Системы разработки, основные элементы и параметры

В практике открытых разработок при эксплуатации горизонтальных и пологих залежей широкое применение находят продольные и поперечные одно- и двухбортовые системы разработки с выемкой пород горизонтальными слоями.

Продольные однобортовые сплошные системы разработки (рис. 8.5, а) характерны для месторождений вытянутой формы, представленных значительными запасами полезного ископаемого. Выработанное пространство, как правило, используется для размещения вскрышных пород (внутреннее отвало-образование). При значительной мощности вскрыши и невозможности ее полного размещения во внутренние отвалы частично вскрышные породы укладывают во внешние отвалы. С целью сокращения дальности перевозок и снижения затрат на транспорт наиболее целесообразна перевалка пород во внутренние отвалы при использовании техники как цикличного, так и непрерывного действия. В соответствующих условиях используется перемещение пород вскрыши либо полностью во внутренние, либо частично во внешние отвалы с помощью различных транспортных средств.

При этом почти во всех случаях нижний вскрышной уступ отрабатывается с перевалкой пород в выработанное пространство.

Для продольных однобортовых систем разработки характерна выемка слоев в пределах уступа панелями при параллельном перемещении фронта горных работ. Вскрытие рабочих горизонтов осуществляется одинарными, общими или парными траншеями внешнего заложения. С увеличением мощности вскрыши часть уступов может быть вскрыта траншеями внутреннего заложения.

Продольные двухбортовые сплошные системы разработки (рис. 8.5, б) используются также на вытянутых карьерных полях с большими запасами полезного ископаемого, позволяющими интенсивно вести их выемку с годовой производительностью в десятки миллионов тонн. Для этих систем разработки, особенно с увеличением мощности вскрыши, характерны большие объемы горно-капитальных работ. Поэтому первоначальный карьер стремятся располагать на участке с наименьшей мощностью вскрышных пород.

При определении конфигурации залежи и карьерного поля и условиях залегания полезного ископаемого применяются веерные и кольцевые сплошные системы разработки.

Веерная центральная сплошная система разработки (рис. 8.6, а) предполагает наличие на весь период эксплуатации постоянного поворотного пункта, вокруг которого происходит перемещение фронта горных работ. Для этой системы разработки характерна отработка панелей заходками переменной ширины. Развитие фронта горных работ по вееру позволяет сохранить постоянной его протяженность и обеспечить стабильную добычу полезного ископаемого. Поворотный пункт может находиться в контуре карьерного поля или за его пределами.

При веерном перемещении фронта горных работ для выемки мягких пород целесообразно применение многоковшовых экскаваторов. Отвалообразование — внутреннее. Часть вскрышных пород может располагаться на внешних отвалах.

Наличие в карьере поворотного пункта усложняет организацию движения транспорта, так как необходимо обеспечивать примыкание путей капитальной траншеи к путям рабочих горизонтов на криволинейных участках дорог.

Веерная рассредоточенная сплошная система разработки (см. рис. 7.8, б) применяется при сложной конфигурации залежи в плане. Для более полного извлечения запасов полезного ископаемого и поддержания устойчивого по длине фронта добычных работ, поворотный пункт в процессе эксплуатации один или несколько раз может быть перенесен в новое положение. Перенос поворотного пункта в новое положение усложняет и удорожает вскрытие рабочих горизонтов и организацию движения транспорта.

В случае если залежь полезного ископаемого развита в плане примерно одинаково во всех направлениях и в центре ее мощность вскрышных пород минимальна, целесообразно применять кольцевую центральную сплошную систему разработки (рис. 8.6, б). Если же мощность вскрышных пород минимальна на периферийных участках и возрастает до максимальных значений в центре залежи, целесообразно применять кольцевую периферийную сплошную систему разработки (см. рис. 7.9, б). Выемка вскрышных пород и полезного ископаемого при кольцевых системах разработки осуществляется горизонтальными слоями. Породы вскрыши размещаются на внутренних и частично на внешних отвалах. Учитывая криволинейность фронта горных работ, наиболее целесообразным видом транспорта для доставки горной массы является автомобильный.

Основными элементами перечисленных систем разработок являются высота уступов, протяженность фронта горных работ и скорость его подвигания, ширина заходок, размеры рабочих площадок и транспортных берм и т. д. Их параметры должны соответствовать параметрам принятого оборудования.

Связь системы разработки со структурой комплексной механизации обусловлена необходимостью обеспечения плановой производительности карьера по полезному ископаемому.

Протяженность фронта горных работ и направление его развития по этапам освоения месторождения устанавливаются в процессе геометрического анализа карьерного поля.

Длина фронта горных работ и скорость его подвигания зависят от размеров карьерного поля, принятой производственной мощности карьера, высоты уступов, длины выемочных блоков, производительности экскаваторов.

Скорость подвигания фронта горных работ (в м/год) характеризует интенсивность отработки и определяется скоростью подвигания выемочных блоков:

где W — годовой объем работ карьера, м³;

L — средняя протяженность карьерного поля по простиранию, м;

Н — средняя глубина карьера, м.

Годовая скорость подвигания фронта горных работ на современных карьерах изменяется от 80 – 120 до 400 – 600 м.

Одним из важнейших элементов системы разработки является высота уступа. При выборе высоты уступа необходим комплексный учет таких факторов, как обеспечение безопасности ведения горных работ, рациональное использование элементов залегания месторождения, свойств массива горных пород, способа выемки пород из массива, типа и параметров применяемого оборудования. На выбор высоты уступа влияют заданная производственная мощность карьера по полезному ископаемому и количество отрабатываемых вскрышных пород; она зависит также от принятого способа вскрытия и вида транспорта, от размеров карьерного поля и других факторов.

В конкретных условиях горного предприятия стремятся по возможности применять более мощное оборудование, вследствие чего можно увеличить высоту уступа.

При выемке мехлопатами высота уступа в связных породах не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора (в м)

При разработке сыпучих или разрыхленных скальных пород высота уступа (в м) может быть больше максимальной высоты черпания, но должно соблюдаться условие

Минимальная высота уступа определяется из условия наполнения ковша экскаватора за одно черпание. Это достигается, если

где Н_н.в. — высота расположения напорного вала экскаватора, м.

 

Для интенсификации вскрышных и добычных работ на горизонтах фронт работ уступа разделяют на выемочные блоки. Это целесообразно при большой протяженности фронта работ уступа (2 – 3 км и более).

При применении железнодорожного транспорта число выемочных блоков на горизонте ограничивается обменными операциями и обычно не превышает трех при длине каждого от 200 – 300 до 500 – 600 м; при автотранспорте в связи с его мобильностью число блоков может достигать пяти или шести, а минимальная длина каждого из них сокращается до 100 м.

Ориентировочно число блоков на уступе и число уступов, находящихся в одновременной разработке, определяется из известных производительностей добычного и вскрышного экскаваторов.