книги / Открытая разработка месторождений
..pdfбольшее распространение получили комбинация железнодорожного и автомобильного транспортов, автомобильного и конвейерного транспортов.
Работа карьерного транспорта имеет ряд существенных особенностей:
-основная масса перевозимых грузов транспортируется на подъем;
-очень большой грузопоток (до 100 млн.т/год и более);
транспортные коммуникации, пункты погрузки и разгрузки постоянно перемещаются в пространстве;
повышенные требования к механической прочности транспортных средств, т.к. погрузка, как правило, осуществляется падением кусков с высоты.
Доля карьерного транспорта в себестоимости добычи полезного ископаемого весьма велика (может достигать 50 - 60 %), поэтому вопросам перемещения карьерных грузов уделяется большое внимание.
3.3.1. Рельсовый транспорт на карьерах.
На открытых горных разработках применяются различные виды рельсового транспорта: железнодорожный, концевая откатка, скиповой подъем на рельсовых тележках и др. Наибольшее распространение получил железнодорожный транспорт. Что касается других видов рельсового транспорта, то они применяются очень редко и поэтому в на стоящих лекциях не рассматриваются.
Применение железнодорожного транспорта на карьерах требует большой протя женности фронта работ на уступах (чтобы увеличить интервалы времени между трудоем кими процессами передвижки рельсовых путей), требуют кривых большого радиуса (до 120 - 150 м) на поворотах путей, требуют небольших углов наклона путей ( до 40 - 60 %о), больших затрат на строительство и содержание рельсовых путей, на содержание подвиж ного состава. В то же время железнодорожный транспорт позволяет обеспечить высокую производительность карьера, поэтому применение железнодорожного транспорта целесо образно при годовой производительности карьера 25 млн.т и более и при длине доставки свыше 4 км.
Средства железнодорожного транспорта включают рельсовые пути и подвижной состав. Наиболее широко на современных карьерах применяется стандартная ширина колеи 1524 мм, что обеспечивает без проблемное примыкание карьерных железнодорожных пу тей к железнодорожным путям МПС. На карьерах сравнительно невысокой производитель-
ности применяют узкоколейные пути с колеей 750, 900 и 1000 мм. В этом случае требуются дополнительные перегрузочные пункты для перегрузки добытого полезного ископаемого в железнодорожные средства МПС и отправки его потребителям. По времени службы карь ерные железнодорожные пути делятся на стационарные и временные. Стационарные пути служат в течение длительного времени, иногда в течение всего срока службы карьера. Они располагаются во вскрышных траншеях, на транспортных бермах, на земной поверхности. Временные железнодорожные пути располагаются на рабочих уступах и на отвалах, их время эксплуатации, как правило, не превышает нескольких месяцев.
Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строений. Нижнее строе ние представляет собой земляное полотно с водоотливными и искусственными сооруже ниями (мосты, водоводы и т.п.). На карьерах нижним строением железнодорожного пути служит подошва траншей, подошва транспортных берм, подошва рабочих уступов. Верх нее строение железнодорожного пути включает балласт, шпалы, рельсы, крепеж. Назначе ние балласта заключается в равномерной передаче веса подвижного состава на нижнее строение пути и для предотвращения промерзания нижнего строения пути при отрицатель ных температурах. В качестве балласта используется обычно щебень, реже галька или дробленые вскрышные породы. На рабочих уступах и на отвалах балласт, как правило, не укладывают. Шпалы карьерных железнодорожных путей применяются либо деревянные, пропитанные креозотом или хлористым цинком, либо железобетонные. Наиболее широко применяются деревянные шпалы. На стационарных железнодорожных путях применяют, главным образом, рельсы Р-50 и Р-65 (вес одного метра рельса соответственно 50 и 65 кг). На временных путях применяют также рельсы Р-24 и Р-33. К деревянным шпалам рельсы крепятся посредством накладок и костылей, к железобетонным - накладок, подкладок и болтов.
На рабочих уступах и на отвалах рельсовые пути периодически передвигаются (переносятся) по мере отработки уступа или по мере отсыпки отвала. Передвижка рельсо вых путей осуществляется подъемными кранами (рельсовыми или на гусеничном ходу) или специальными путепередвигателями. При перемещении рельсовых путей подъемными кра нами рельсовый путь предварительно разделяют на секции в соответствии в техническими возможностями крана. Путспередвигатели не требуют разборки рельсового пути, за одну передвижку рельсовый путь передвигается на 0.7 - 0.8 м.
Подвижной состав железнодорожного транспорта включает локомотивы и ваго ны. В качестве локомотивов наиболее часто используются контактные электровозы, рабо тающие на постоянном токе напряжением 1500 - 3000 В. Недостатком этих электровозов является необходимость подвески контактного провода, его обслуживание и перенос кон тактного провода на рабочих уступах и на отвалах при перемещении рельсовых путей. Теп ловозы в качестве локомотивов, хотя они и не требуют контактного провода, тем не менее применяются значительно реже, что обусловлено большими потерями мощности при рабо те тепловозов на подъем.
В последнее время появились так называемые тяговые агрегаты, состоящие из электровоза управления, дизельной секции и нескольких вагонов-думпкаров, снабженные электрическими тяговыми двигателями. Такие тяговые агрегаты имеют большую суммар ную мощность.
В качестве вагонов для перевозки вскрышных пород и полезного ископаемого на открытых горных работах наиболее часто применяют думпкары, хопперы и гондолы. Думпкары представляют собой вагон с опрокидным кузовом. Опрокидывание кузова про изводится с использованием сжатого воздуха или гидравлики. Одновременно с опрокиды ванием кузова для разгрузки откидываются и борта кузова. Промышленностью выпускают ся думпкары грузоподъемностью до 180 т. Хоппер представляет собой вагон, имеющий ку зов в виде бункера, снабженного в нижней части люками для разгрузки на одну или на две стороны. Грузоподъемность хопперов до 70 т. Гондола - вагон с неопрокидным кузовом, днище которого выполнено наклонным. Гондолы имеют грузоподъемность до 100 т. Же лезнодорожные платформы (вагон с неопрокидным кузовом и низкими бортами) на карье рах применяются редко из-за проблем с их разгрузкой.
На рис. 3.12 показана условная схема железнодорожных путей карьера. На схеме показаны:
1 - стационарный путь на земной поверхности, соединяющий карьер с ближайшей станци ей МПС; 2 - стационарный путь, проложенный по земной поверхности, вскрышной траншее и
транспортной берме; 3 - временные пути на рабочих уступах. По мере подвигания уступов эти пути перемеща ются;
4 - временные пути на отвале. По мере отсыпки отвала эти пути перемещаются;
5 - временные пути, соединяющие стационарные пути на транспортной берме с временны ми путями на рабочих уступах. По мере отработки уступов эти пути удлиняются; 6 - стационарный путь на земной поверхности, соединяющий карьер с временными путями на отвале.
Применение автомобильного транспорта на карьерах считается наиболее эффек тивным при производственной мощности карьера до 15 млн.т и длинах доставки до 4 км. Однако, создание большегрузных автомобилей грузоподъемностью до 180 т привело к то му, что автомобильный транспорт составил конкуренцию железнодорожному и при боль ших производственных мощностях карьеров. По сравнению с железнодорожным автомо бильный транспорт требует значительно меньших радиусов поворота (15 - 25 м), способен преодолевать уклоны до 120 %о и более, способен доставить грузы в любую часть карьера, не требует прокладки рельсовых путей, что снижает расход дорогого металла. Из недостат ков автомобильного транспорта следует назвать сильную зависимость от погодных уело-
вий. Так, значительно усложняется работа автомобильного транспорта при отрицательных температурах, значительно усложняется работа автомобильного транспорта после осадков на карьерах, содержащих глинистые породы. Существенно увеличивается себестоимость добычи из-за большого расхода и высокой стоимости горюче-смазочных материалов для автомобильного транспорта.
В настоящее время для транспортирования вскрышных пород и полезного иско паемого в качестве автомобильного транспорта применяются автосамосвалы (автомобили с разгрузкой назад) и одно или двухосные полуприцепы с донной или боковой разгрузкой. В качестве тягачей для полуприцепов используются шасси тех же самосвалов. Из автосамо свалов на мощных карьерах применяются, главным образом, БелАЗЫ, которые, как уже го ворилось выше, выпускаются грузоподъемностью до 180 т. Для вспомогательных целей на карьерах широко применяются различные автомобили, в т.ч. и специального назначения (например, для заряжания скважин).
Применение автотранспорта требует строительства автодорог. На открытых разработках автодороги делятся на стационарные, строящиеся на земной поверхности, в капитальных траншеях и на транспортных бермах, и временные, строящиеся на рабочих уступах и на от валах. Стационарные дороги состоят из земляного полотна, дорожного покрытия, водоот ливных устройств (труб, кюветов) и обочин. При строительстве стационарных дорог зем ляное полотно тщательно планируется и при необходимости укатывается. Дорожное по крытие может быть бетонным, асфальтовым, асфальтобетонным или щебеночным. Выбор типа дорожного покрытия определяется интенсивностью и скоростью движения. На пря молинейных участках двухсторонних автодорог ширина дорожного полотна принимается из условия, чтобы могли разъехаться встречные автомашины, при этом зазор между ними должен быть не менее 0.4 м, а расстояние от каждой автомашины до обочины должно быть не менее 0.2 м. Для дорог с односторонним движением ширина дорожного полотна должна быть не менее 5.5 м. Толщина дорожного покрытия должна быть не менее 0.15 м. На пря молинейных участках стационарных карьерных автодорог дорожное покрытие делается двускатным. На закруглениях автодорог ширина их дорожного полотна увеличивается и оно выполняется односкатным в сторону внутреннего радиуса закругления. С обеих сторон автодороги устраиваются обочины шириной 1 - 2 м. Для стационарных автодорог, соору жаемых в выемках (траншеях) с обоих сторон делаются кюветы трапециевидного сечения глубиной 0.8 - 0.9 м и шириной по дну не менее 0.4 м. Для автодорог, строящихся на косо
горах делается один кювет со стороны горы, а с противоположной стороны устанавливает ся ограждение.
Временные дороги на рабочих уступах и на отвалах, как правило, покрытия не имеют. Их строительство заключается в планировке площадки уступа или отвала бульдо зером, грейдером или автостругом, и только при очень слабых породах делается отсыпка временной дороги щебнем или дроблеными вскрышными породами.
3.3.3.Конвейерный транспорт на карьерах.
Конвейерный транспорт на карьерах применяется для транспортирования мягких пород и угля, а также для транспортирования сыпучих или мелко раздробленных пород. Из всех известных видов конвейеров на карьерах применяются только ленточные конвейеры в общепромышленном напольном исполнении. Ширина ленты применяемых конвейеров ко леблется от 0.8 до 3.6 м. На мощных конвейерах применяются резинотросовые ленты, а на менее мощных - резинотканевые. Транспортируемые грузы на карьерах приводят к быст рому износу ленты, обычно срок службы ленты составляет 6 - 7 месяцев. Этому способст вует также эксплуатация ленточных конвейеров в условиях отрицательных температур. Бы строму износу ленты может способствовать и погрузка пород на конвейер экскаваторами, что связано с падением кусков породы на ленту с высоты. Поэтому при погрузке пород экскаваторами на ленточные конвейеры применяют бункеры в качестве промежуточного звена. Важным достоинством ленточных конвейеров является возможность транспортиро вания пород снизу вверх под достаточно большими углами. В общем случае угол наклона ленточного конвейера определяется свойствами транспортируемых пород, их коэффициен том трения с лентой конвейера, но максимальный угол транспортирования при этом не превосходит 18°. Применение ленточных конвейеров на открытых разработках позволяет обеспечить непрерывность транспортирования пород, позволяет сократить транспортные коммуникации при разработке глубоких карьеров.
Кроме ленточных конвейеров общепромышленного исполнения на карьерах применяют и специальные ленточные конвейеры, некоторые из которых показаны на рис. 3.13. Э'ги конвейеры могут использоваться как в стационарном исполнении, так и на гусеничном ходу. Предназначены они, главным образом, для перегрузки вскрышных пород в отвалы. Транспортно-отвальный мост (рис. 3.13.а) представляет собой металлическую ферму, на которой установлен ленточный конвейер. Как правило, транспортно-отвальные мосты ра
ботают совместно с многочерпаковыми экскава торами. Подача пород на транспортно-отвальный мост осуществляется ленточными конвейера ми. Консольный отвалообразователь (рис. 3.13.6) представляет собой консольно установленный ленточный конвейер длиной до 225 м. Отвалообразователь может ра ботать как с экскаватора ми циклического дейст вия, так и с многочерпаковыми экскаваторами.
Конвейерный перегружа
Рис.3.13. Специальные ленточные конвейеры.
тель (рис. 3.13.в) исполь зуется в качестве промежуточного звена при конвейерном транспорте.
3.3.4. Трубопроводный транспорт на карьерах.
Трубопроводный транспорт на карьерах применяется, главным образом, при до быче обводненных песков земснарядами. Диаметр применяемых труб колеблется от 0.3 до 1.0 м. Соединение труб на фланцах. Трубопроводы располагаются на понтонах, что обеспе чивает их плавучесть. Пески транспортируются в виде пульпы под давлением, создаваемым насосом земснаряда.
3.4. Отвалообразование вскрышных пород на карьерах.
Как уже говорилось, открытая разработка полезных ископаемых связана с необхо димостью выемки и перемещения вскрышных пород, залегающих над полезным ископае мым. Перемещаемые вскрышные породы складируются на специальных площадях, назы ваемых отвалами. Отвалы в комплексе с техническими устройствами, средствами механи
зации составляют отвальное хозяйство карьера. Работы, связанные с транспортированием вскрышных пород и их размещением на отвалах называются отвальными работами.
В зависимости от расположения отвала относительно границ карьерного поля различают внутренние и внешние отвалы. Внешние отвалы располагаются за контуром карьерного поля. Они создаются при разработке наклонных, крутонаклонных и крутых ме сторождений. При выборе места заложения внешнего отвала следует иметь ввиду, что:
под внешними отвалами не должно залегать полезное ископаемое, разработка которого может осуществляться открытыми горными работами;
под внешние отвалы должны отводится площади, не пригодные для сельскохозяйствен ного и другого производства;
внешние отвалы должны быть достаточно удалены от производственных зданий, соору жений и особенно от населенных пунктов;
внешние отвалы должны располагаться как можно ближе к карьеру, чтобы сократить расходы на транспортирование вскрышных пород.
Транспортирование вскрышных пород на внешние отвалы осуществляется желез нодорожным, автомобильным или конвейерным транспортом. Очень редко породы на внешние отвалы перегружаются непосредственно экскаваторами (как правило, при очень небольших размерах карьерного поля).
Внутренние отвалы сооружаются на отработанных площадях внутри контура карьера. Применение внутренних отвалов значительно сокращают затраты на отвалообразование, т.к. сокращается или вообще отпадает необходимость в транспортировании вскрышных пород. Внутренние отвалы создаются при разработке горизонтальных или сла бонаклонных (до 12°) месторождений. Применение внутренних отвалов возможно только в том случае, когда дальнейшая углубка горных работ невозможна либо по причине отсутст вия полезного ископаемого, либо по причине достижения максимально возможной глуби ны разработки. Транспортирование породы во внутренние отвалы осуществляется, главным образом, непосредственной перевалкой пород экскаваторами или с использованием транс портно-отвальных мостов или консольных ленточных отвалообразователей.
В начальный период отработки карьера работа с внутренним отвалом невозможна, поэтому разработка карьера всегда начинается с внешним отвалом. И только по мере отра ботки достаточных площадей работы могут переходить на внутренние отвалы.
Перемещение фронта работ отвального уступа в горизонтальной плоскости назы вается развитием отвала по площади. Различают развитие отвала по площади параллельное, веерное и кольцевое. При параллельном развитии отвал* ^ип. 3.14.а) новый уступ отвала параллелен предыдущему. При веерном (рис. м 3.14.6) - перемещение отвального уступа не оди наково по длине уступа. Кольцевое развитие отвала (рис. 3.14.в) предусматривает равномерное пере мещение уступа во всех направлениях.
По высоте отвалы вскрышных пород мо гут быть одноярусными или многоярусными. Од ноярусный отвал имеет по высоте только один уступ и развитие такого уступа идет только по площади. Многоярусные отвалы по высоте имеют несколько уступов и их развитие идет и по площа ди, и по высоте. Причем на новый уступ по высоте отвальные работы переходят только после того, как предыдущий уступ заложен на полную пло щадь.
Конкретная технология складирования вскрышных пород на отвале определяется видом транспортирования пород и применяемой механизацией отвальных работ.
3.4.1.Отвалообразование при железнодорожном транспорте породы.
*Железнодорожный транспорт вскрышных пород на отвалы применяется только при внешних отвалах. При этом основным средством механизации отвальных работ явля ются прямые механические лопаты и драглайны. Редко для отвальных работ применяются отвальные плуги и бульдозеры.
При любой из выше перечисленных механизаций отвальных работ железнодо рожный путь на отвале всегда располагается на 4 - 7 м выше площадки отвального уступа. Этим обеспечивается боковая разгрузка вагонов или думпкаров на откос уступа, откуда по роды уже перемещаются экскаваторами, отвальными плугами или бульдозером. В началь ный период создания отвала для этой цели отсыпается первоначальная насыпь высотой около 7 м и шириной по верху 7 - 10 м. В условиях горизонтальной площадки, отводимой
под отвал, для создания первоначальной насыпи одноковшовым экскаватором проходится траншея с размещением породы от проходки на борту траншеи. Технология проведения та ких траншей рассмотрена далее в разделе 4 настоящего курса лекций. Первоначальная на сыпь, образованная при проведении траншеи показана на разрезе I - I рис. 3.15. Возможно также создание первоначальной насыпи с доставкой породы автотранспортом из карьера. В этом случае траншея не проходится. Верхняя площадка первоначальной насыпи планиру ется бульдозером, при необходимости укатывается и по ней прокладывается рельсовый путь.
Рис. 3.15. Начальная стадия отсыпки отвала при же лезнодорожном транспорте вскрышных пород.
Дальнейшее соз дание отвала произво дится следующим обра зом. Вскрышные породы, доставленные железно- дорож-ным транспортом, разгружаются на откос первоначальной насыпи и откос траншеи и далее перемещаются одноков шовым экскаватором (рис. 3.15). Экскаватор черпает разгруженную породу и разгружает ее на противоположный борт траншеи и назад по ходу экскаватора, засы пая траншею до уровня первоначальной насыпи (разрез по II - II на рис. 3.15).
Если высота от вального уступа больше