Основы технологии открытых горных работ
3. Основы технологии открытых горных работ
3.1. Горные работы в карьерах и разрезах
3.1.1. Общие сведения
Разработка месторождений полезных ископаемых в карьерах и разрезах включает два основных вида горных работ:
1 - вскрышные работы (удаление пустых пород);
2 - добычные работы.
Вскрышные работы обеспечивают доступ к полезному ископаемому, поэтому они по времени опережают добычные работы, а в период эксплуатации месторождения выполняются совместно с добычными работами.
В зависимости от рельефа местности, расположения и параметров залежи полезного ископаемого (мощности, глубины, угла падения), инженерно-геологических условий месторождения, свойств полезного ископаемого и вмещающих пород выбирается горное оборудование и формируется технологическая цепочка производства горных работ.
Основными показателями, характеризующими работу карьера или разреза, являются:
Рекомендуемые материалы
- производственная мощность по полезному ископаемому;
- производственная мощность по вскрыше;
- срок службы предприятия;
- себестоимость добываемого полезного ископаемого;
- себестоимость вскрыши;
- годовое понижение горных работ;
- экономическая эффективность горных работ:
- прибыль (разница между ценностью реализуемой товарной продукцией и затратами на ее производство);
- рентабельность (отношение годовой прибыли к общей величине основных и оборотных фондов предприятия);
- коэффициенты вскрыши, определяющие отношение объемов извлекаемых пустых пород в кубических метрах на тонну добываемой руды:
- граничный коэффициент вскрыши (по величине этого коэффициента устанавливается предельная глубина карьера или разреза);
- средний коэффициент вскрыши (отношение общего объема вскрыши к объему добычи в конечных контурах карьера или разреза);
- текущий коэффициент вскрыши (отношение объема вскрыши за месяц, квартал, полугодие, год к объему добычи полезного ископаемого за рассматриваемый интервал времени).
3.1.2. Виды горных работ и системы разработки
Работы по освоению, эксплуатации месторождения выполняются в четыре периода:
- подготовительный;
- строительный;
- эксплуатационный;
- заключительный (рекультивация использованных территорий и земель).
Вскрышные и добычные работы включают следующие технологические процессы:
- подготовку к выемке (механическое рыхление или буровзрывные работы);
- выемочно-погрузочные работы:
- цикличную экскавацию с применением прямых и обратных механических лопат, драглайнов, колесных погрузчиков и скреперов;
- экскавацию цепными и роторными машинами непрерывного действия;
- перемещение горной массы железнодорожным, автомобильным, конвейерным и комбинированным видами транспорта;
- складирование горной массы (вскрыши - на отвалах, полезных ископаемых - на складах обогатительных фабрик или в пунктах отгрузки потребителю).
Отсыпка вскрыши на отвалах относится к категории опасных процессов. При отсыпке отвалов должны соблюдаться специальные мероприятия:
- разгрузка транспорта должна производиться за пределами призмы возможного обрушения;
- отвал следует отсыпать равномерно по фронту отвала;
- отвал необходимо отсыпать на устойчивое или укрепленное основание.
Системой открытой разработки называется порядок ведения горных работ на рабочих уступах и рабочих площадках.
По предложению проф. Е. Ф. Шешко и акад. Н. В. Мельникова системы открытой разработки подразделяются по признаку «перемещение вскрышных пород в отвал» на три группы:
бестранспортные (перемещение горной массы выполняется непосредственно экскаваторами или отвалообразователями во внутренние или внешние отвалы);
транспортные;
комбинированные (сочетающие признаки бестранспортных и транспортных систем разработки).
3.1.3. Мероприятия по борьбе с деформациями откосов
Мероприятия по борьбе с деформациями откосов карьеров, разрезов, отвалов предназначены для обеспечения безопасной и аварийной эксплуатации указанных горнотехнических объектов. К основным мероприятиям следует отнести:
1. Проектирование бортов и уступов с запасом устойчивости. Запас, как правило, составляет: для бортов 1,3 ÷ 1,5 м, для уступов 1,5 ÷ 2,0 м (мерой запаса устойчивости является отношение удерживающих сил к сдвигающим в призме скольжения, см. рис. 1.2.7).
2. Мониторинг состояния бортов и уступов по профильным и створным линиям, позволяющий своевременно прогнозировать время наступления опасной ситуации.
3. Специальная технология отработки приконтурных лент. Применяются два метода: гладкое и щелевое взрывание. Гладкое взрывание улучшает поверхность откоса. Щелевой метод отработки приконтурных лент позволяет исключить проникновение трещин массовых взрывов в прибортовой массив, кроме того, обеспечивается хорошее качество заоткоски.
4. Очистка берм и оборка уступов.
5. Осушение и водоотведение.
6. Укрепление массивов горных пород:
а) пригрузка неустойчивых горных масс (отсыпка контрфорсов и контрбанкетов);
б) возведение подпорных стен из монолитного бетона и железобетона;
в) установка анкеров и устройство свайно-анкерных подпорных стенок;
г) упрочнение (нагнетание в массив упрочняющих смесей, например, цементных или полимерных растворов).
7. Выполаживание (разнос) бортов на опасных участках.
Наиболее эффективная борьба с активизирующимися деформациями, устанавливаемыми по данным мониторинга, осуществляется в результате применения комплекса мероприятий, как правило, следующих: локальное выполаживание, укрепление и водоотведение. В качестве действенных превентивных мер борьбы используются специальная технология отработки приконтурных лент, осушение и водоотведение, очистка берм и оборка откосов.
3.1.4. Проблемы отработки карьеров и разрезов
Открытый способ добычи полезных ископаемых имеет ряд несомненных преимуществ по сравнению с подземным. Вместе с тем, существуют специфические проблемы, снижающие эффективность открытого способа. К их числу относятся:
1 - производство массовых взрывов и вызываемые ими воздействия на окружающую среду;
2 - транспортировка полезного ископаемого и вскрышных пород, сопровождающаяся массовыми выбросами выхлопных газов;
3 - необходимость обеспечения устойчивости бортов и откосов;
4 - не решена проблема проветривания карьеров;
5 - отчуждение больших территорий под отвалы;
6 - понижение уровня грунтовых вод на значительных площадях вокруг отрабатываемого месторождения;
7 - зависимость горных работ от климатических условий;
8 - значительные затраты на рекультивацию (восстановление) нарушенных земель.
3.2. Разработка россыпных месторождений
Россыпные месторождения или россыпи образовались в результате разрушения коренных месторождений и состоят из рыхлого обломочного материала, содержащего полезное ископаемое.
Горные породы, покрывающие россыпь, называются торфами, слагающие россыпь - песками, подстилающие породы называются плотиком (рис. 3.1).
Технологические процессы разработки торфов (отбойка, погрузка, транспортировка) аналогичны процессам, используемым в карьерах и разрезах. Особенность разработки россыпей - использование в технологических процессах добычи значительных объемов воды.
Рис. 3.1. Схема строения россыпи |
Для разработки песков применяются:
- экскаваторный способ (как правило, экскаваторами драглайнами);
- способ разработки колесными скреперами и бульдозерами;
- гидравлический способ;
- дражный способ (наиболее производительный и экономичный, вместе с тем, сопровождается значительным ущербом, наносимым водным ресурсам).
В целях извлечения полезного ископаемого из песков их обогащают в водной среде. Обогащение песков называется промывкой, которая в свою очередь включает три технологические операции - размыв, сокращение, доводка.
Размыв осуществляется на наклонных грохотах и в скрубберах (рис. 3.2,й). Сокращение производится в шлюзах (рис. 3.2.6) и отсадочных машинах, в результате сокращения выделяется «черный шлих» - концентрат, содержащий минералы с большим удельным весом. Доводка заключается в выделении из черного шлиха на доводочных машинах, амальгаммационных шлюзах конечного продукта - золота, платины и т. п.
3.3. Особенности строительства подземных сооружений открытым способом на застроенных территориях
В условиях освоения городского подземного пространства открытый способ строительства сооружений с глубиной заложения до 15 ÷ 20 м экономичнее подземного способа. Однако применение открытого способа строительства подземных сооружений сдерживается в силу тесноты городской застройки и отсутствия свободных площадей. По этим причинам подземные сооружения, как правило, выполняются с вертикальными стенами, что или ограничивает глубину заложения объекта, или ведет к значительным затратам на возведение конструкций, обеспечивающих устойчивость стен котлована.
Рис. 3.2. Оборудование для сокращения песков: а - скруббер; 1 - бункер; 2 - глухой став; 3 - перфорированный став; 4 - электродвигатель; б - шлюз; 1 - желоб; 2 - трафарет; 3 - мат (ворс или резина) |
Стесненность мест производства работ, расположение зданий и сооружений в непосредственной близости от строительной площадки предопределяют особенности открытого способа строительства на застроенных территориях:
1. Обеспечение свободного проезда противопожарной техники к окружающим зданиям и сооружениям.
2. Применение экологически безопасной технологии производства горно-строительных работ.
3. Действенный контроль за деформациями окружающих зданий и сооружений и собственно сооружаемого объекта.
4. Выполнение выемочно-погрузочных работ непосредственно в строящемся котловане с использованием мобильных экскаваторов, погрузчиков, погрузочно-доставочных машин и т. п.
5. Применение механических и гидравлических рыхлителей для разборки полускальных пород. Производство взрывных работ мелко шпуровым способом на высоту заходки не более 1 м с ограничением количества одновременно взрываемого ВВ и выполнением мероприятий по предотвращению возможного разлета отдельных кусков и воз действия взрывной волны.
Организация дренажа грунтовых вод и атмосферных осадков, анализ состояния водонесущих коммуникаций, расположенных в районе строительства и своевременное обнаружение утечек.
7. Обеспечение устойчивости стен сооружения.
Для строительства подземных сооружений открытым способом применяются три способа: котлованный, траншейный и щитовой.
Котлованный способ заключается во вскрытии вмещающего массива на заданную глубину с последующим возведением сооружения. В основном котлованы выполняются с вертикальными стенами, устойчивость которых обеспечивается временной крепью. В качестве последней используются:
- ограждения с расстрелами (распорками) из металлопроката и труб (при пролетах котлована не превышающих 25 4- 30 м);
- свайные и свайно-анкерные стенки;
- шпунтовые стенки;
- буро-касательные, буро-секущие сваи;
- грунтоцементные свайные однорядные и многорядные стены.
На рис. 3.3 показан процесс вскрытия и крепления стен котлована подземного сооружения.
Рис. 3.3. Схема вскрытия и крепления котлована: I - разработка котлована до первого уровня; II - установка первого яруса расстрелов и углубление котлована до второго уровня; III - установка второго яруса расстрелов и углубление котлована до проектного уровня; IV - зачистка котлована; 1 - экскаватор, 2 - агрегат для установки анкеров; 3 - анкеры; 4 - автосамосвал; 5 - сваи; 6 - пояса |
Стены котлована могут быть выполнены с наклонными откосами, если объект возводится в районе незастроенных или малозастроенных территорий. Область применения данной схемы может быть расширена при реализации технологии полуоткрытого способа работ (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Схема полуоткрытого способа строительства подземных сооружений: Бесплатная лекция: "Культура как основа социально-классовой дифференциации" также доступна. 1 ÷ 5 - этапы волнения работ |
Траншейный способ включает три этапа работ:
1 - устройство сплошных траншейных стен по границам котлована, например, из буро-секущих или грунтоцементных свай;
2 - вскрытие котлована на полную глубину или последовательно ярусами по высоте;
3 - возведение сооружения.
Щитовой способ предназначается для строительства протяженных тоннелей с цельно-секционной обделкой. Комплекс оборудования для щитового варианта открытого способа состоит из проходческого щита прямоугольной формы сечения, технологической платформы, механизмов для выемки и транспортирования грунта, козлового крана, рис. 3.5.