Технология возведения карьера

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.

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.