Сущность открытых горных работ

Открытыми горными работами называют комплекс работ, производимых с земной поверхности для добычи разнообразных полезных ископаемых. Совокупность образующихся при этом различных горных выработок носит название карьера.

При разработке горизонтальных или пологих залежей удаляют только покрывающие вскрышные породы (рис. 1.1, а); породы лежачего бока (почвы) не извлекаются.

 

При разработке наклонных и крутых залежей помимо покрывающих необходимо удалить и часть вмещающих пустых пород для создания транспортного доступа к различным частям залежи по глубине и обеспечения устойчивости массива вмещающих пород после выемки полезного ископаемого. Для этих целей угол откоса породного массива не должен превышать 25 – 35°. При разработке наклонных залежей вскрышные породы удаляются только со стороны висячего бока залежи (рис. 1.1, б). При разработке крутой залежи необходимо удалять породы со стороны висячего и лежачего ее боков (рис. 1.1, в).

Удаление больших масс покрывающих и вмещающих вскрышных пород является главной особенностью открытых разработок. Годовые объемы перемещаемых пород, как правило, значительно превышают объемы добываемых полезных ископаемых.

Основные затраты при открытой разработке приходятся на перемещение пород, покрывающих или вмещающих залежь. Поэтому при разработке горизонтальных и пологих залежей вскрышные породы стремятся перемещать по кратчайшему расстоянию в ранее созданное выработанное пространство. При разработке наклонных и крутых залежей размещение вскрышных пород в выработанном пространстве возможно только в исключительных случаях, их обычно вывозят за пределы карьера,

 

Основные понятия и терминология открытых горных работ

Выемка полезного ископаемого, покрывающих и вмещающих пород производится слоями, с опережением верхними нижних. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов и в земной коре образуется выработанное пространство. Размеры выработанного пространства при разработке горизонтальных залежей увеличиваются в плане (рис. 1.2, а), а при разработке наклонных и крутых залежей – одновременно и в плане и по глубине (рис. 1.2, б) вследствие постепенной нарезки новых уступов.

Обычно разрабатываемые слои горизонтальны (рис. 1.3, а); иногда при разработке пологих залежей слои бывают наклонными (рис. 1.3,6), а при разработке крутых залежей — крутыми (рис. 1.3, в).

Каждый уступ характеризуется высотной отметкой горизонта расположения на нем транспортных коммуникаций. Отметки уступов могут быть абсолютные (относительно уровня моря) или условные.

Поверхности, ограничивающие уступ по высоте, называют нижней и верхней площадками (рис. 1.4). Наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства, называется откосом уступа, а угол наклона уступа к горизонтальной плоскости – углом откоса уступа (см. рис. 1.4). Линии пересечения откоса уступа с нижней и верхней площадками называются соответственно нижней и верхней бровками (см. рис. 1.4).

 

Различают рабочие и нерабочие уступы и борта карьера. На рабочих уступах производится выемка горных пород, поэтому нижняя площадка этого уступа называется рабочей площадкой (см. рис. 1.4). Здесь располагают выемочное оборудование и транспортные коммуникации, необходимые для разработки уступа.

По условию технологии выемки уступы могут разделяться на подуступы (рис. 1.5), разработка которых ведется одним и тем же или разным выемочным оборудованием последовательно или одновременно, но обязательно на единый для уступа транспортный путь.

Подготовленная для разработки часть уступа по длине называется фронтом работ уступа (см. рис. 1.4). Он может быть в плане прямолинейным или криволинейным.

 

Поверхность горных пород в пределах уступа или развала, являющаяся объектом выемки, называется забоем.

Месторождение или часть его, разрабатываемую одним карьером, называют карьерным полем.

В состав земельного отвода карьера входит карьерное поле, внешние отвалы, промышленная площадка и другие производственные сооружения.

Ступенчатые боковые поверхности, образованные откосами и площадками уступов и ограничивающие выработанное пространство, называются бортами карьера (см. рис. 1.1).

Представленный рабочими уступами борт называют рабочим бортом карьера.

Линия, ограничивающая карьер на уровне земной поверхности, является верхним контуром карьера, а линия, ограничивающая дно (подошву карьера), – его нижним контуром.

Положения рабочего борта, верхнего и нижнего контуров карьера меняются в пространстве. Постепенно отдельные уступы, начиная сверху, достигают конечных контуров (границ) карьера. К моменту окончания (погашения) открытых работ им соответствует конечная глубина и конечные размеры карьера в плане (см. рис. 1.2).

На нерабочих бортах карьера горные работы не производятся, и откосы уступов разделяются площадками (бермами). Различают транспортные и предохранительные бермы и бермы очистки (рис. 1.6). Они формируются при подходе рабочих уступов к конечным контурам карьера за счет уменьшения ширины рабочих площадок.

На транспортных (соединительных) бермах шириной 10 – 15 м расположены транспортные коммуникации, соединяющие пути на рабочих площадках уступов и в специальных наклонных (крутых) выработках, через которые осуществляется грузотранспортная связь с поверхностью и другими горизонтами.

Предохранительные бермы шириной от 3 – 5 до 8 – 10 м служат для повышения устойчивости прибортового массива горных пород, а также для задержания осыпающихся с верхних уступов кусков породы.

Площадки очистки представляют собой предохранительные бермы увеличенной ширины, позволяющие разместить необходимое оборудование (бульдозеры, небольшие экскаваторы, погрузчики, автосамосвалы) для периодической очистки бортов карьера от осыпей и навалов. Их оставляют через три – четыре уступа по высоте.

Угол между линией, нормальной к простиранию борта и соединяющей верхний и нижний контуры, и горизонталью называется углом откоса рабочего (нерабочего) борта карьера (см. рис. 1.4 и рис. 1.6). Величина его зависит от состояния массива, высоты уступов и ширины площадок. Угол откоса рабочего борта карьера γ_р изменяется от 7 до 17° (иногда до 23 – 27°); а нерабочего борта γ_н – от 25 до 35°.

 

Совокупность уступов, находящихся в одновременной разработке, называется рабочей зоной карьера. Положение ее определяется отметками нижних площадок верхнего и нижнего (на данный момент времени) рабочих уступов карьера.

Длина фронта горных работ карьера представляет суммарную протяженность фронтов горных работ всех рабочих уступов.

Для введения в работу нового уступа необходимо создать транспортный доступ к нему и первоначальный фронт работ с соответствующей рабочей площадкой.

Для расположения транспортных коммуникаций, по которым будет перемещаться горная масса нового уступа на поверхность или на вышележащие уступы, необходимо вскрыть уступ (нарезать горизонт), т. е. провести с поверхности или с вышележащего уступа специальные (вскрывающие) горные выработки. Эти выработки соединяют с разными высотными отметками и поэтому имеют определенный угол наклона. При сооружении вскрывающие выработки обычно имеют близкое к трапециевидному или треугольному (на косогоре) поперечное сечение (рис. 1.7, а, б), и называются соответственно капитальными траншеями и полутраншеями. Проведение траншей и полутраншей называется вскрытием уступа.

 

Для создания начального фронта работ на вскрытом уступе необходимо провести от вскрывающей выработки горизонтальную (реже с небольшим уклоном для стока воды) горную выработку – разрезную траншею (полутраншею).

Все горные работы на карьере состоят из горно-подготовительных (проведение траншей) (рис. 1.7, в, г), вскрышных (выемка, перемещение и размещение вскрышных пород) и добычных (выемка, перемещение и складирование полезного ископаемого) работ.

Эти работы необходимо проводить в определенном порядке, соблюдая между ними, элементами и параметрами горных выработок, в которых они выполняются, определенные соотношения и зависимости, позволяющие по техническим условиям обеспечить в каждый момент времени необходимый фронт горных работ на добычных и вскрышных уступах, производительную и безопасную работу применяемого оборудования.

Принятый порядок выполнения горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ, обеспечивающий для данного месторождения безопасную, экономичную и полную выемку балансовых запасов полезного ископаемого, называется системой разработки.

При разработке месторождений полезных ископаемых вскрышные породы размещаются либо в выработанном пространстве карьера, либо на специально отведенных площадях за пределами карьерного поля.

Насыпи пустых пород и некондиционных полезных ископаемых называются отвалами. Отвалы, размещаемые в выработанном пространстве карьера, называются внутренними, а вне его конечных контуров – внешними.

В административно-хозяйственном понимании карьером называют горное предприятие, осуществляющее открытую, разработку месторождения. В угольной промышленности это предприятие называют разрезом.