Лекции по "Геологии"

Лекция 7. 12 часов.

Вскрытие и системы разработки. Классификация способов вскрытия и  систем открытой разработки месторождений. Вскрытие внешними траншеями (отдельными, групповыми, общими). Технологические  схемы работы оборудования при бестранспортных, транспортно-отвальных и транспортных системах разработки. Элементы  системы разработки рабочего уступа. Способы проходки траншей. Рабочая зона карьера

 

Вскрытие месторождений

 

Вскрытием называется производство горных работ по созданию комплекса капитальных и временных траншей и съездов, а также других выработок и сооружений, обеспечивающих грузотранспортную связь между рабочими горизонтами в карьере и приемными пунктами на поверхности.

Горные выработки, используемые, используемые для вскрытия (траншеи, съезды, стволы и др.) оборудуются средствами транспорта горной массы, создавая в комплексе систему транспортных коммуникаций, которая в каждый момент разработки должна быть безопасной, обеспечивать плановую производительность и быть наиболее экономичной.

Совокупность всех вскрывающих выработок называется схемой вскрытия или системой капитальных траншей и съездов.

Карьер, как комплекс горных выработок, по мере отработки месторождения  изменяет свои размеры и форму. Вследствие этого изменяется конструкция и  расположение системы капитальных траншей и съездов. Развитие системы капитальных траншей и съездов на весь период отработки месторождения или за длительный период представляет собой способ вскрытия. Обычно схемы вскрытия предусматриваются в проекте на первые 25 лет.

Конструкция и объем  капитальных и разрезных траншей

Вскрытие месторождений, производится въездными (капитальными) траншеями, а  подготовка – разрезными. Капитальные  обеспечивают доступ от поверхности  земли к месторождению, а разрезные  создают фронт для выемки полезного ископаемого или вскрышных пород.

Траншеями называются открытые горные выработки значительной длины, имеющие  обычно трапециевидное сечение. На косогорах они имеют вид треугольника, вскрывающие несколько уступов ступенчатую форму.

Основные параметры траншеи – длина, ширина понизу, уклон, угол откоса бортов зависят от назначения траншеи, проходческого оборудования, глубины вскрываемого горизонта и ФМС пород.

Углы откосов бортов капитальных траншей в крепких скальных породах принимаются 65 – 75⁰, в скальных трещиноватых – 55 – 60⁰, в осадочных породах (песчаники, аргиллиты) – 35 – 55⁰, а в слабосвязных глинистых – от 25 до 40⁰.

Длина траншеи L, максимальная конечная глубина H и уклон i связаны между собой отношением: L = H/i, где i =tga.

Угол а показывает наклон дна траншеи к горизонтальной плоскости. Уклон определяется родом транспорта. Для ж/д транспорта максимальный уклон до 40 %_o; для автотранспорта до 12 % , при конвейерном транспорте 16 - 18⁰.

Ширина траншеи понизу определяется двумя условиями: конструкцией и размерами транспортного пути и безопасным расположением оборудования при проведении траншеи.

Ширина траншеи понизу при электровозном  транспорте включает (рис. 9.1. из хохр.) следующие элементы: А – обрез, К – кювет, О – площадку для установки опор, П – проезжую часть, З – земляное полотно, Л – лоток.

А - в рыхлых породах – 1 м; в скальных – 0,5 м; ширина кювета поверху в рыхлых породах 1,65 м, в скальных – 1.0 м. Контактная опора занимает площадку шириной 0,4 м и располагается на расстоянии С_К = 3,7 м от оси ближайшего пути. Расстояние между осями путей С_П изменяется от 4,1 до 5.3 м в зависимости от числа и грузоподъемности думпкара. Минимальная ширина дна траншеи при двухпутном ж/д пути составляет 14 – 15 м.

При автомобильном транспорте между кюветом и проезжей частью дороги оставляют обочины шириной 0, 5 – 1, 0 м. Ширина проезжей части П в зависимости от числа полос движения и грузоподъемности автосамосвалов изменяется от 4,5 до 20 м.

В климатических зонах с обильными  снегопадами ширину траншей увеличивают на 7 – 10 м для временного складирования снега.

Поперечное сечение траншеи должно обеспечивать безопасное размещение экскаватора и другого оборудования, применяемого при проходке и возможность размещения негабарита при экскавации. Для производительной работы между его кузовом и бортом траншеи оставался зазор 1. , 0 – 1,5 м. При проведении траншеи с погрузкой в автотранспорт ее ширину часто увеличивают до 25 – 30 м, что позволяет организовать кольцевое движение автосамосвалов в траншее и повысить производительность экскаватора на 25 – 40 %. По сравнению с тупиковой схемой маневрирования.

В отличие от капитальной, ширина разрезной  траншеи должна обеспечивать возможность  боковой погрузки экскаватором при  разносе борта траншеи. Поэтому  она должна быть рассчитана с учетом размещения развала породы и ж/д пути.

Подсчет объемов траншей При равнинной поверхности объемы капитальных и разрезных траншей подсчитываются как объемы или сумма объемов правильных геометрических тел.

В действительности траншеи не являются правильными геометрическими фигурами, поэтому для более точных подсчетов используют метод вертикальных сечений.

Способы и  организация проведения траншей.

В зависимости от способа перемещения  горной массы существуют транспортные и бестранспортные способы проведения траншей.

При транспортных способах проходки траншей используют железнодорожный, автомобильный, конвейерный и комбинированный  транспорт. Погрузка осуществляется мехлопатами, драглайнами или многоковшовыми экскаваторами. Выемка производится либо сплошным забоем, либо послойно (рисую).

При бестранспортных способах проведения траншей порода, вынимаемая из забоя  драглайнами или мехлопатами, размещается  на борту траншеи.

Бестранспортный способ наиболее экономичен. Однако применение этого способа ограничено возможностью размещения пород на бортах траншеи.

В зависимости от вида экскаватора  и схемы его работы различают  следующие способы проведения траншей.

Транспортные.

1) сплошным забоем мехлопатой с нижней погрузкой;

2) сплошным забоем спаренными экскаваторами с нижней погрузкой;

3) сплошным забоем мехлопатой  с верхней погрузкой;

4) послойно мехлопатой;

5) сплошным забоем драглайном;

6) многоковшовыми экскаваторами.

 

Бестранспортные:

1) драглайном с размещением породы  на обоих бортах;

а) при прямолинейном ходе экскаватора по оси траншеи;

б) при зигзагообразном ходе экскаватора  вдоль оси траншеи;

в) при выемке за несколько проходов;

2) драглайном с размещением на  одном борту:

а) при прямолинейном ходе экскаватора  по оси траншеи;

б) при зигзагообразном ходе экскаватора вдоль оси траншеи;

в) при двойном ходе экскаватора;

3) драглайнами с переэкскавацией;

4) мехлопатой;

6) проведение траншей на косогорах.

Каждую траншею проводят на основе рабочего проекта, в котором указаны  объемы всех работ, календарный график их выполнения и плановые технико-экономические показатели.

До начала проведения траншей  в соответствии с календарным  планом строительства производят необходимые  подготовительные работы (строительство  ЛЭП, подъездных путей, оформление земельных отводов под отвал и подготовку площадки отвала и пр.).

На проведение траншей  составляют график – циклограмму работ, на которой изображают длительность и последовательность всех процессов в забое: бурение, взрывание, погрузку взорванной массы, путеукладку, наращивание контактной сети, планировку почвы, проведение водоотливной канавы, перенос насоса для откачки воды. При составлении циклограммы следует учитывать непредвиденные работы и переход от одной работы к другой.

Средняя скорость проведения траншей при ж/д транспорте составляет 90 – 120 м/мес, максимально- достигнутая 250 м/мес. При автомобильном – 120 – 150 м/мес. Максимальная до 300 м/мес.

Разбивка траншеи на местности заключается в выносе характерных параметров траншеи  и периодическая их переноска (обычно через 100 м) и контроль за их соблюдением.

 

Транспортные способы  проведения траншей

1. Проведение траншей сплошным забоем механической лопатой с нижней погрузкой в средства ж/д транспорта (рис. 9.6. ).

Ж/д располагают на почве  траншеи. Так как экскаватор может грузить только один вагон, сооружают выставочный тупик. Думпкары подаются в забой впереди электровоза. После погрузки вагон состав отгоняется в тупик, где груженый состав отцепляется и цикл повторяется до загрузки всего состава. По мере продвигания забоя тупик передвигают.

Затраты времени на маневровые операции при этом способе проведения достигают 60 – 70 % всего сменного времени, соответственно и производительность экскаватора в 2.5 – 3 раза ниже, чем  при боковой погрузке в открытом забое.

Для уменьшения потерь времени  экскаватора в некоторых случаях  применяют схему проходки с двумя  тупиками в забое траншеи. Вагоны подают попеременно, чтобы в момент перегона груженого вагона экскаватор грузил вагон в другом тупике. Чтобы приблизить ж/д пути к забою траншеи и обеспечить возможность загрузки двух вагонов, при производстве взрывных работ стремятся создать направленный выброс породы при взрыве.

По мере продвигания  забоя траншеи рельсовые пути наращивают цельными звеньями или отрезками  рельсов, которые затем заменяют звеньями. Целое звено собирают заранее вблизи экскаватора, а потом экскаватором укладывают на трассу. Перерыв в работе экскаватора при этом составляет около 1 часа.

Ширина траншеи понизу (в м) при погрузке в вагоны, рассчитывается исходя из габаритов оборудования, водоотливной канавы и других параметров, которые были рассмотрены нами ранее.

2. Проведение траншей сплошным забоем механической лопатой с погрузкой в автосамосвалы.

При этом способе повышается производительность, имеется возможность применять временные съезды, что облегчает вскрытие и разработку отдельных залежей и участков месторождения.

Использовать автомобильный  транспорт при проведении траншей  целесообразно даже тогда, когда  он не является основным видом карьерного транспорта.

При автомобильном виде транспорта применяют кольцевую  или тупиковую схему подачи автосамосвалов под погрузку (рис. 9.8.).

При кольцевой схеме  ширина траншеи понизу (в м) определяется :

В₁ = 2(R_a + е), где R_a –радиус поворота автосамосвала, м; е – зазор между автосамосвалом и бортом траншеи, м (2 – 3 м). Обычно ширина 25 – 30 м.

При тупиковой схеме:

В₂ = R_a + l_a/2 + 2e, где l_a – длина автосамосвала., м. обычно 20 – 22 м.

Ширина может быть уменьшена  до 16 – 18 м. если для разворота делать ниши. В этом случае : В₂ = R_a + l_a/2 + 2e - b_Н, b_Н – глубина ниши.

3.Проведение траншей сплошным  забоем мехлопатой с верхней  погрузкой

При использовании экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием траншеи проводят на полное сечение с верхней погрузкой породы в ж/д составы, которые располагают на борту траншеи.

Минимальная ширина траншеи  понизу должна обеспечивать безопасное размещение экскаватора в забое.

Максимально возможная глубина  траншеи h (м) устанавливается с учетом максимальной высоты разгрузки экскаватора H_Р (в м) и радиуса разгрузки R_Р (в м):

Глубина траншеи выполняется в  зависимости от свойств разрабатываемых  пород в пределах 9 – 18 м. Достоинством является отсутствие операций по наращиванию  ж/д путей и маневров.

Недостаток: использование специальных  экскаваторов с удлиненным оборудованием.

Этот способ является наиболее рациональным при проходке траншей в мягких породах и средней крепости.

4. Послойное проведение  траншей

(рис. 9.10. из хохр.)

Траншею делят на горизонтальные слои, которые последовательно отрабатывают экскаваторами нормального исполнения с погрузкой породы в средства транспорта, расположенные выше уровня стояния экскаватора.

Перед началом проведения траншеи на ее борту укладывают рельсовый  путь и отрабатывают первый слой, затем  путь переносят на дно вынутого слоя  и так далее.

Максимальная высота слоя h = H_P – (h_B + c), где h_B - высота вагона и рельсового пути; c  - зазор между ковшом экскаватора, м (1 – 1,5 м).

При использовании стандартных  думпкаров высота отрабатываемого  слоя составляет 3 – 3.2 м для э пятикубового экскаватора и 4,5 – 4,7 для востмикубового.

Достоинства – возможность  отработки с верхней погрузкой  при использовании обычных мехлопат.

Недостаток – большой  объем путевых работ, малая производительность экскаватора из за малой высоты забоя.

Проведение траншеи драглайном с погрузкой породы на транспорт.