоте вскрышного уступа, когда размещение породы в отвалы возможно с подсыпкой и частичной или полной завалкой пласта полезного ископаемого Для того чтобы производить выемку добычного уступа, необходимо часть или весь объем вскрышных пород, размещенных во временном (первичном) отвале, пере- экскавировать. Переэкскавация вскрышных пород осуществляется чаще вторым экскаватором — драглайном.

При разработке уступа по усложненной бестранспортной системе после выемки вскрытого первой заходкой полезного ископаемого остается полоса, свободная от внутренних отвалов, шириной Л + а (рис 67, а). От второй заходки породу можно размещать на свободной полосе выработанного пространства заходки по ширине А, а призабой- ное пространство шириной а необходимо оставить свободным для обеспечения нормальной выемки новой заходки по полезному ископаемому

Для осуществления добычных работ в новой заходке по полезному ископаемому необходимо часть первичного отвала переэкска- вировать таким образом, чтобы осталась свободной призабойная полоса шириной а. С этой целью установленный на отвале драглайн переэкскавирует объем породы Vt, укладывая его впереди по ходу V5 и сбоку выше стояния экскаватора V6 (во второй ярус отвала) (). После переэкскавации появляется возможность нормального ведения добычных работ.

Таким образом, объем сваленной породы V2 состоит из объема V3, который не мешает разработке новой заходки по полезному ископаемому, и объема V4, который для обеспечения выемки полезного ископаемого надлежит переэкскавировать отвальным экскаватором.

При усложненной бестранспортной системе разработки соблюдается следующая последовательность работ: переэкскавирующий породу отвальный экскаватор движется за вскрышным, а за отвальным — добычной. При этом минимальные расстояния между двумя соседними экскаваторами должны быть всегда больше суммы их радиусов разгрузки.

В бестранспортных системах разработки соотношение объема переэкскавируемой породы к общему объему бестранспортной вскрыши принято называть коэффициентом переэкскавации Ка, который определяется по формуле

В зависимости от рабочих размеров экскаваторов, мощности вскрыши и полезного ископаемого, а также крепости пород применяются следующие основные схемы усложненной бестранспортной системы разработки:

а)         вскрышные работы выполняются механической лопатой, а переэкскавация драглайном (см.  67);

б)        вскрышные работы выполняются одним, а переэкскавация другим драглайном, при этом вскрышная машина может быть расположена на верхней или средней площадке уступа;

в)         вскрышные работы и переэкскавация выполняются одновременно одним экскаватором-драглайном, установленным на временной площадке между вскрышным уступом и отвалом. Из перечисленных схем последняя является наиболее экономичной (минимальный объем переэкскавации, достаточно наличие одного экскаватора, простая организация работ); однако ее применение возможно при относительно 'небольшой мощности полезного ископаемого (5—10 м).

Схема с использованием одного драглайна на вскрышных работах и на переэкскавации ( 68) впервые была применена на карьерах треста Райчихинуголь. При этом драглайн располагается на первичном отвале и отрабатывает верхним черпанием верхнюю часть уступа, размещая ее в первичный отвал по ходу движения экскаватора и устраивая таким образом для себя рабочую площадку. Породу из нижней части уступа драглайн перемещает непосредственно в постоянный отвал. Туда же перезкскавируется и порода из первичного отвала по мере продвижения экскаватора вперед.

Двумя блоками с одним центральным выездом ( 69, в). Вскрышные и добычные работы производятся в различных блоках попеременно. После отработки каждого блока экскаваторы возвращаются вхолостую к центральному выезду, откуда и начинается новая заходка. Карьерное поле вскрыто одной центральной траншеей.

Выемку полезного ископаемого целесообразнее вести одним уступом. Однако в отдельных случаях не исключена возможность ведения добычных работ в два уступа.