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.

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.

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.

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).

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.