Лекции по "Геологии"

 

Разработка  месторождений полезных ископаемых открытым способом заключается в создании доступа к полезному ископаемому, удалению пустых пород, покрывающих или вмещающих полезное ископаемое, и самой добыче полезного ископаемого.

Термин  «технология» в общем случае обозначает совокупность знаний, основных характеристик и правил о способах, средствах и организации выполнения каких – либо производственно-технических работ.

Технология открытого  способа добычи полезного ископаемого  рассматривается по двум направлениям. Это собственно технология открытых горных работ и технология производственных процессов.

Технология открытого  способа затрагивает общие вопросы организации строительства и развития горных работ в карьере, параметры элементов карьера в их динамике, организацию и планирования горных работ, способы и средства управления качеством продукции.

Технология производственных процессов заключается организации основных видов работ по подготовке горных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, транспортирование, перегрузку, складирование и разгрузку горной массы на основе комплексной механизации.

Технология открытого  способа

Открытая  разработка месторождения включает следующие основные этапы работ:

- подготовку поверхности части  карьера, предназначенной для  горно-капитальных работ;

- осушение месторождения и ограждение  его от поверхностных вод;

- горно - капитальные,  эксплуатационные работы;

- рекультивацию нарушенных земель  после окончания эксплуатации  месторождения.

Подготовка  поверхности, работы по осушению, горно-капитальные  и вскрышные работы начинают последовательно, а затем ведут параллельно, но с взаимным опережением.

Подготовка поверхности части  карьерного поля, на который оформлены земельный отвод и горные отводы, заключается в создании условий для проведения горно-капитальных работ. В этот период выполняется вырубка леса, корчевка пней, отвод рек и ручьев, спуск воды из озер, осушение болот, снос зданий и сооружений, перенос транспортных магистралей, линий электропередач, средств связи и др.

В этот же период снимают плодородный слой земли с первоочередных участков разработки. Строят дороги, ЛЭП и другие коммуникации, жилые и производственные здания и сооружения, очистные сооружения, а также проводят специальные мероприятия по охране окружающей среды.

Осушение месторождения проводится с целью удаления подземных вод в зоне открытых горных работ для обеспечения нормальных условий работы. Различают следующие виды осушения: осушение поверхности карьерного поля; ограждение карьера от поверхностных вод; предварительное и текущее осушение месторождения.

Осушение наносов и отвод  воды с поверхности месторождения  обычно осуществляется с помощью  сети осушительных и дренажных канав.

Ограждение карьера от поверхностных  вод (ливневых, паводковых и проникающих  из соседних водоемов) производится с помощью нагорных канав, которые проводятся по всему периметру карьера или со стороны возвышенной части карьерного поля.

Предварительное осушение месторождения  проводится до начала разработки и  предназначено для понижения  уровня подземных вод и осушения участков, которые подлежат разработке в первую очередь.

Текущее и эксплуатационное осушение осуществляется одновременно с разработкой  месторождения и состоит в  систематическом удалении воды из разрабатываемых  участков.

Удаление воды осуществляется посредством организации водоотлива либо открытого, либо подземного. В первом случае вода собирается в водосборник (копань - отстойник) и откачивается на поверхность насосами. Во втором – вода через специальные скважины поступает в систему подземных дренажных выработок и по стволу дренажной шахты поднимается на поверхность.

Горно-капитальные  работы осуществляются в период строительства  карьера. Они заключаются в проходке капитальных траншей и разрезных  траншей для вскрытия месторождения. Вскрытие месторождения – это создание доступа транспортных средств к полезному ископаемому во время строительства карьера. В отдельных случаях проходка разрезных траншей не требуется, так как эту роль выполняют капитальные траншеи. В этот же период осуществляется строительство линий передачи электроэнергии, приобретается горно-технологическое оборудование и транспорт, строятся дороги. Для создания норматива вскрытых запасов осуществляются работы по уборке вскрышных пород перед сдачей карьера в эксплуатацию.

Проведение подготовительных выработок осуществляется в основном в период эксплуатации при переходе на низлежащие горизонты в случае разработки крутых и наклонных залежей.

Вскрышные работы заключаются в удалении пустых пород, покрывающих и вмещающих полезное ископаемое.

Добычные работы представляют собой собственно извлечение полезного ископаемого и являются последним этапом разработки месторождения открытым способом.

Рекультивация нарушенных земель и поверхности отвала. После окончания разработки месторождения, нарушенные земли в результате хозяйственной деятельности карьера и поверхность породных отвалов полагается рекультивировать. То есть привести в состояние, которое в дальнейшем не будет пагубно влиять на окружающую природную среду. Рекультивация проводится по отдельному проекту.

По организационно-экономическим  признакам время, в течение которого разрабатывается месторождение, делится  на периоды: строительство карьера  – от начала горных работ до ввода  карьера в эксплуатацию; освоения – от начала эксплуатации до достижения проектной мощности; нормальной эксплуатации; затухания или доработки, и выполняются они по технологии открытой разработки принятой в проекте.

Для выполнения принятой технологии открытых горных работ используется технология производственных процессов на основе комплексной механизации.

Механизация производственных процессов при открытой разработке осуществляется двумя основными способами: экскаваторным и гидравлическим.

При экскаваторном способе применяются  различные механические средства (экскаваторы, скреперы, механические виды транспорта и др.) а при гидравлическом способе основные производственные процессы осуществляются с помощью воды и специального гидромеханизированного оборудования. Гидравлический способ применяется при разработке пород, легко поддающихся размыву и транспортированию водой, при наличии источников воды и дешевой электроэнергии. При экскаваторном способе производится отбойка и рыхление горного массива пород.

Технология  производственных процессов

1. Подготовка горных пород к  выемке заключается в отбойке и рыхлении скальных пород, которая осуществляется с помощью взрывных работ. В мягких породах, например на глиняных месторождениях, выемку осуществляют без предварительного рыхления взрывом.

Для производства взрыва бурят скважины станками шарошечного, вращательного или пневмоударного бурения. Глубина бурения и диаметр взрывных скважин определяется проектом и зависит от применяемого бурового  оборудования. В скважины закладывается взрывчатые вещества (ВВ). В качестве ВВ используются диамоны, игданиты, эмульсалиты, зернограннулиты, грамманиты и др. Удельный расход ВВ изменяется от 0,1 до 0,7 кг на 1 м³ горной породы. После взрыва горная масса (ГМ) должна соответствовать заданной проектом кусковатости и обеспечивать производительность забойного экскаватора.

Удельный вес буровзрывных работ  в общей себестоимости добычи достигает 30 %.

2. Выемочно-погрузочные работы (экскавация) заключается в перемещении ГМ  из забоя в транспортные средства. Обычно эту работы выполняют  экскаваторы. При выемке мягких и сыпучих пород, как уже отмечалось, отбойка и погрузка совмещаются в одном процессе.

3. Транспортирование ГМ производится  по железной дороге, автосамосвалами  и конвейерами, реже применяются  скиповые подъемники, гидравлический  транспорт и подвесные канатные дороги.

При железнодорожном транспорте используются саморазгружающие вагоны – думпкары грузоподъемностью 80- 180 т, в качестве локомотивов – электровозы и  тепловозы. Ширина колеи нормальная, т.е. 1524 мм. Применение железнодорожного транспорта осложнено особенностями обустройства транспортных магистралей.

Автомобильный транспорт в условиях карьеров имеет определенные преимущества по сравнению с железнодорожным: большую маневренность, способность  преодолевать значительные подъемы  и возможность вести работу при меньших радиусах поворота. Основными средствами автомобильного транспорта являются автосамосвалы и тягачи с полуприцепами.

Для успешного применения автомобильного транспорта необходимы хорошие дороги.

При применении конвейерного транспорта используются конвейерные ленты шириной до 2,5 м. При использовании конвейерного транспорта на большие расстояния необходимо строительство перегрузочных пунктов.

В связи с углублением открытых горных работ в последнее время  внедряется комбинированный транспорт с узлами перегрузки.

4. Размещение пустых пород в  отвалах называется отвалообразованием. Оно осуществляется при помощи  отвальных экскаваторов, отвальных  плугов, бульдозеров и другого  оборудования.

Большие объемы ГМ в карьере обуславливают необходимость  подбора технических средств механизации основных процессов, соответствующих по производительности друг другу. Такая цепь взаимосвязанных машин и механизмов, обеспечивающих наибольшую эффективность вскрышных и добычных работ, называется комплексом карьерного оборудования, которые объединяется в грузопотоки. В состав грузопотока, как правило, входят выемочное оборудование (экскаватор), транспортные средства и средства отвалообразования.

При основном способе открытых разработок – экскаваторном  наибольшее распространение получили следующие технологические схемы.

1. Цикличные:

• погрузка одноковшовым экскаватором – транспортирование в думпкарах или автомобильным транспортом - отвалообразование одноковшовым экскаватором или специальными отвалообразователями, например абзетцерами, при автомобильном транспорте бульдозером;
• погрузка многоковшовым экскаватором – транспортирование в думпкарах – отвалообразование одноковшовым экскаватором или специальными отвалообразователями;
• погрузка одноковшовым экскаватором – транспортирование автосамосвалами – перегрузка (иногда с усреднением качества) на внутрикарьерном складе или эстакаде – транспортирование в думпкарах – отвалообразование одноковшовым экскаватором или специальными отвалообразователями.

Первая схема  используется при отработке рыхлых и скальных пород, вторая – при отработке рыхлых пород, третья – преимущественно при отработке скальных пород.

2. Поточные (для  рыхлых пород):

• выемка роторным экскаватором – транспортирование и отвалообразование консольными отвалообразователями;
• выемка роторным экскаватором – транспортирование ленточными конвейерами.

3. Циклично-поточные:

• выемка и погрузка скальных пород одноковшовым экскаватором – транспортирование автосамосвалами к дробилке – транспортирование ленточными конвейерами;
• выемка и погрузка рыхлых и мягких пород одноковшовым экскаватором – погрузка их через бункер-питатель на конвейер – конвейерное отвалообразование.

 

2.3. Вскрытие, подготовленные и готовые к выемке запасы.

 

Как уже отмечалось вскрытие месторождения  – это создание доступа транспортных средств к полезному ископаемому во время строительства карьера.

К вскрытым относятся запасы, верхняя  часть которых искусственно или  естественно обнажена, а на нижнюю часть пройдена вскрывающая выработка. Норма вскрытых запасов определяется годовой добычей.

Подготовленными к выемке запасами считаются запасы из числа вскрытых, у которых обнажены верхняя и боковая плоскости и возможно продвигание забоя без продвигания верхнего вскрышного уступа, или параллельное продвигание всех добычных и вскрышных уступов. Обеспеченность подготовленными запасами устанавливается в пределах половины годовой добычи.

Готовыми к выемке запасами считаются  запасы из числа подготовленных, для  которых выполнен весь комплекс работ, необходимых для производства буровзрывных работ, экскавации и транспортировки ГМ.

Нормативы готовых к выемке запасов  устанавливаются расчетным путем  и не должны быть мене одного квартала.

 

2.4. Основы экономики ОГР, коэффициенты вскрыши

 

Вскрытие рабочих горизонтов в процессе эксплуатации, вскрышные и добычные работы представляют собой систему открытых горных работ на месторождении, которая обеспечивает в конкретных горно-геологичесих условиях экономическую, планомерную, безопасную с минимальными потерями добычу полезного ископаемого.

В связи с переходом  экономической политики страны на новые условия, вопросы экономики для собственников предприятий занимают главенствующее место. Для предприятий горного профиля эффективность добычи приобрела особую актуальность, так как все горнодобывающие предприятия перешли на новые условия недропользования. В результате кроме таких классических показателей экономики как, цена, прибыль, рентабельность на одно из ведущих место выходит рациональное использование недр. Нерациональное использование недр приводит к ухудшению технико-экономических показателей предприятия через дополнительные платежи за право добычи и за сверхнормативные потери.

Степень экономической  эффективности открытых горных работ  характеризуется величиной технико-экономических  показателей, основными из которых являются прибыль, рентабельность; капитальные затраты на строительство карьера; эксплуатационные затраты или себестоимость.

Прибыль – это разница между ценой и затратами на выпуск продукции.

Рентабельность это отношение прибыли к стоимости основных и оборотных средств предприятия.