Розкриття родовищ при розробці відкритим способом, ч. 1

Розкриття родовища полягає в забезпеченні транспортного зв’язку робочих горизонтів кар’єру з поверхнею шляхом проведення спеціальних гірничих виробок, якими на відкритих розробках частіше за все є траншеї, напівтраншеї та котловани. В окремих випадках для розкриття родовища можуть використовувати шахтні стволи або штольні.

Траншеї класифікують за кількома ознаками (по Є.Ф. Шешко):

1) за розташуванням відносно контурів кар’єру розрізняють:

– зовнішні траншеї, які розташовані за межами контурів кар’єрного поля;

– внутрішні траншеї, які розташовані всередині контурів кар’єру;

2) за кількістю уступів, що обслуговуються траншеєю (системою траншей) розрізняють:

– окремі, які обслуговують один уступ;

– групові, обслуговують кілька уступів (групу), наприклад окремо групу розкривних уступів та окремо групу добувних уступів;

– загальні, які обслуговують всі уступи кар’єру.

3) за призначенням:

– одиночні, які призначені для провезення порожняку та вантажу (човниковий рух транспорту);

– парні, які призначені для провезення окремо порожняку та окремо вантажу (поточний рух транспорту);

4) за стаціонарністю:

– стаціонарні (капітальні), які розташовані на бортах кар’єру в їх кінцевому положенні або постійно розташовані за контурами кар’єру;

– тимчасові (ковзні), які тимчасово можуть розташовуватись всередині контурів кар’єру на бортах, які розробляються, та, внаслідок цього, змінюють своє положення в процесі розробки.

Профіль (поперечний перетин) траншей залежить від місцевості та розташування траншей наступним чином:

– повний трапецієподібний профіль траншей характерний для розкриття рівнинних родовищ та суміжних горизонтів кар’єру;

– неповний профіль траншей (напівтраншеї) характерні для розкриття нагірних або висотних родовищ. У той же час в процесі формування робочої зони кар’єру один із бортів внутрішніх траншей розробляють та вони також набувають вигляду напівтраншей.

Графічне зображення в’їзної, розрізної та напівтраншеї. Вказано основні параметри виробок.

Основні параметри траншей та напівтраншей:

– глибина h, яка дорівнює різниці висотних відміток устя та підошви траншеї. При розкритті одного уступу глибина траншеї дорівнює висоті уступу.

– поздовжній похил i_р, встановлюють залежно від виду транспорту. За величиною і в’їзні траншеї поділяють на похилі (30-120‰) та круті (18–60º).

– кути відкосу бортів α, залежать від властивостей порід, ступеню їх обводненості та терміну служби гірничої виробки;

– ширина по дну b_т, повинна забезпечувати безпечні зазори між транспортними засобами та необхідну провізну здатність, яка регулюється кількістю транспортних смуг. Також вона пов’язана зі способом, схемою проходки, робочими параметрами прохідницького обладнання, у зв’язку з чим може перевищити ширину, необхідну за транспортними умовами. У цих випадках вже проведену в’їзну траншею звужують до необхідної ширини в процесі підготовки горизонту.

– довжина L_т, пов’язана з її глибиною та поздовжнім похилом , де і – поздовжній похил траншеї у промілях.

Від означених вище параметрів залежать об’єми розкривних виробок.

Об’єм похилої траншеї визначається, як сума об’ємів двох трьохгранних пірамід та половинного об’єму прямокутного паралелепіпеду (детальніше в л.р.):

, м³.

Об’єм розрізної (горизонтальної) траншеї визначається як об’єм прямої призми, в основі якої лежить трапеція:

де – довжина розрізної траншеї, м.

Якщо рельєф поверхні не рівнинний та змінюється по довжині траншеї, її обсяг визначають за методом вертикальних паралельних перерізів.

Для цього будують ряд поперечних перерізів по довжині траншеї, за допомогою планіметру визначають площі цих перерізів та підраховують обсяг траншеї як суму обсягів складових її окремих блоків:

, м³,

де S₁, S₂, ..., S_n – площі поперечних перерізів траншеї, м²; l₁, l₂, …, l_n – відстані між окремими поперечними перерізами, м.

Точність підрахунків обсягів за цим методом тим більший, чим менша відстань між поперечними перерізами. Тому при складному рельєфі місцевості кількість поперечних перерізів збільшують.

Способи проведення траншей

Від швидкості проходки траншей залежить тривалість розкривання і підготовки нових горизонтів, наяв­ність або відсутність достатнього фронту видобувних і розкривних ро­біт. Через це в кар’єрах намагаються застосовувати способи проходки тра­ншей, що забезпечують найбільшу швидкість для даних умов. В окремих випадках з метою прискорення пуску в експлуатацію кар’єру або нового горизонту можна піти на по­дорожчання траншейних робіт і застосувати такі, наприклад, дорогі способи, як вибух на викид. Виграш в часі часто покриває перевитрати на проходці траншей.

Всі існуючі способи проходки тра­ншей можна поділити на дві групи:

– проходка траншеї відразу на всю глибину, якщо робочі параметри виймальної техніки дозволяють це (більше стосується розрізних траншей, глибина яких дорівнює висоті уступу на даному горизонті);

– пошарова проходка траншей з розбивкою перерізу траншеї по висоті на декілька шарів, які послідовно виймаються. Таким чином можуть проводитися глибокі капітальні траншеї зовнішнього розташування, а також розрізні траншеї, якими створюють початковий фронт робіт для комплексів багатоковшевих екскаваторів або для використання транспортно-відвальних мостів.

За наявністю або відсутністю транспортних засобів розрізняють: безтранспортні, транспортні та комбіновані способи проходки (з частковим використанням транспортних засобів).

Залежно від типу порід траншеї можуть проводити без застосування або із застосуванням буровибухових робіт. На проходці траншей застосо­вують кар’єрну виймальну техніку всіх типів са­мостійно або в сукупності з транспор­тними засобами.

Проведення в’їзної траншеї. Якщо капітальні (в’їзні) траншеї мають внутрішнє закладення та стаціонарне розташування, то при подальшому розвитку гірничих робіт їх підошва перетворюється в транспортну берму, а відкос, що залишився - в елемент борта кар’єру.

При проходці в’їзних траншей ме­ханічними лопатами ширина траншеї по дну спочатку визначається робочими параметрами екска­ватора і способом проходки траншей, що, як правило, більше, ніж потрібно за умовами транспорту. У таких випадках проведену більш ши­року в’їзну траншею можуть звужувати до необхідної величини пізніше в про­цесі проходки розрізної траншеї.

При проходці траншей у скельних породах по мірі занурювання в’їзна траншея повинна обурюватися свердловинами змінної глибини і змінної відстані між ними. Початок в’їзної траншеї невеликої довжини (до 50-70 м) може проводитись без за­стосування буровибухових робіт, оскільки масив до глибини 2,5-3 м частково зруйнований за рахунок перебуру свердловин верх­нього уступу. Наступна дільниця (дов­жиною 100-130 м) обурюється з міні­маль­ною відстанню між свердловина­ми. На подальших дільницях відстань між свердловинами та їх глибина поступово збіль­шуються.

Проведення розрізної траншеї. Розрізна траншея є першою гірничою виробкою, що проходить по роз­критому горизонту з метою підгото­вки його до виймання корисної копа­лини або розкривних порід.

Ширина розрізної траншеї в скель­них породах визначається можливі­стю розміщення підірваної маси і збе­реження транспортної площадки при першому вибуху для її розширення: В1 ³ В2 + В3 – W, м , де В2 – ширина розвалу породи після вибуху, м; В3 – ширина вільної від породи смуги для розміщення транспортної смуги, м; W – відстань від нижньої бровки траншеї до вісі пер­шо­го ряду свердловин при роз­ши­ренні траншеї, м.

Безтранспортна проходка тра­ншей здійснюється, як правило, торцевим забоєм відразу на всю глибину. При цьому породи складуються екскаватором вздовж траншеї на верхній площадці уступу з одного або обох боків від траншеї. Часто при даному спо­собі проходки траншей застосовують драглайни, які розта­шовують на покрівлі уступу та, просуваючись вздовж осі траншеї, виймають породу однією або двома заходками нижче горизо­нту установки і складують її у відвал збоку траншеї.

Транспортна проходка траншей торцевим вибоєм відразу на всю гли­бину. У більшості випадків при про­ходці траншей немає можливості складувати породи вздовж бровки траншеї на покрівлі уступу, а дово­диться вивозити їх на відвальні діль­ниці, розміщені на деякій відстані. Найбільше поширення має прохо­дка траншей торцевим вибоєм із за­стосуванням механічних лопат та залізничного або автомобільного транспо­рту. Застосовують два варіанти: з нижнім навантаженням, коли екскаватор, що стоїть на дні тра­ншеї, вантажить породу в транс­портні посудини, розміщені та­кож на дні траншеї; з верхнім навантаженням, коли екскаватор, що стоїть на дні тра­ншеї, вантажить породу в транс­портні посудини, розміщені на покрівлі уступу.

При проходці траншей із наванта­женням гірської маси в залізничні думпкари, розміщені на підошві тра­ншеї, потрібне устаткування виставочного тупика на відстані 100-300 м від забою. Робочі параметри мехлопат не дозволяють одночасно завантажувати більше одного думпкара, тому потяг постійно маневрує завантаженими та порожніми вагонами: спочатку потяг порожняком подають до забою та завантажують останній вагон, потім потяг виходить із забою, заводять завантажений вагон на виставочний тупик та відчіпляють його, а останнім порожнім вагоном знову подають у забійний тупік під навантаження. Подібні маневри здійснюють до повного завантаження потягу. Звісно, що при подібній організації руху транспорту простої екскаватору в очікуванні порожняку дуже значні.

Іноді більш доцільним є проведення траншеї зі спареною роботою екскаваторів (або комплексом екскаватор-навантажувач). У цьому випадку можна завантажувати до трьох думпкарів одночасно, а під час обміну потягів забійний екскаватор складує породу до штабелю позаду себе, забезпечуючи можливість подальшої роботи другої виймальної машини.

Для порівняння, швидкість проведення траншей за схемою з виставочним тупиком складає 100-150 м/місяць (при стандартній висоті уступу 15 м), а при використанні схеми зі спареною роботою екскаваторів (при роботі двох ЕКГ-8) досягає 200-240 м/місяць, тобто на 50-70% швидше.

При використанні автотранспорту можливі різні схеми подавання автосамоскидів під навантаження, але за рахунок кращої мобільності автомашин у порівнянні з залізничними потягами, простої екскаваторів в очікуванні порожняку стають значно меншими за часом, а швидкість проведення траншей при використанні кільцевої та тупикової подачі автосамоскидів під навантаження приблизно така ж, як і при схемі зі спареною роботою двох екскаваторів при залізничному транспорті – 220-240 м/місяць (ЕКГ-8, уступ 15 м). Недоліком кільцевої схеми подавання автотранспорту є необхідність розвороту екскаватора на 180° для навантаження. Недоліком схеми з тупиковим розворотом є те, що, за вимогами техніки безпеки, автосамоскиди повинні подаватися під навантаження таким чином, щоб екскаваторний ківш ні у якому разі не проходив над кабіною автомашини. Таким чином виникає необхідність у додаткових маневрах транспорту, хоча кут розвороту екскаватора при навантаженні близький до 90°.

При проведенні траншеї з верхнім навантаженням у транспортні засоби необхідно використовувати кар’єрні механічні лопати з подовженим робочим обладнанням (подовженою стрілою), наприклад, ЭКГ-5у, ЭКГ-8у.

При цьому не потрібно розформовувати потяги залізничного транспорту або виконувати відповідні маневрові операції, в результаті чого швидкість проведення траншей може зростати на 40-50%. Але розташування екскаватора та транспорту на різних рівнях суттєво ускладнює процес навантаження, так як машиніст не може візуально контролювати наведення та розвантаження ковша, а змушений користуватися допомогою робочого-сигнальника, що керуватиме операцією розвантаження. Недоліком такого способу проведення траншей є необхідність використання виймального обладнання з подовженими робочими параметрами, оскільки використання стандартної машини призводить до суттєвого зменшення глибини траншеї. Якщо необхідно провести траншею більшого перерізу, ніж дозволяють робочі параметри механічної лопати, то застосовують переекскавацію породи цим же або додатковим екскаватором, а іноді проводять траншею у два або кілька шарів.

Пошарову проходку траншей застосовують при використанні кар'єрних механічних лопат для верхнього навантаження в засоби залізничного транспорту. Поперечний переріз траншеї при цьому способі по висоті й ширині поділяють на ряд окремих заходок, які послідовно відпрацьовують екскаватором: спочатку заходку 1, навантажуючи потяги, розташовані на колії А; далі рейкову колію переносять із положення А в положення Б на підошву пройденої заходки, і екскаватор відпрацьовує заходки 2 і 3. Інші заходки 4, 5 і 6 відпрацьовують аналогічно.

Висота кожного шару h1, h2, h3визначається робочими параметрами екскаватора. При залізничному транспорті максимальна висота шару для ЕКГ-8 – 4,5÷4,7 м.