Е.В. Курехин Технологические процессы открытых горных работ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Практикум по дисциплине «Технология добычи полезных ископаемых открытым способом» специальности 170100 - «Горные машины и оборудование»

Составители Е.В.Курехин В.Г.Проноза

Утвержден на заседании кафедры Протокол № 7 от 24 марта 2001 г.

Рекомендован к печати методической комиссией направления 551800 Г Протокол № 4 от «24» декабря 2001 г.

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

КЕМЕРОВО 2002

1

Введение

Практикум по проведению занятий предназначен для изучения и закрепления знаний по дисциплине “Технология добычи полезных ископаемых открытым способом” и составлен в соответствии с учебным планом направления подготовки 551800 Г.

Практикум состоит из шести практических занятий, в которых изложен материал по терминологии открытых работ, определению главных параметров карьера, буровзрывной подготовке горных пород к выемке, выемочно-погрузочного оборудования, автомобильного транспорта и отвалообразования.

Все расчеты выполняет каждый студент самостоятельно в соответствии с индивидуальным заданием.

Список рекомендуемой учебно-методической литературы приведен в конце практикума. В индивидуальном задании студента содержатся следующие показатели и параметры:

•нормальная мощность полезного ископаемого (M), м;

•угол падения залежи (αП.И), град;

•мощность рыхлых отложений (h0), м;

•цена 1 т полезного ископаемого на рынке (Ц), р./т;

•себестоимость добычи 1 т полезного ископаемого открытым способом с учетом затрат на вскрышные работы (СУ), р./т;

•себестоимость добычи 1 т полезного ископаемого открытым способом без учета затрат на вскрышные работы (С0), р./т;

•себестоимость 1 м3 разработки вскрышных пород (СВ), р./м3;

•коэффициент развития предприятия (КР);

•длина карьера по дну (Ld), м;

•плотность полезного ископаемого (ρП.И), т/м3;

•углы откосов бортов карьера в конечных контурах со стороны висячего бока (γВ) и со стороны лежачего бока (γЛ), град;

•углы откосов торцов карьера в конечных контурах (γТ), град;

•показатель прочностных свойств коренных пород (σСЖ), МПа;

•марка экскаватора при выемочно-погрузочных работах;

•дальность транспортирования вскрышных пород от карьера до отвала (LТР), км;

•годовой темп углубки (hГ), м/год;

•марка автосамосвала;

•марка бульдозера на отвале;

2

Практическое занятие № 1

Тема занятия: “Общие сведения об открытых горных работах”. Цель занятия – изучить термины и горнотехнические понятия

открытой добычи полезных ископаемых.

1.1. Элементы карьера

Карьером в административно-хозяйственном значении называют горное предприятие, осуществляющее открытую разработку месторождения, а в техническом значении – это совокупность открытых горных выработок, служащих для разработки месторождения полезных ископаемых. Угольные карьеры обычно называют разрезами.

Месторождение или его часть, разрабатываемая одним карьером, называется карьерным полем (рис. 1.1). Карьерное поле является объемной геометрической фигурой, характеризуемой высотой и размерами в плане.

Участок земной поверхности, занимаемый горным предприятием, называется земельным отводом (рис. 1.2). Обычно площадь земельного отвода во много раз превышает площадь карьерного поля.

Бортом карьера называется ступенчатая поверхность, ограничивающая карьер с какого-либо его бока (поз. 6 на рис. 1.3).

Дном (подошвой) карьера называется поверхность, ограничивающая карьер снизу (поз. 5 на рис. 1.3). Замкнутые линии пересечения борта карьера с дневной поверхностью и подошвой образуют соответственно верхний и нижний контуры карьера (точки 1 и 2 на рис. 1.3 принадлежат верхнему, а точки 3 и 4 нижнему контуру).

Угол, образуемый откосом борта карьера и горизонтальной плоскостью, проходящей через его подошву, называется углом откоса борта карьера.

Борт карьера, на котором производятся горные работы, называется рабочим бортом (линия АВ и DC на рис. 1.3). После завершения работ в карьере образуется нерабочий борт. Соответственно этому раз-

личают угол откоса рабочего (βР, βН) или нерабочего борта карьера

(γВ, γЛ). На нерабочем борту горные работы не ведутся, но могут располагаться транспортные съезды.

Вертикальное расстояние между подошвой и усредненной отметкой земной поверхности называется глубиной карьера НК (рис. 1.3). Контуры карьера, соответствующие моменту окончания открытых

3

горных работ, называются конечными. Им соответствуют конечная глубина и конечные размеры карьера в плане.

Горные работы по выемке и перемещению пустых пород, покрывающих и вмещающих полезное ископаемое, называются вскрышны-

ми работами.

С

Ю

Рис. 1.1. План карьерного поля

6

5

	3
	2
1
7	4

Рис. 1.2. Схема земельного отвода карьера:

1 – карьерное поле; 2 – отвал вскрышных пород; 3 – дорога; 4 – промплощадка; 5 – дробильно-сортировочная фабрика; 6 – склад ВВ; 7 – граница земельного отвода

4

ВК

1 A

D 2

βР		βН	НК
	7 В	С
6		αП.И	6

5

γВ γЛ

3 4

Рис. 1.3. Поперечный профиль и элементы карьера:

1, 2 – верхние контуры карьера; 3,4 – нижние контуры карьера; 5 – дно карьера; 6 – борта карьера в конечных контурах;

7 – полезное ископаемое

Добычными работами называются работы по выемке полезного ископаемого.

Главными параметрами карьера являются:

•объем горной массы (вскрыша и полезное ископаемое), м3;

•запасы полезного ископаемого, т;

•объем вскрыши, м3;

•коэффициент вскрыши, м3/т (м3/м3);

•конечная глубина карьера, м;

•размеры карьера на уровне дневной поверхности (длина и ширина), м;

•размеры по подошве карьера (длина и ширина), м;

•углы откосов бортов карьера в конечных контурах, град.

1.2.Элементы уступа и площадок

Из рис. 1.3 видно, что рабочие поверхности бортов карьера имеют ступенчатую форму.

Часть толщи горных пород в карьере, имеющая рабочую поверхность в форме ступени и разрабатываемая самостоятельными средст-

5

вами выемки, погрузки и транспорта, называется уступом. Каждый уступ имеет свою высоту (рис. 1.4, а, б).

Часть уступа по его высоте, обрабатываемая самостоятельными средствами выемки, но обслуживаемая транспортом, общим для всего уступа, называется подуступом (рис. 1.4, в).

a)	б)
HУ	HУ

α α

в)	h1	α
	HУ
	h2	α

Рис. 1.4. Общий вид уступов и подуступов:

а – погрузка на уровне стояния; б – верхняя погрузка; в – верхняя и нижняя погрузка; HУ – высота уступа, м; h1 и h2 – высота подуступов, м

Основными элементами уступа являются площадки, откос и бровки (рис. 1.5).

Площадкой уступа называется горизонтальная поверхность, ограничивающая уступ по высоте; различают нижнюю (а) и верхнюю (б) площадки уступа (рис. 1.5)

Площадка уступа, на которой располагается выемочное и транспортное оборудование, предназначенное для разработки горной породы на данном уступе, называется рабочей площадкой уступа.

Площадка небольшой ширины, оставляемая на нерабочем борту карьера для повышения его устойчивости и задержания осыпающихся кусков породы, называется предохранительной бермой.

Откосом уступа f (рис. 1.5) называется наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства между верхней и нижней площадками уступа по его простиранию.

Угол наклона откоса уступа α к горизонтальной плоскости назы-

вается углом откоса уступа (рис. 1.5).

6

а) Направление подвигания фронта работ

c

е A

f d A

Направление

подвигания забоя

е A

б)			А

HУ

α

ШРП

Рис. 1.5. Элементы уступа:

а – элементы уступа; б – параметры заходки

Линии пересечения откоса уступа с его верхней и нижней площадками называются соответственно верхней и нижней бровками (c, d

на рис. 1.5).

Торцевая часть заходки e, служащая непосредственным объектом разработки и перемещающаяся в результате ведения горных работ, на-

зывается забоем уступа.

Часть уступа шириной А (рис. 1.5), разрабатываемая при неизмененном положении забойного транспортного пути, называется заходкой. Заходку по длине делят на отдельные блоки, имеющие самостоятельный забой и разрабатываемые самостоятельными средствами выемки. Это позволяет отрабатывать уступ несколькими забоями и устанавливать на одном уступе несколько экскаваторов (2-3).

7

Часть уступа по его длине, подготовленная для ведения горных работ, называется фронтом работ уступа. Суммарная протяженность рабочих фронтов уступов составляет фронт работ карьера.

Открытая горная выработка, имеющая в поперечном сечении трапециевидную форму, называется траншеей, треугольную форму –

полутраншеей.

Наклонная траншея, служащая для создания транспортной связи (вскрытия) земной поверхности с рабочими горизонтами карьера, на-

зывается капитальной траншеей.

Горизонтальная траншея, предназначенная для создания первоначального фронта работ, называется разрезной траншеей.

Литература: [1, с. 6-8; 2, c. 32-38].

Практическое занятие № 2

Тема занятия: “Определение главных параметров карьера”. Цель занятия: научить студентов определять главные параметры

карьера, производственную мощность и срок службы карьера.

Для определения главных параметров карьера студент должен знать, что такое коэффициент вскрыши и какие виды коэффициентов вскрыши бывают. Подробнее с этим можно ознакомиться в учебной литературе и на лекциях.

2.1. Общие сведения

При определении главных параметров (в учебных целях) следует исходить из того, что все размеры, характеризующие поперечное сечение карьера, постоянны на всем простирании залежи и рассматриваются на примере одного профиля (рис. 2.1-2.2).

Величина углов откосов бортов карьера в конечных контурах зависит от физико-механических свойств, слагающих борта пород, условий их залегания и обводненности, глубины карьера и изменяется в диапазоне от 35 до 45 градусов.

Углы откосов рабочих бортов в основном определяются технологическими факторами: шириной рабочей площадки и высотой уступа, а величина их может изменяться в диапазоне от 10 до 20-25 градусов.

Годовой темп углубки карьера также задается индивидуально в пределах от 10 до 30 м/год.

8

	С	ВК
		LК		mГ		D
-h1	h0	Н’К
-h2
-h3	βР	К			βН
-h4			M			НK
		E		F
-h5
-h6				αП.И
-h7
-h8
-h9	γВ			γЛ
-h10

АВd В

Рис. 2.1. Параметры карьера в поперечном сечении

-h1		h0
-h2
-h3
-h4		НК
-h5
-h6
-h7
-h8
-h9	γT	γT
-h10
	Рис. 2.2. Параметры карьера по его простиранию

2.2.Расчет конечной глубины карьера

Вучебных целях расчет конечной (проектной) глубины карьера рассматривается на примере крутопадающей залежи с использованием аналитического метода.

При разработке наклонных и крутых залежей все главные параметры карьера, масштабы горных работ и их технология (способ вскрытия и система разработки) определяются конечной глубиной карьера. При определении конечной глубины используется принцип,

9

основанный на сопоставлении текущего (КТ) и граничного (КГР) коэффициентов вскрыши. Сущность этого принципа заключается в следующем. Увеличение глубины карьера, разрабатывающего крутую залежь, вызывает постоянное возрастание текущего коэффициента вскрыши. При достижении некоторой промежуточной глубины НКП значение текущего коэффициента вскрыши станет равным граничному, т.е. КТ = КГР. Дальнейшее увеличение глубины картера при обеспечении экономической целесообразности открытых горных работ возможно только без дальнейшего увеличения текущего коэффициента вскрыши, что достигается при производстве горных работ без расширения контуров карьера на поверхности. Горные работы на верхних уступах по мере углубки карьера последовательно (сверху вниз) прекращаются, угол откоса рабочего борта βР постепенно увеличивается и при конечной глубине карьера НК достигает значения угла погашения, который соответствует глубине карьера.

Решение задачи по определению конечной глубины карьера при разработке наклонных и крутых залежей заключается в следующем.

Определяют необходимую прибыль для работы карьера (р./т):

П = (Ц −СУ ) КР ,

(2.1)

где Ц – цена 1 т полезного ископаемого в условиях рынка, р./т; СУ – себестоимость добычи угля с учетом вскрыши, р./т; КР – коэффициент развития предприятия (от 0 до 30 %), средний КР = 0,15.

Используя стоимостные показатели из индивидуального задания

студента, определяют граничный коэффициент вскрыши по формуле

(м3/т):

КГР =	Ц- П- С0	,	(2.2)
	СВ

где П – необходимая прибыль для работы карьера в режиме самофинансирования, р./т; С0 – себестоимость добычи 1 т полезного ископаемого открытым способом, р./т; СВ – себестоимость разработки 1 м3 вскрыши, р./м3.

В настоящих экономических условиях граничный коэффициент вскрыши для угольных месторождений составляет КГР = 4,5-7,5 м3/т в зависимости от конкретных горно-геологических условий месторождения.