Первоначальный фронт горных работ может быть расположен вдоль длинной и короткой осей карьерного поля, а также концентрически (рис. 3.2). Расположение фронта работ вдоль длинной оси карьерного поля создает благоприятные условия для интенсивной разработки месторождения и создания больших объемов вскрытых запасов. Однако такое расположение фронта требует выполнения большого объема горнокапитальных работ при строительстве карьера и большой длины транспортных коммуникаций. Его целесообразно применять при малой мощности вскрышных пород. При расположении фронта работ вдоль короткой оси объемы горно-капитальных работ и длина транспортных коммуникаций относительно небольшие. Но при этом резервы увеличения производительности карьера и создания вскрытых запасов полезного ископаемого ограничены. Усложняются вскрытие уступов и эксплуатация транспортных коммуникаций из-за частого их переустройства. Так располагать фронт целесообразно при большой мощности вскрыши. В этом случае, как правило, используются мобильные виды транспорта.
Концентричное расположение фронта вызывает необходимость изменения его протяженности в процессе работы карьера. Такое расположение фронта обеспечивает минимальные объемы горно-калитальных работ и высокий темп углубки.
Фронт работ уступа может перемещаться параллельно длинной или короткой оси карьерного поля от одной его границы к другой (однобортовая выемка), параллельно длинной или короткой оси карьерного поля от промежуточного положения к границам (двухбортовая выемка), радиально от центра выемочного слоя к его границам или от периферийных участков к центру, по вееру с поворотным пунктом, расположенным на границе карьерного поля или вблизи нее (см. рис.3.2).
Длина Lфу фронта работ уступа и скорость vф его подвигания должны обеспечить работу экскаваторов с заданной годовой эксплуатации оной производительностью, определяемой по формуле (3.1)
Пэ.г. =hу Lф.у. Vф. /Nэ.у. ,
где Nэ.у - число экскаваторов, работающих на данном уступе.
Число экскаваторов на уступе может быть различным, однако при использовании мощного оборудования желательно иметь на уступе один экскаватор, производительность которого равняется запланированному объему работ. Это позволяет улучшить организацию работ на уступе и способствует повышению производительности оборудования. При малой длине фронта работ и небольшой скорости его подвигания возникает необходимость отработки группы уступов одним экскаватором, что связано с периодической перестройкой транспортных коммуникаций. Перегон экскаваторов (особенно мощных) с уступа на уступ связан со снижением их производительности и нежелателен по техническим причинам. При работе на уступе двух экскаваторов и более фронт работ уступа делится на отдельные экскаваторные блоки, длина которых для экскаваторов ЭКГ-5 и ЭКГ-8 составляет 500-600 и 1000-1400 м соответственно при использовании автомобильного и железнодорожного транспорта. Скорость подвигания фронта работ зависит от мощности оборудования, мощности залежи, производительности карьера и других факторов и изменяется в пределах 30-250 м в год. Обычно годовая скорость подвигания фронта работ изменяется в пределах 40-140 м. Рабочая зона карьера - это зона, в которой осуществляются вскрышные и добычные работы. Она характеризуется совокупностью вскрышных и добычных уступов, одновременно находящихся в работе. Положение рабочей зоны определяется высотными отметками рабочих уступов и длиной их фронта работ. Рабочая зона представляет собой перемещающуюся и изменяющуюся во времени поверхность, в пределах которой осуществляются работы по подготовке и выемке горной массы. Она может охватывать один, два или все борта карьера. При строительстве карьера рабочая зона, как правило, включает только вскрышные уступы, а к окончанию горно-капитальных работ - и добычные. Число вскрышных, добычных и горно-подготовительных забоев в рабочей зоне не может устанавливаться произвольно, так как от этого зависит выполнение планов по отдельным видам работ. В рабочей зоне карьера каждый экскаватор в процессе работы занимает определенную горизонтальную площадь Sб , которая характеризуется шириной В рп рабочей площадки и длиной Lб экскаваторного блока. Обычно S6 = 20/40 тыс. м2 при железнодорожном транспорте и S6 =5/20 тыс.м2 при автомобильном транспорте. Число экскаваторных блоков, которое может разместиться в рабочей зоне карьера, определяется по формуле (3.2)
Nб =k0 kр .б .Sр.з ./Sб
где: k0 =0,85 /0,93 - коэффициент, учитывающий наличие откосов уступов в рабочей зоне;
kр.б .=0,7/0,8 – коэффициент учитывающий наличие резервных (нерабочих) блоков.
3.3 Классификация систем разработки
Наибольшее применение в горнотехнической литературе и практике получили классификации систем разработки, предложенные проф. Е.Ф. Шешко, акад. Н.В. Мельниковым и акад. В.В. Ржевским.
В основу классификации, предложенной акад. В.В. Ржевским (табл.3.1.), положены горно-геологические и геометрические предпосылки, характеризующие порядок разработки месторождения. Согласно этой классификации имеет место существенное различие систем разработки горизонтальных и пологих, а также наклонных и крутых месторождений. Системы разработки горизонтальных месторождений характеризуются только порядком выполнения вскрышных и добычных работ, так как горно-подготовительные работы в этих условиях заканчиваются в период строительства карьера. Возобновиться горно-подготовительные работы могут только в период реконструкции карьера. Такие системы разработки называются сплошными (с постоянной рабочей зоной).
Таблица 3.1 – классификация систем разработки
| Индекс групп систем | Группы | Индекс подгрупп | Подгруппы | Индекс систем | Системы разработки |
| С | Сплошная (с постоянным положением рабочей зоны) | СД | Сплошная продольная | СДО | Сплошная продольная однобортовая |
| СДД | Сплошная продольная двухбортовая | ||||
| СП | Сплошная поперечная | СПО | Сплошная поперечная однобортовая | ||
| СПД | Сплошная поперечная двухбортовая | ||||
| СВ | Сплошная веерная | СВЦ | Сплошная веерная центральная | ||
| СВР | Сплошная веерная рассредоточенная | ||||
| СК | Сплошная кольцевая | СКЦ | Сплошная кольцевая центральная | ||
| СКП | Сплошная кольцевая периферийная | ||||
| У | Углубочная (с переменным положением рабочей зоны) | УД | Углубочная продольная | УДО | Углобочная продольная однобортовая |
| У | Углубочная (с переменным положением рабочей зоны) | УДД | Углубочная продольная двухбортовая | ||
| УП | Углубочная поперечная | УПО | Углобочная поперечная однобортовая | ||
| УПД | Углубочная поперечная двухбортовая | ||||
| УВ | Углубочная веерная | УВР | Углубочная веерная рассредоточенная | ||
| УК | УК | Углубочная кольцевая | УКЦ | Углобочная кольцевая центральная | |
| УС | Смешанная (углобочно-сплошные) | УСД | Углобочно-сплошная продольная | УСДО | Углобочно-сплошная продольная однобортовая |
| УСП | То же, поперечная | УСПД | То же, поперечная двухбортовая | ||
| УС | Смешанная (углобочно-сплошные) | УСВ | То же, веерная | УСВР | То же, веерная рассредоточенная |
| УСК | То же, кольцевая | УСКЦ | То же кольцевая центральная |
Примечание. К наименованию системы добавляется: "с внешними (или внутренними) отвалами". Системы разработки наклонных и крутых месторождений характеризуются порядком выполнения вскрышных, добычных и горноподготовительных работ, так как горно-подготовительные работы на таких месторождениях ведутся как в период строительства карьера, так и в процессе его работы (для воссоздания фронта вскрышных и добычных работ нарезаются очередные по глубине уступы). Такие системы разработки называются углубочными (с переменной рабочей зоной).
Месторождения со сложными топографическими и горно-геологическими условиями могут разрабатываться смешанными (углубочно-сплошными) системами.
Порядок разработки месторождения связан с развитием горных работ по отношению к контурам карьерного поля. В связи с этим различают следующие системы разработки по направлению выемки в плане:
продольные однобортовые и двухбортовые, когда фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного поля;
поперечные однобортовые и двухбортовые, когда фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно короткой оси карьерного поля.
веерные, когда фронт вскрышных и добычных работ перемещается по вееру с центральным (общим) или рассредоточенным (два и более) поворотными пунктами.
кольцевые, когда фронт вскрышных и добычных работ имеет форму кольца и разработка ведется от центра к границам карьерного поля или от границ к центру.
Классификации систем разработки, предложенной акад. В.В. Ржевским, предшествовали классификации, разработанные проф. Е.Ф. Шешко, (1949 г.) и акад. Н.В. Мельниковым (1951 г.).
В основу классификации, предложенной проф. Е.Ф. Шешко (табл. 3.2 и рис. 3.3), положено направление перемещения вскрышных пород в отвалы. Эта классификация включает следующие группы систем.
Группа А включает системы с поперечным перемещением вскрыши в отвалы без применения транспортных средств (бестранспортные системы) .
Группа Б включает системы с продольным (вдоль фронта) перемещением вскрыши в отвалы с применением транспортных средств (транспортные системы).
Группа В включает комбинированные системы с поперечным и продольным перемещением вскрыши в отвалы. Эти системы являются комбинацией транспортных и бестранспортных систем.
Системы с поперечной перевалкой вскрыши во внутренние отвалы являются технологически наиболее простыми и экономичными.
Таблица 3.2. – классификация групп систем разработки
| Группы систем разработки | Наименование систем разработки | Условное обозначение систем разработки |
| А, Системы разработки с перевалкой вскрыши (с поперечным перемещением вскрыши в отвалы) | 1. Система разработки с непосредственной перевалкой вскрыши | А-1 |
| 2. То же, с кратной экскаваторной перевалкой вскрыши | А-2 | |
| 3. То же, с перевалкой вскрыши отвало-образователями | А-3 | |
| Б. Системы разработки с перевалкой вскрыши (с продольным перемещением вскрыши в отвалы) | 4. Система разработки с перевозкой вскрыши на внутренние отвалы | Б-4 |
| 5. То же, на внешние отвалы | Б-5 | |
| 6. То же, на внешние и внутренние отвалы | Б-6 | |
| В. Системы разработки с перевалкой и перевозкой вскрыши (с поперечным и продольным перемещением вскрыши в отвалы) | 7. Система разработки с частичной перевозкой вскрыши на внутренние или внешние отвалы | В-7 |
| 8. То же, с частичной перевалкой вскрыши во внутренние отвалы | В-8 | |
| А-0. Системы разработки с незначительным объемом вскрышных работ, когда способы перемещения вскрыши в отвалы не имеют существенного значения | А-0 |
Однако перевалка породы в рабочих органах экскаваторов ограничивает параметры этих систем и область их применения. Здесь жестко взаимоувязаны вскрышные и добычные работы, а объем вскрытых запасов строго ограничен.
Системы с продольной перевозкой вскрыши на отвалы более сложны и менее экономичны. Однако у них нет такой жесткой взаимоувязки вскрышных и добычных работ, а вскрытые запасы могут быть созданы в большом объеме. Область применения этих систем более широкая.
В основу классификации, предложенной акад. Н.В. Мельниковым, положен способ производства вскрышных работ. Классификация включает следующие системы разработки: бестранспортную, экскаватор-карьер, транспортно-отвальную, специальную, транспортную и комбинированную (табл. 3.3).
Классификации систем разработки, в основу которых положены направление перемещения вскрыши в отвалы, и способ производства вскрышных работ, в неполной мере отражают порядок разработки месторождения. Эти классификации не характеризуют порядок развития фронта и рабочей зоны карьера. Наиболее универсальной является классификация систем разработки, в основу которой положены горно-геологические и геометрические предпосылки, характеризующие порядок производства вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ.
Рисунок 3.3 - Схемы систем открытой разработки месторождений по классификации Е.Ф. Шешко.
Таблица 3.3 –классификация систем разработки
Системы Разработки |
Характеристика систем | Условия применения |
Применяемое оборудование |
| Бестранспортная (без переэкскавации или с переэкскавацией на отвалах) | Вскрыша перемещается во внутренние отвалы непосредственно экскаваторами (возможна переэкскавация пород на отвалах) | Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности,, мощность покрывающих пород ограничена рабочими размерами экскаваторов. Наклонные и крутые месторождения при мягких вмещающих породах и глубине карьера, позволяющей производить двойную и тройную переэкскавацию | Мехлопаты и драглайны с большими рабочими размерами |
| Экскаватор-карьер | Вскрышные и добычные работы производятся одним драглайном попеременно. Вскрыша переваливается в выработанное пространство, полезное ископаемое грузится в передвижной бункер, устанавливаемый на поверхности, или в навал; из бункера полезное ископаемое поступает на конвейер или в средства железнодорожного транспорта | Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности (до 25 м) при покрывающих породах мощностью до 30 м | Драглайн, передвижной бункер с питателем, мехлопата для погрузки из навала |
| Транспортно-отвальная | Вскрыша перемещается во внутренние отвалы при помощи транпортно-отвальных мостов или овалообразователей. | Горизонтальные и пологие месторождения с мягкими покрывающими породами. | Цепные и роторные экскаваторы и мехлопаты, трнспортно-отвальные мосты и передвижные консольныеотвалообразвователи. |
| Специальная | Вскрыша удаляется башенными экскаваторами, колесными скреперами, гидромеханизированным способом или кабель краном. | Горизонтальные и пологие месторождения с мягкими покрывающими породами. При применении кабель-кранов в условиях крутых пластов в крепких породах. | Кабельные экскаваторы, колесные скреперы, гидромониторы и землесосные установки, кабель-краны. |
Системы разработки |
Характеристика систем | Условия применения |
Применяемое оборудование |
| Транспортная | Вскрыша перемещается транспортными средствами на внутренние или внешние отвалы. | Месторождения различной формы с породами любой крепости. | Экскаваторы любых типов и рельсовый, автомобильный или конвейерный транспорт. |
| Комбинированная | Комбинация различных систем. | Горизонтальные и пологие месторождения ограниченной мощности с мягкими породами. | Экскаваторы любых типов для верхних уступов, экскаваторы увеличенных размеров для нижних уступов и рельсовый или автомобильный транспорт, транспортно-отвальные установки. |
3.4 Факторы, влияющие на выбор системы разработки
Комплекс оборудования, составляющий структуру комплексной механизации, формируется в карьере по отдельным грузопотокам. Число грузопотоков в карьере не менее двух (для транспортирования вскрышных пород и полезного ископаемого). Во многих случаях (особенно на крупных карьерах и при нескольких видах раздельно транспортируемых пород) технически и экономически целесообразна организация нескольких грузопотоков вскрышных пород и полезного ископаемого. Отдельные вскрышные грузопотоки выделяются в следующих случаях: при больших масштабах вскрышных пород, значительных размерах карьерных полей, перевозке вскрыши на внешние и внутренние отвалы или на рассредоточенные отвалы, использовании различных видов транспорта при перемещении вскрыши с различных горизонтов и др. Отдельные грузопотоки полезного ископаемого выделяются в основном тогда, когда необходимы его раздельная выемка по типам и сортам и перемещение на различные дробильно-сортировочные и обогатительные фабрики.
На крупных карьерах отдельные грузопотоки делят карьер на технологические зоны, которые включают в себя обслуживаемую часть рабочей зоны и ту нерабочую часть карьера, где расположены транспортные коммуникации данного грузопотока. В каждой технологической зоне действуют свои независимые или частично зависимые от других зон комплексы бурового, погрузочного и транспортного оборудования. Структуры комплексной механизации при использовании оборудования цикличного действия показаны на рис. 3.6. Комплекс оборудования формируется из соответствующего основного и вспомогательного оборудования отдельных технологических процессов: подготовка пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, перемещение горной массы, отвалообразование (при разработке пустых пород), складские работы и первичная переработка (при разработке полезных ископаемых). В зависимости от свойств породы и горно-геологических условий месторождения при производстве горных работ могут отсутствовать отдельные процессы (подготовка пород к выемке и их транспортирование). В этом случае в комплексе отсутствуют соответствующие средства механизации.
Структуры комплексной механизации строятся на принципах поточности и максимального совмещения выполнения процессов. Поточность легче достигается при использовании машин непрерывного действия. Совмещение производственных процессов в благоприятных условиях осуществляется посредством применения машин, способных осуществлять выемку, перемещение горной массы и ее укладку в отвал (мощные вскрышные мехлопаты и драглайны, колесные скреперы, бульдозеры и др.). Основаниями к выбору оборудования при формировании структур комплексной механизации карьеров служат природные, технологические, технические, организационные и экономические факторы.
Из природных факторов наибольшее влияние на выбор основного оборудования структур комплексной механизации оказывают крепость пород, условия залегания полезного ископаемого, вид и назначение полезного ископаемого, топография поверхности карьерного поля и климатические условия района.
Крепость пустых пород и полезного ископаемого предопределяет способ бурения скважин. Она оказывает влияние на выбор буровых станков, погрузочного оборудования и определяет конструктивные требования к транспортным сосудам. Мощность экскаваторов и емкость их ковша также зависят от крепости пород. Влияние крепости пород на выбор транспортных сосудов проявляется через их плотность и абразивность. Так, для перевозки более крепких пород, обладающих большими плотностью и абразивностью, используются более прочные транспортные сосуды, как правило, с большим коэффициентом тары. Условия залегания полезного ископаемого оказывают влияние на выбор вместимости ковша экскаватора и вида карьерного транспорта. Как правило, для разработки рассредоточенных и маломощных залежей наиболее приемлемы экскаваторы с ковшом небольшой вместимости и более маневренный вид транспорта, что позволяет снизить потери и разубоживание.
Наибольшее влияние на выбор вида карьерного транспорта оказывают размеры карьерного поля, расстояние транспортирования, топография поверхности и климатические условия района.
Из технологических и технических факторов на выбор оборудования основных процессов наибольшее влияние оказывают производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше. В определенных условиях существенное влияние на выбор оборудования могут оказать требования к восстановлению поверхности.
Производительность карьера в наибольшей степени влияет на выбор параметров горных и транспортных машин (вместимости ковша экскаватора, грузоподъемности и вместимости транспортных средств, диаметра скважин и др.).
На более мощных карьерах, как правило, рационально использовать более мощное горное и транспортное оборудование, обеспечивающее наибольший экономический эффект.
Из экономических факторов на выбор оборудования оказывают влияние капитальные и эксплуатационные затраты.
Рациональное использование комплексов оборудования технологических грузопотоков базируется на необходимых технологических качественных и количественных взаимосвязях в работе оборудования смежных процессов.
Пример таких взаимосвязей при использовании наиболее распространенных комплексов оборудования с экскаваторами цикличного действия, железнодорожным и автомобильным транспортом приведен в таблице 3.4.
Таблица 3.4 – необходимые технологические качества
| Комплексы оборудования | Смежные технологические процессы |
Технологические взаимосвязи |
| Буровые станки - экскаваторы цикличного действия - железнодорожный транспорт | Подготовка горных пород к выемке и выемочно-погру-зочные работы | Типоразмер и число буровых станков производительность и число экскаваторов в грузопотоке |
Погрузка и транспортирование |
Полезная масса поезда и число локомотивосоставов - производительность и число экскаваторов в грузопотоке | |
| Буровые станки - экскаваторы цикличного действия - железнодорожный транспорт | Транспортирование и отвалообразование | Полезная масса поезда и число локомотивосоставов - производительность и число отвальных машин в грузопотоке |
Буровые станки - экскаваторы цикличного действия - автомобильный транспорт |
Подготовка горных пород к выемке и выемочно-погру-зочные работы | Типоразмер и число буровых станков производительность и число экскаваторов в грузопотоке |
| Погрузка и транспортирование | Вместимость кузова (грузоподъемность) автосамосвала и число автосамосвалов - производительность экскаватора и число экскаваторов в грузопотоке ' | |
| Транспортирование и отвалообразование | Производительность и число автосамосвалов - производительность и число отвальных машин; |
Выбор оборудования отдельных технологических процессов и формирование структур комплексной механизации карьеров с учетом изложенных выше принципов и влияния приведенных групп факторов базируются на следующих основных положениях:
1. Формирование структур комплексной механизации на карьерах основывается на рациональном формировании основного и вспомогательного оборудования грузопотоков.
2. В состав комплексов могут входить только те машины, технические характеристики которых соответствуют физико-техническим характеристикам пород и условиям их залегания.
3. Для обеспечения успешного функционирования комплексов оборудования необходимо предусмотреть обоснованный численный ее резерв или резерв по производительности.
4. Мощность, параметры, производительность и число машин и механизмов смежных основных и вспомогательных производственных процессов должны быть взаимоувязаны.
5. Ведущими машинами в общем технологическом процессе, с которыми увязываются параметры, производительность и число машин других звеньев грузопотоков, являются, как правило, погрузочные и транспортные машины.
6. Выбор машин для механизации вспомогательных работ определяется типоразмером оборудования и организацией работ основных процессов, производительностью карьера и условиями залегания полезного ископаемого.
Выбор структуры комплексной механизации для конкретного месторождения осуществляется в следующем порядке:
На первом этапе исключаются структуры, которые не могут быть применены в данных условиях по техническим и природным факторам.
Из оставшихся выбирают наиболее вероятные структуры, которые в наибольшей степени
29-04-2015, 00:50