1.3. Виды открытых горных разработок

а

г

б

а

в

д

Рис. 1.3 – Схемы открытых разработок:

а, б, в, г и д – соответственно поверхностного, глубинного, нагорного, нагорно-глубинного и подводного вида

Основные виды открытых разработок классифицируются по положению залежи относительно поверхности (рис. 1.3).

1. Разработки поверхностного вида.К ним относится большинство разработок россыпей, природных строительных горных пород, значительная часть угольных и небольшая часть рудных разработок при горизонтальных и пологих залежах. Карьеры при этом неглубокие (до 40—60 м) и имеют относительно постоянную глубину. Вскрышные породы и полезные ископаемые разнообразны, чаще мягкие и полускальные.

2. Разработки глубинного вида. К ним относятся большая часть рудных и частично угольные разработки при наклонном и крутом падении залежей. Карьеры в этом случае постепенно углубляются; конечная глубина их может достигать 800 м. В таких карьерах разрабатываются все типы пород.

3. Разработки нагорного вида. К ним в основном относятся открытые разработки различных руд, горно-химического сырья, строительных горных пород и иногда угля. Залежи расположены значительно выше господствующего уровня поверхности; число рабочих уступов и размеры карьеров в плане разнообразны. Полезные ископаемые и вскрышные породы в основном скальные.

4. Разработки нагорно–глубинного вида. К ним относятся открытые разработки различных руд, горно-химического сырья, строительных горных пород и угольные разработки при сложном рельефе поверхности карьерного поля. Полезные ископаемые и вскрышные породы скальные или полускальные, иногда разнородные.

Каждый из указанных видов открытых разработок отличается от другого подготовкой месторождения к эксплуатации, порядком его разработки, вскрытием рабочих горизонтов, расположением отвалов и соответственно характером комплексной механизации горных работ.

Разработки первого вида наиболее экономичны. При этом выемка полезного ископаемого осуществляется сразу на полную мощность и вскрышные породы размещаются в выработанном пространстве.

Вскрышные работы и отработка залежи полезного ископаемого при разработках глубинного вида производятся послойно в нисходящем порядке. Горную массу, как правило, перемещают вверх, па поверхность, и вскрышные породы складируют во внешние отвалы. Отработке каждого нового слоя предшествуют горно-подготовительные работы, обеспечивающие вскрытие рабочих горизонтов. Глубина карьера постепенно возрастает до предела, определяемого границами карьерного поля.

Для открытых разработок нагорного вида характерно перемещение покрывающих и вмещающих пород и добытого полезного ископаемого с применением транспорта вниз, к месту расположения отвалов и перерабатывающего комплекса.

Разработка месторождений нагорно-глубинного вида имеет характерные черты второго и третьего видов открытых разработок.

1.4 Виды и размеры карьерных полей

Рис. 1.4 – Схемы к определению размеров карьерного поля

М

а

б

есторождение или часть его, разрабатываемую одним карьером, называюткарьерным полем. Карьерное поле является объемной геометрической фигурой, характеризуемой размерами в плане, глубиной и углами откосов бортов; оно входит в состав земельного отвода карьера, в пределах которого размещаются также отвалы, промышленная площадка и другие производственные сооружения.

Размеры карьерного поля определяют общие объемы горных работ и возможную производственную мощность карьера.

Конечная глубина (Н_к) разработок поверхностного вида определяется природными условиями и изменяется незначительно за весь период ведения работ. При разработках глубинного, нагорного и смешанного видов эта глубина устанавливается при проектировании карьера. Современные карьеры имеют глубину от нескольких метров до 450 м. Проектами предусматривается возможность' открытой разработки до глубины 800 м.

Размеры дна карьера (Lд и b_Д) устанавливаются оконтуриванием разрабатываемой части залежи на отметке конечной глубины карьера (рис. 1.4). Минимальные его размеры определяются условиями безопасной выемки и погрузки пород на нижнем уступе (по ширине bД≥30 м, по длине l_д≥100 м).

Углы откосов бортов карьера (у) определяются условиями устойчивости пород прибортового массива, а при устойчивых породах — размещением транспортных коммуникаций— транспортных берм и наклонных траншей. Эти углы стремятся принимать более крутыми, чтобы уменьшить общий объем вскрышных работ.

Размеры карьера по простиранию и вкрест простирания залежи по поверхности (L_K и В_к, см. рис. 1.5) определяются размерами залежи и дна карьера, глубиной и углами откосов бортов, топографическими и гидро­графическими условиями. Устанавливают размеры карьера, как правило, графически, иногда, в простых условиях, аналитически. На очень крупных месторождениях L_K и В_к определяются условиями вскрытия рабочих горизонтов и разделением залежей на отдельные карьерные поля.

Рис. 1.5 – Схемы карьерных полей по форме и размерам:

а – обширные; б – вытянутые; в – округлые; 1 – дно карьера; 2 и 2^/ - торцовые части карьера соответственно вытянутой и округлой формы.

Параметры карьера должны обеспечивать эффективное использование горного и транспортного оборудования. Например, протяженность вытянутого карьерного поля должна соответствовать установленной мощности карьера, т. е. суммарной протяженности потребных экскаваторных фронтов.

Увеличение длины карьерного поля обусловливает:

- рост запасов полезного ископаемого в пределах карьерного поля и возможность увеличения мощности карьера;

- снижение среднего и текущего коэффициентов вскрыши в результате уменьшения влияния объема разноса торцов карьеру уменьшение общекарьерных расходов на тонну запасов и затрат на добычу полезного ископаемого при увеличении мощности карьера и уменьшении текущих коэффициентов вскрыши.

Недостатками большой длины карьерного поля, особенно при применении железнодорожного транспорта, являются: увеличение пробега транспортных средств по рабочим площадкам и бермам, продолжительности рейса и транспортных расходов; ухудшение условий обмена поездов на уступах, в связи с чем необходимо повышать полезную массу поезда и содержать дополнительные стрелочные переводы; увеличение объема горно-подготовительных работ для обеспечения роста производственной мощности карьера путем увеличения длины разрезных траншей, числа наклонных траншей и т. п.

Таким образом, увеличение или уменьшение длины карьерного поля, а следовательно, и фронта горных работ связано с ухудшением технико-экономических показателей работы карьера.

Длина карьерных полей изменяется от сотен метров до 6 км, а ширина в зависимости от типа залежи и вида открытых разработок составляет до 5 км. На крупных карьерах L_K= 2ч-2,5 км.

Общий объем горной массы в контурах карьерного поля (V_К) определяет производственную мощность предприятия, срок его существования и др.

По форме и размерам различают обширные, вытянутые и округлые карьерные ноля (рис. 1.5).

Обширные карьерные поля, соответствующие в основном поверхностному виду открытых разработок, обычно характеризуются относительно небольшой глубиной (Н_К до 100 м) при большой площади карьера в плане (до 10–40 км²) и сравнительно мало отличающихся параметрах L_K и В_к,

Вытянутые карьерные поля имеют большие размеры по простиранию (L_К до 3—5 км), в несколько раз превышающие размеры вкрест простиракия залежи В_к. Такие карьеры характерны для глубинного вида открытых разработок при Н_к до 150—200 м и при поверхностном виде разработок узких вытянутых залежей.

Округлые карьерные поля характерны при любой глубине разработки штокообразных залежей и большой глубине (200—800 м) разработки залежей любой формы в плане; разнос уступов по периметру карьера такой глубины предопределяет округленную или овальную форму поля в плане независимо от формы дна карьера; обычно оно также имеет овальную форму.

Подразделение карьерных полей по форме в плане на вытянутые и округлые принимается в зависимости от соотношения объемов карьера в целом V_К и его торцовых частей V_т: карьерные поля относятся к вытянутым, если V_T составляет не более (0,15-0,20)Vк. Для приближенных расчетов общих объемов горных работ карьерное поле можно считать вытянутым, если L_К:В_К≥4:1.

В

а

а

2

а

1

а

б

а

2

а

в

а

1

а

г

а

2

а

3

а

процессе разработки у карьеров поверхностного вида изменяются размеры в плане, а у карьеров глубинного вида – одновременно глубина и размеры в плане; при этом обычно ширина карьера увеличивается быстрее его длины, отношение L_К:В_К уменьшается и карьерное поле постепенно становится округлым даже при разработке пластообразных залежей.

По соотношению размеров карьерных полей и месторождения и последовательности вовлечения последнего в разработку различают следующие виды карьерных полей.

Рис. 1.6 – Схемы карьерных полей:

1 – контур залежи или отдельного карьерного поля; 2 – контур карьерного поля (месторождения); 3 – контур забалансовых запасов

Карьерное поле охватывает все месторождение (рис. 1,6, а); размеры и форма поля в плане определяются размерами и формой залежи, а также условиями разноса бортов.

Карьерное поле охватывает только часть месторождения, отведенную для первоочередной разработки (рис. 1.6, б); размеры поля определяются производственной мощностью карьера и сроком его существования.

Карьерное поле входит в систему (группу) одновременно эксплуатируемых полей, на которые разделено данное месторождение (рис. 1.6, в). Такие карьерные поля возможны при больших размерах месторождения, когда создание одного карьера большой мощности невозможно или нецелесообразно; система карьерных полей обычно имеет единую схему транспортных коммуникаций на поверхности и отвалах.

Карьерное поле состоит из отдельных, независимых по горным работам участков (рис. 1.6, г); такие случаи встречаются при разработке расчлененных на независимые части месторождений. Расчлененные участки одного карьерного поля могут рассматриваться как независимые карьерные поля небольшого размера.