Способы производства горных работ

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОБЫЧИ СЫРЬЯ

ГЛАВА 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И ПРИМЕНЯЕМОМ ОБОРУДОВАНИИ. ЗЕМЛЕРОИНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ

Способы производства горных работ

Важнейшими строительными материалами являются цемент, песок, щебень, бетон, металлы, древесина, камень, кирпич, стекло, теплоизоляционные и кровельные материалы. Сырьем для их полу­чения (кроме древесины и других органических веществ) служат такие минеральные вещества, как известняки, кварциты, доломиты, полевые шпаты, глины, каолин, гипс, мел, слюда и другие которые залегают в недрах земли, извлекаются для применения и называ­ются полезными ископаемыми.

Работы по извлечению полезных ископаемых из недр земли на­зывают горными. Это название сохранилось с тех времен, когда до­быча полезных ископаемых сосредоточивалась именно в горных районах, где складки местности и естественные обрывы (особенно по берегам рек) обнажали месторождения полезных ископаемых, облегчая их разведку по сравнению с равнинными районами. Для добычи полезного ископаемого создают горное предприятие. При этом минеральные вещества, сопутствующие добыче полезного ис­копаемого, идут в отвал и их называют пустой породой. Разделение минеральных веществ на полезные ископаемые и пустую породу ус­ловно.

Полезные ископаемые добывают открытым, подземным или ком­бинированным способами. При открытом способе выемку, погрузку и транспортирование полезного ископаемого производят на поверх­ности земли. Выбор способа зависит от физических свойств полез­ного ископаемого, глубины залегания, мощности пластов место­рождения и их положения в пространстве, от объема предполагае­мой добычи и наличия средств механизации. Нефть и газ, напри­мер, добывают подземным способом с помощью скважин. Глубоко залегающие твердые полезные ископаемые добывают в шахтах. Большую часть сырья для производства строительных материалов добывают открытым способом в карьерах.

Карьером называют совокупность открытых горных выработок, оборудованных для добывания полезных ископаемых и составляю­щих производственно-хозяйственную единицу — предприятие, цех или участок.

Открытый способ разработки полезных ископаемых по сравне­нию с подземным (шахтным) имеет следующие преимущества: в 3...4 раза большую производительность труда при меньшей (в 2...3 раза) себестоимости добытого материала (благодаря применению мощных машин и оборудования для добычи и транспортирования); лучшие условия труда, меньший травматизм; возможность более быстрого сооружения и ввода в эксплуатацию карьера по сравне­нию с шахтой.

Преимущества открытого способа разработки полезных ископае­мых особенно наглядно проявляются в том, что при больших объ­емах работ можно эффективно использовать мощные технические средства — экскаваторы, бульдозеры, скреперы, гидромониторы, ме­ханизирующие процесс добычи и транспортирования полезных ис­копаемых и пустых пород.

К недостаткам открытого способа относят: большой объем вы­емки и перемещения пустых пород (вскрышные работы), вывод из строя больших земельных участков, зависимость работ от клима­тических условий.

В настоящее время в СССР открытым способом добывают бо­лее 50% железной руды и руд цветных металлов, 70% неметалли­ческих ископаемых и почти все нерудные строительные материалы. В двенадцатой пятилетке намечается опережающими темпами раз­вивать и добычу угля прогрессивным открытым способом, повы­сить его долю в общей добыче не менее чем до 46%.

В промышленности строительных материалов наиболее крупны­ми и механизированными являются карьеры по добыче сырья для цементных заводов и производства асбеста, сырья для керамиче­ской, стекольной и гипсовой промышленности, а также карьеры по добыче и переработке естественного камня с камнедробильными и сортировочными установками, обеспечивающие бетонные, желе­зобетонные заводы и дорожное строительство гравием, песком и щебнем.

В процессе добычи полезного ископаемого открытым способом в карьере, как правило, одновременно проводят два вида работ: 1) вскрышные и 2) добычу полезного ископаемого. Вскрышные ра­боты заключаются в удалении слоя пустой породы (вскрыши), при­крывающей полезное ископаемое. Этот слой обычно включает в се­бя растительный слой, наносы, выветрившийся слой полезного ис­копаемого. Объем вскрышных работ может возрастать по мере раз­работки месторождения при наклонном расположении пласта по­лезного ископаемого. Вскрышные работы опережают работы добыч­ные.

Экономическая целесообразность применения открытых горных работ определяется по коэффициенту вскрыши k_в — отношению объемапустых пород (в м³) к количеству добываемого полезного ископаемого (в т или м³). Коэффициент вскрыши выражается в м³/т или м³\м³ и бывает предельным, средним и текущим. Предельный коэффициент определяет экономическую эффективность. Средний Коэффициент рассчитывают в предположении разработки всего запланированногок извлечению полезного ископаемого, а текущий определяют за месяц, квартал, год.

Элементы карьера. К основным элементам карьера относят уступы, траншеи, отвалы.

ит

Рис. 1.1. Уступы и подуступы: а - основные элементы, б - расположение транспортных горизонтов

Уступом называют слой горной породы, обслуживаемый само­стоятельными средствами отбойки, погрузки и транспортирования. По высоте уступ можно разбить на подуступы с самостоятельными средствами отбойки и погрузки и общим для всего уступа транс­портом. Уступ (рис. 1.1, а) имеет верхнюю / и нижнюю 5 площад­ки, откос 3, верхнюю 2 и нижнюю 4 бровки. Угол, образуемый плос­костью откоса уступа и горизонтальной плоскостью, называют уг­лом откоса. Он зависит от высоты уступа Н (или высоты подуступа h) и свойств горной породы. Площадку уступа, на которой разме­щают основное рабочее оборудование, называют рабочим горизон­том, а площадки, по которым перемещаются транспортные сред­ства,— транспортным горизонтом. Положение транспортных гори­зонтов может обеспечивать верхнюю погрузку 1 (рис. 1.1,6), ниж­нюю погрузку 2 и промежуточную погрузку 3.

Место разработки откоса или торца уступа называют забоем ус­тупа. Часть уступа по длине, подготовленная для разработки, обра­зует фронт работ уступа. Части фронта работ уступа, разрабаты­ваемые средствами отбойки и погрузки, образуют блоки. Блоки обычно разрабатывают параллельными полосами, называемыми заходками.

Для более эффективного использования оборудования уступы и отвалы (места укладки пустой породы) следует располагать так, чтобы предельно сократить и упростить транспортные пути и ис­пользовать естественные уклоны рельефа местности. Для укладки, пустой породы целесообразно использовать выработанное простран­ство карьера. На рис. 1.1, а показана разработка месторождения двумя уступами высотой H1 и Н₂ параллельными заходками. Верх­ний уступ имеет два подуступа высотой h1 и h2.

Способы разработки горных пород и их классификация. Вскры­шу и добычу полезных ископаемых в карьерах осуществляют меха­ническим, гидромеханическим и взрывным способами. Выбор соот­ветствующих средств механизации зависит от объема работ, усло­вий залегания добываемой горной породы и ее физико-механиче­ских свойств, характеризуемых твердостью, вязкостью, упругостью, хрупкостью, трещиноватостью, разрыхляемостью, устойчивостью, удельной и объемной массой.

Для добычи горных пород имеет значение совокупность их свойств, которые характеризуют добываемость горной породы, т. е. степень ее сопротивления отрыву кусков от общей массы. По добы­ваемое™ горные породы разделяют на шесть групп: по две группы для сыпучих, связных и скальных, по степени крепости — на де­сять— от весьма крепких (I группа) до сыпучих и плывунных. До­бываемость горных пород отражается также и в классификации по единым нормам и расценкам, по которым горные породы объеди­нены в 16 групп — от песка (I группа) до базальта.

На эффективность работы в карьерах землеройной техники (бульдозеров, скреперов, экскаваторов) определяющее влияние оказывает совокупность свойств горных пород, характеризуемых понятием — трудность разработки. По трудности разработки гор­ные породы подразделяют на восемь категорий: I — песок, супесь, растительный грунт, торф; II — легкий и лёссовидный суглинок, гравий мелкий и средний, супесь и растительный грунт, смешанные со щебнем и галькой, мягкая влажная или разрыхленная глина; III — жирная мягкая глина, суглинок крепкий, гравий крупный, галька мелкая, щебень крупностью 15...40 мм; IV — жирная глина и тяжелый суглинок с примесью щебня, суглинок крепкий со щеб­нем или галькой, сланцевая глина, галька крупная, конгломераты; V—плотный отвердевший лёсс, металлургические шлаки, невывет-рившийся мягкий мергель, мягкие меловые породы, твердая кар-бонная глина, сланцы некрепкие, мел, гипс, песчаники и известняки мягкие, мерзлые породы, предварительно разрыхленные; VI — ра­кушечники и конгломераты, сланцы крепкие, известняки, песчани­ки и мергель средней крепости, мел, опоки и гипс очень крепкие; VII, VIII — скальные и мерзлые породы, хорошо и очень хорошо взорванные (куски не более 0,3 ширины ковша).

Категории не мерзлых землистых грунтов по методу проф. А. Н. Зеленина определяют по числу ударов динамического плотно­мера (ударник ДорНИИ). Так, для I, II, III и IV категорий число ударов плотномера составит соответственно 1...4, 5...8, 9... 16, 17...35.