Кузьміч О.К. Відкриті гірничі роботи

Подождите немного. Документ загружается.

11.3. Розробка бульдозерами та колісними скреперами

Бульдозерні роботи в основному виконуються при видобутку вічномерзлих

розсипів глибиною до 12…14 м. Мерзлі піски розробляються шарами по мірі їх від-

таювання без рихлення чи з випередженим рихленням механічними розпушувачами,

що змонтовані в задній частині бульдозера. Широке розповсюдження на розсипах

отримали бульдозеророзпушувальні агрегати на базі 250-сильних тракторів ДЕТ-250

та 380-сильних тракторів американської

фірми “Катерпіллер”.

Для підвищення продуктивності машин та зниження втрат при вийманні роз-

сип необхідно передчасно осушити – відвести воду із розрізу. З цією метою прово-

дять русловідводні, нагірні та капітальні канави, що поглиблюють до плотика розси-

пу.

При видобутку пісків бульдозер переміщує їх до бункера по коротшій відста-

ні, тому напрям бульдозерних заїздів має вид віяла, центр якого – бункер (рис.11.8).

На розкривних роботах в основному використовується система паралельних заїздів –

поперечна та рідше повздовжня.

Для бульдозерної роз-

робки розсипів харак-

терна технологічна

схема, що надана

рис.11.8. Нижній гори-

зонт розкривають кот-

лованом, в якому ула-

штовується бункер для

прийому пісків та не-

велика насосна уста-

новка. Піски на повер-

хню до промивального

обладнання транспор-

тують конвеєром, що

улаштовується в неве-

ликій траншеї, яка

з’єднує котлован з по-

верхнею. Котловани

при бульдозерному

видобутку розміщують

на відстані біля 200 м

один від одного. Про-

водять котловани бу-

ропідривним способом

з використанням кана-

тно-среперної лебідки.

Розкривні ро-

боти з використанням

скреперів ведуться при

різних схемах їх руху,

що дозволяє в конкре-

тних умовах досягти

мінімальної відстані

Рис.1. 7. План дільниці кар’єру із числовими відмітками

1.4

. Основні поняття та терміни відкритих гірничих робіт

Кар’єром називають гірниче підприємство, що веде видобуток корисної

копалини відкритим способом. У вугільній галузі кар’єр називають розрізом.

Для розробки родовища корисної копалини гірничому підприємству виді-

ляють все родовище або його частину, яку називають кар’єрним полем. Розміри

кар’єрного поля в плані (довжина, ширина) змінюється від сотень метрів до 5…10

км, а за глибиною – від декількох метрів до 700…800 м. Запаси корисної копалини у

межах кар’єрного поля можуть досягати декілька млрд. т.

При відкритій розробці виймання порід, що покривають корисну копалину,

а також саме корисну копалину ведуть горизонтальними шарами. Верхні шари в

процесі розробки передують нижні й бокові поверхні кар’єру - його борти мають

ступінчату форму. Уступом називають частину товщі розкривних порід чи корис-

ної копалини у вигляді ступеня, що розробляється самостійними засобами вийман-

ня, навантаження та транспортування.

Елементами уступу

(рис.1.8) є його нижня 1 та

верхня 5 площадки (покрів-

ля та підошва уступу), укіс 3

- похила площина, що об-

межує уступ з боку вироб-

леного простору, лінія пере-

тину укосу уступу з його

покрівлею – верхня бровка

уступу 4 та з підошвою –

нижня бровка уступу 2. Міс-

це безпосереднього вий-

мання гірської маси нази-

вають вибоєм. При вийман-

ні одноківшовими екскава-

торами частіше всього ви-

боєм є торець уступу 6, при

посуванні якого за на-

прямом стрілки 7 гірську

масу вилучають смугами,

Рис. 1.8. Елементи уступу

Рис.11.8. Бульдозерна розробка розсипу: 1 – відвали

торфів; 2 – бульдозер; 3 – котлован; 4 – хвости; 5 –

промивний прилад

паралельними укосу уступу, які називаються західками.

Західки за довжиною іноді поділяють на окремі блоки, що розробляються

самостійними засобами виймання.

Параметрами уступу є його висота Н – відстань по вертикалі між верхній та

нижній площадками, та кут укосу

між площинами нижньої площадки та укосу.

Висоту уступу вибирають у залежності від потужності шарів корисної копалини та

розкривних порід, які бажано розробляти окремо, та від робочих параметрів вийма-

льних машин. Кут укосу уступу повинен забезпечить його стійкість, виключивши

зсуви та обвалення порід. На практиці висота уступів коливається від декілька мет-

рів до 40…50, а кути укосу – від 30…40

до 80

Іноді уступ по висоті поділяють на 2 чи більш підуступів, виймання яких ве-

дуть окремо, а транспортування – по єдиному для уступу транспортного горизонту

(рис. 1.9). Розподілення уступу на підуступи здійснюють для окремого виймання

різних сортів та різновидів гірської маси, коли робочі розміри виймальних машин не

дозволяють розробляти потужну товщу порід чи корисної

копалини одним уступом.

На рис. 1.10

наведено загальний

вид відкритих розро-

бок. Поклад корисної

копалини 9, породи, що

покривають 4 та вмі-

щують 5, розробляють

у межах кар’єрного по-

ля 12 виїмковими ша-

рами 11. Борт -

кар’єру, що знаходить-

ся в розробці, - робо-

чий борт включає один

розкривний уступ 13 та

два видобувних уступи

7. Відробку уступів ведуть вибоями 14, для яких визначають ширину західки 15.

Відстань робочого уступу складає фронт роботи уступу. Сумарний фронт

усіх уступів складає фронт роботи кар’єру. Довжина фронту кар’єру повинна бути

достатньо для того, щоб розставити усі необхідні для виконання планових обсягів

робіт гірниче обладнання. На кожен екскаватор у залежності від його продуктивнос-

ті виділяють фронт робіт завдовжки від 200…300 м до 2…3 км.

Сукупність уступів, що знаходяться в одночасній розробці, називають ро-

бочою зоною кар’єру. Уступи робочої зони поділені робочими площадками 8, шири-

на яких повинна бути достатньою, щоб розташувати гірничотранспортне обладнан-

ня,

транспортні та енергетичні комунікації, розвал гірської породи, що утворюється

при підриванні порід.

Борт кар’єру, на якому не ведуться роботи, називають неробочим. Він

складається з неробочих уступів 6, що розділені площадками для розташування

транспортних комунікацій – транспортними бермами 18 та площадками, що слу-

жать для затримання кусків порід, що обвалюються з укосів

уступу, та забезпечен-

ня стійкості порід борта – запобіжними бермами 10. Їх залишають не більш ніж че-

рез кожні три уступи завширшки не менше однієї третини відстані по вертикалі між

суміжними бермами.

11.2. Екскаваторна розробка

Відомо декілька груп технологічних схем екскаваторної розробки розсипів:

∗ екскаваторно-транспортна зі стаціонарним збагачувальними установ-

ками. При використанні екскаваторів та транспортних засобів розкривні роботи ве-

дуть з випередженням (4…10 міс) по відношенню до видобувних робіт. Ці схеми ви-

користовують при розробці великих полігонів з великою потужністю торфів (не менше

4 м), коли

використання колісних скреперів недоцільно;

∗ з перевалкою розкривних порід екскаваторами та використанням транс-

порту на видобувних роботах (рис.11.5). Отримали розповсюдження технологічні

схеми з безпосередньою та кратною перевалкою розкривних порід одним чи двома

спареними екска-ваторами. В залежності від розмірів розсипу породи укладаються у

внутрішні чи у зовнішні відвали. Іноді екскаваторне виймання розкривних порід поєд-

нають з використанням консольного відвалоутворювача;

∗ з перевалкою роз-

кривних порід екскаваторами та

використанням пересувного зба-

гачувального обладнання

(рис.11.6);

∗ екскаваторно-

бульдозерне (рис.11.7), перева-

гами якої полягають у викорис-

танні кожної машини у найбільш

сприятливих умовах, - бульдозе-

ри працюють при малих відста-

нях транспортування, а екскава

тори перевантажують вже розри-

хлену породу, що забезпечує

високу продуктивність машин.

При цьому в схемі з аку-

мульованою траншеєю є суттєві

переваги – виключається робота

бульдозера на підйом та скоро-

чується кількість західок екскава-

тора унаслідок накопичення по-

роди в траншеї.

Рис.1.9. Поділення уступу на підуступи

Рис.11.6. Розробка торфів драглайном та пісків

бульдозерами: 1 – драглайн; 2 – відвали тор-

фів;3

–

бульдозер;4

–

промивний пр

лад

Рис.11.7. Комбіновані технологічні схеми

розробки екскаваторами та бульдозера-

ми

Для проведення розкривних виробок бажано використовувати обладнання,

що буде використано на розкривних та видобувних роботах.

Розкриття канавами

(рис.11.3) економічно та широко вико-

ристовується при гідромеханізації. Міс-

це закладення канави вибирають таким

чином, щоб розташувати за устям ка-

нави хвости збагачення, що транспор-

туються самопливом.

Довжина канав у межах розрізу

змінюється

від 40 до 150 м, довжина

зовнішньої частини канави 10…300 м.

Відстань між канавами змінюється від

40 до 400 м. Похил канави повинен за-

безпечувати самопливне переміщення

розмитих пісків (i = 0,015…0,040).

Розкриті котлованом (рис.17.4.)

використовують при розсипах, що скла-

дно залягають, з нерівним плотиком,

коли немає можливості розміщувати

хвости у заплаві, а розкривати канава-

ми недоцільно із-за великого обсягу ро-

біт. Котловани риють драглайном, бу-

льдозером чи за допомогою гідромоні-

торів та землесосних улаштувань.

Рис. 1.10. Схема кар’єру

1.5. Об’єкти відкритих гірничих розробок та природні умови, що

впливають на розробку

Об’єктами відкритих гірничих розробок є родовища з рівними геологічними,

топографічними, гідрогеологічними та кліматичними умовами. В кожному конкрет-

ному випадку при виборі способу розробки віддають перевагу тому способу, при

якому техніко-економічні та інші показники краще.

На вибір способу оказують наступні умови: потужність покладу, а також гір-

ські породи, що покривають

поклад; фізико-механічні властивості гірських порід; кут

падіння покладу; рельєф місцевості; зводненість; клімат району та ін.

Умови залягання родовищ, що розроблюються відкритим способом, вель-

ми різні. Однак їх можна розподілити на характерні типи за основними відмінними

ознаками:

∗ положення покладу відносно поверхні;

∗ її потужності, форми, кута падіння, будови;

∗

рельєфу поверхні кар’єрного поля.

Рис.11.3. Розкриття розсипу канавами

Рис.11.4. Розкриття розсипу котло-

ванами

Рис.11.5. Розробка розсипу з перевалкою драглайном та перемі-

щенням пісків самоскидами

За положенням покладу корисної копалини відносно земної поверхні родо-

вища поділяють:

∗ поверхові, що залягають безпосередньо на денній поверхні, чи покрити

наносами малої потужності;

∗ глибинні, що знаходяться нижче рівня поверхні під товщею гірських порід

потужністю більше 30 м;

∗ висотні – залягають вище рівня поверхні, на схилі чи вершині узгір’я;

∗ висотно-глибинні, у яких частина запасів знаходиться вище, а частина –

нижче рівня поверхні;

За потужностю поклади корисної копалини бувають:

∗ вельми малої (до 2…3 м), виймання яких доцільно бульдозерами, скре-

перами, стругами та іншими виймальними заходами;

∗ малої – горизонтальні та пологі родовища з вертикальною потужністю

до10…20 м, які можна розробляти одним уступом; похилі та круті родовища з гори-

зонтальною потужністю до 25…50 м, коли підготовка чергового уступу до розробки

можлива після повного виймання копалини на нижчележачому уступі;

∗ середньої – горизонтальні та пологі родовища потужністю до 20…30 м,

похилі та круті – із горизонтальною потужністю до 50…100 м (коли поклад розроб-

ляється двома уступами чи підуступами

);

∗ потужні – горизонтальні та пологі родовища потужністю більше 30 м,

∗ похилі та круті з горизонтальною потужністю більше 100…150 м (коли

розробляються трьома та більше уступами).

За формою поклади корисні копалини розрізнюють:

∗ пластові, що витягнути по двох напрямках при відносно малої потужності

(пласти, лінзи, жили та седловинні поклади);

∗ розвити більш

менш однаково за всіма напрямками, ізометричні (маси-

ви, штоки, гнізда);

∗ витягнути переважно в одному напрямку (трубоподібні, стовпоподібні).

За кутом падіння поклади розрізнюють:

∗ горизонтальні та пологі – до 8…10

;

∗ похилі – від 8…10

до 25…30

;

∗ круті – більше 25…30

1.6. Етапи відкритих гірничих робіт

При відкритій розробці родовищ корисних копалин виконують наступні ро-

боти:

∗ підготовка поверхні кар’єрного поля – відведення русла річок та струм-

ків за його межи, спускання води з озер, знесення споруд, перенесення шосейних

та залізничних доріг, ліній електропередач, вирубка лісів та корчівка пеньків та ін.;

осушення родовища – дренаж гравітаційних підземних вод з гірських порід, що на-

лежать до виймання, та зниження рівня цих вод;

∗ гірничо-будівельні роботи – проведення виїзних траншей для ство-

рення транспортних комунікацій та розрізних траншей, які створюють початковий

фронт гірничих робіт;

11. ВІДКРИТА РОЗРОБКА РОЗСИПІВ

11.1. Загальні відомості. Розкриття родовищ

Розсипами називають утворені унаслідок руйнування корінних рудних ро-

довищ рихлі та зцементовані відкладення уламкових порід, що вміщують зерна ко-

рисної копалини. За місцем положення та умовам залягання розрізняють розсипи

терасові, долинні, косові, лощінні, озерні, морські та ін. Із розсипів добувають золото,

платину, циркон, моноцит, діаманти, оптичний кварц, каситерит, вольфраміт та ін.

цінні корисні копалини.

За будовою розсипи розрізняють: то-

рфи, піски та плотик (рис.11.1). Торфи – це

мулові, піщано-глинясті чи галькових відкла-

дення, що не вміщують корисних мінералів в

промисловій кількості. Піски – поклади гли-

нясто-піщано-галькових відкладень, що вмі-

щують корисні компоненти в промисловій кіль-

кості. Плотик – частіше усього корінні породи,

що підстилають розсипи.

В залежності від технічних засобів, що

використовуються, змінюється вид розкривних

виробок, що забезпечують вантажотранспорт-

ний зв’язок робочих горизонтів з поверхнею.

При використанні скреперів та бульдозерів

споруджують похилі півтраншеї та траншеї.

При використанні похилих конвеєрів

чи

ін. підйомних улаштувань споруджують ко-

тловани із траншеєю. При глибині до 8...10 м

проводять траншеї, при більшій

глибині - півтраншеї на бортах

розрізу.

Розрізняють основні

способи розкриття розсипу: зага-

льною траншеєю (виїздом),

окремими траншеями (виїздами)

на кожному горизонті, що розро-

бляється, та канавами чи котло-

ваном.

Загальні та окремі тран-

шеї та

півтраншеї (рис.11.2) на-

магаються проводити на ділян-

ках із самою низькою відміткою

плотика, щоб потім вести розро-

бку за підняттям, що забезпечує

краще осушення вибоїв та робо-

чих горизонтів та зниження обся-

гів гірничо-будівельних робіт.

Рис.11.1. Структура розсипу: 1 –

торф; 2 – пісок; 3 – хибний пло-

тик; 4 – плотик; 5 – корінні по-

роди

Рис.11.2. Розробка розсипу скреперами при

розкритті окремими траншеями

підживлення його в процесі роботи земснаряда виконується насосами чи самопли-

вом. Після наповнення котловану водою земснаряд виконує його поглиблення до

необхідної відмітки.

Змінна продуктивність земснаряда по породі визначається за формулою

П = П

зм.

зм

, м

, ( 10.1 )

де

= 0,65…0,80 – коефіцієнт використання земснаряда в часі.

Розробка розсипних родовищ виконується драгами, які представляють со-

бою спеціалізовані судна,

що оснащені обладнанням для підводного та надводного

черпання порід, збагачення корисної копалини та віддалення хвостів до відвалу.

10.7. Видобуток корисних копалин із дна морів та океанів

За визначенням фахівців при сучасному рівні видобутку мінеральної сирови-

ни та перспективах його зросту відомі запаси корисних копалин у межах суші можуть

забезпечити потреби людства на декілька сотень років, а запаси деяких корисних

копалин вистачить всього на десятки років.

У зв’язку з цим у багатьох державах розробляється родовища, що розташо-

вані на дні морів та океанів у межах континентального шельфу, площа якого складає

27…28 млн. км

, а глибина не перевищує 200 м. В практиці підводної розробки мають

місце випадки, коли глибина розробки перевищує 1000м .

Підводний видобуток корисних копалин із дна морів та океанів має наступні

переваги у порівнянні з видобутком континентальних корисних копалин:

∗ різко скорочується обсяг гірничо-капітальних робіт;

∗ не потребує спорудження під’їздних шляхів;

∗ у більшості випадків відсутні розкривні роботи;

∗ відсутня потреба в рекультиваційних роботах.

До технічних засобів, що використовуються при підводному видобутку, від-

носять несамохідні та самохідні земснаряди, грейферні, ежекторні та ерліфтні сна-

ряди, драги та установки, що розташовуються на естакадах чи на березі. Самохідні

снаряди мають трюм та можуть використовуватися для

доставки гірської маси від

місця розробки до технічних споруд на березі.

Ерліфтні снаряди (рис.10.4.) є гли-

боководними видобувними улашту-

ваннями, в яких використовується стис-

нуте повітря для створення ефекту всмо-

ктування. Поряд із відкритим способом

видобутку корисних копалин із дна морів

та океанів в окремих випадках викорис-

товується й підземний

спосіб.

Собівартість корисних копалин при

підводному видобутку значно нижче, ніж

при видобутку на суші.

∗ розкривні роботи, які складаються із систематичного видалення роз-

кривних порід з метою забезпечення доступу до корисної копалини та створенні

потрібної довжини фронту робіт;

∗ виймальні роботи – планомірний видобуток корисної копалини;

∗ рекультивація (відновлювальні роботи) – виконання робіт щодо відно-

влення земель, що порушені гірничими роботами.

1.7. Коефіцієнт розкриву

Для

характеристики відносного обсягу розкривних порід у межах кар’єрного

поля користуються спеціальним показником – коефіцієнтом k розкриву. Він визна-

чається відношенням об’ємної чи вагової кількості розкриву до кількості видобутої

корисної копалини. Коефіцієнт розкриву показує, скільки одиниць розкриву потрібно

перемістити у межах кар’єру чи видалити за його межи, щоб видобути одиницю

корисної копалини.

В залежності від розмірності коефіцієнт розкриву називається ваговим

(розкрив та корисна копалина

, виражений у вагових одиницях, т/т); об’ємним (роз-

крив та корисна копалина, виражений в об’ємних одиницях, м

/м

) та змішаним

(розкрив виражена в об’ємних одиницях, а корисна копалина – в вагових, м

/т).

Розрізнюють середній, поточний, контурний, граничний та плановий ко-

ефіцієнти розкриву.

Середній коефіцієнт

сер

розкриву визначається відношенням обсягу V

до

обсягу

к.к

корисної копалини в кінцевих контурах кар’єру. Якщо запаси корисної

копалини визначені за даними геологічної розвідки, то в даному випадку коефіцієнт

розкриву називається середньогеологічним. Якщо при визначенні коефіцієнта роз-

криву використани промислові запаси, то коефіцієнт розкриву називається серед-

ньопромисловим.

Поточний коефіцієнт розкриву

визначається відношенням обсягу V

р.п

розкриву, що переміщена з кар’єру чи в межах його за деякий проміжок часу (рік,

квартал, місяць) до обсягу V

к.к.п

корисної копалини, що видобута за той же проміжок

часу.

Контурний коефіцієнт розкриву

визначається відношенням обсягу роз-

криву до обсягу корисної копалини, що видобувається при зміні кінцевих контурів

кар’єру.

Граничний коефіцієнт розкриву

гр

характеризує питомий (до одиниці ко-

рисної копалини) максимальний обсяг переміщуваних розкривних порід, при якому

витрати

на видобуток одиниці корисної копалини відкритим способом не пере-

вищують аналогічних витрат С

при підземному способі.

Плановий коефіцієнт розкриву k

пл

– це значення коефіцієнта розкриву, яке

приймається для визначення собівартості С корисної копалини при погашенні ви-

трат на розкривні роботи в період експлуатації.

Значення коефіцієнтів розкриву є важним показником відкритих розробок.

Вони служать для визначення економічної ефективності меж відкритих гірничих

робіт та граничної глибини кар’єрів при розробці похилих та крутих покладів, що

залягають на значній глибині, а також для регулювання потужності кар’єру та собі-

вартості корисної копалини.

Рис.10.4. Схема ерліфтного снаряда: 1 – всмоктуюча труба; 2 – компресор; 3 –

повітрязбірник; 4 – трубопровід стиснутого повітря; 5 – суміш повітря з пуль-

пою; 6 – підйомна труба; 7 – трюм

2. ПІДГОТОВКА ГІРСЬКИХ ПОРІД

О ВИЙМАННЯ

2.1. Загальні поняття

В залежності від фізико-механічних властивостей гірських порід, що розро-

блюються, приймаються різні способи їх підготовки:

∗ осушенням;

∗ запобіганням від промерзання;

∗ відтаюванням змерзлих порід;

∗ гідравлічним розслабленням чи упрочненням;

∗ механічним чи підривним розпушуванням.

На відкритих розробках найбільшу питому вагу займає підготовка порід за

допомогою буровибухових робіт. Енергія вибуху використовується в кар’єрах для

відділення напівскельних та скельних порід від масиву та подрібнення їх до транс-

портабельних розмірів.

Підривні роботи повинні забезпечувати:

∗ оптимальну інтенсивність і рівномірність подрібнення гірської маси. Мак-

симальний допустимий лінійний розмір

кусків породі, що підірвана, може бути

обмежена обсягом Е ковша екскаватора

()

8.0...7.0 El

≤ , м; ( 2.1 )

обсягом V транспортної посудини

5.0 Vl

≤ , м; ( 2.2 )

меншим розміром

др

приймального отвору бункера чи подрібнювальної установки

()

,85.0...75.0

дрk

Al ≤ м; ( 2.3 )

шириною В

стрічки конвеєра

,1005.0

−

≤

Bl мм; ( 2.4 )

Кількість негабаритних кусків гірської маси повинно бути мінімальним, а

подрібнення – рівномірним;

∗ потрібну кількість та сортність корисної копалини;

∗ оптимальну форму та розміри розвалу підірваної породи із врахуванням

безпечної й продуктивної роботи екскаваторів та інших виймально-

навантажувальних машин. Найбільша ширина розвалу

max

, який може бути убра-

ний за один прохід, визначається за формулою

max

= R

ч.у

– с, м, ( 2.5 )

де R

ч.у

- радіус черпання екскаватора на горизонті установки, м;

– радіус розвантаження екскаватора, м;

с – безпечна відстань від нижньої кромки розвалу породи до осі навантажуваль-

ної колії (не менш 3 м), м.

∗ доцільну форму та кут укосу уступу, що забезпечать безпечне буріння та

заряджання свердловин;

∗ необхідну повну проробку підошви без залишення порогів;

∗ збереження відносної монолітності масиву гірських порід за останнім ря-

дом свердловин

блока, що підривається, та при відробці укосів уступів, що

10.5. Відвалоутворення при гідротранспорті

При гідромеханізації порода розкриття, що розмита, укладається до відвалу

за рахунок природного випадання часточок ґрунту з пульпи. Для гідро-відвалів вико-

ристовують природні заглиблення, вироблений простір старих кар’єрів, косогори. При

їх відсутності на вільному майданчику виконується обвалування ділянки поверхні з

трьох, іноді з чотирьох боків для приймання пульпи. Обвалування на висоту 2…3 м

виконують, звичайно, драглайнами чи бульдозерами. Для стоку води роблять коло-

дязь, який з’єднують із ставком-відстійником, у якому підсаджуються мілкі часточки

породи, а освітлена вода по трубопроводах поступає до водозабору насосної станції

для повторного використання.

10.6. Розробка гірських порід плавучими земснарядами

Земснаряд (рис.10.3) представляє собою плавучу землесосну установку, що

призначена для підводної розробки порід та транспортування пульпи. Розробка порід

земснарядом виконується шляхом усмоктування за рахунок вакууму, що створюється

у всмоктувальній трубі. Інтенсивність всмоктування залежить від гранулометричного

складу породи, форми та розміру наконечника усмоктувального пристрою, витрат

води, величини вакууму та відстані від

наконечника до поверхні вибою.

При необхідності розро-

бка порід може викону-

ватися з попереднім

розпушуванням спеціа-

льними пристроями (ме-

ханічними чи гідравліч-

ними). Максимальна

продуктивність земсна-

рядів по пульпі знахо-

диться у межах

1000…1200 м

/г. Глиби-

на розробки складає

15…20 м Переміщення

земснаряда в процесі

роботи (папільонування)

може виконуватися за

допомогою лебідок та

канатів, що закріплені на

березі (якірний спосіб),

та за допомогою паль,

лебідок та канатів, що

закріплені на березі (па-

льно-якірний спосіб), а також за допомогою спеціальних пересувачів.

Питомі втрати води при

розробці порід дорівнює від 8 до 21 м

/м

. Для об-

воднення ділянки, що розробляється, та утворення фронту робіт для земснаряда

проводиться котлован або розрізна траншея безпосередньо від водоймища. Розміри

котловану визначаються з умов розміщення у ньому земснаряда та декількох секцій

плавучого пульповоду. Глибина котловану 2…3,5 м. Наповнення котловану водою та

Рис.10.3. Схема земснаряда: 1 – землесос; 2 – двигун;

3 – всмоктуюча труба; 4 - рама розпушувача; 5 – фре-

за розпушувача; 6 – стріла підйому розпушувача; 7 –

корпус; 8 – папільонуючі палі; 9 – напірний пульповід; 10

– лебідка; 11 – шарнирнє сполучення; 12 – понтон; 13 –

ланка плавучого пульповоду

характеристик гідромонітори мають спеціальні заспокоювачі, наявність яких дозволяє

підвищити динамічний тиску струмені у два рази.

Насадка гідромонітора дозволяє, нарешті, сформувати водяний струмінь.

Оптимальна конструкція насадок дозволяє підвищити осьовий динамічний тиск на

14%.

10.4. Гідротранспорт гірських порід

Розрізняють безнапірний чи самопливний та напірний гідротранспорт. При

безнапірному суміш транспортується по канавах, желонках, лотках та частково по

трубах з підвищених місць до більш низьких. Тиск на вільній поверхні гідросуміші

дорівнює атмосферному.

Самопливний транспорт не знайшов широкого використання. Використову-

ють його в тому випадку, коли місцевість має достатній похил (від 0,015…0,100). Що

залежить від стану поверхні, споруд, по яких протікає пульпа, та виду породи, що

транспортується.

Напірний гідротранспорт є основним видом транспорту на гідромехані-

зованих кар’єрах. Гідросуміш утягується землесосом та транспортується по напірних

трубопроводах – пульповоду або на подрібнене-сортувальну фабрику (корисну копа-

лину), або до відвалу (розкривні породи).

Землесосна установка складається

із землесоса, електродвигуна, допоміж-

ної апаратури та обладнання для пуску та управління. Монтується вона на металіч-

ній рамі, на якій для полегшення переміщення трактором змонтовані саночки чи де-

рев’яні бруси з настилом. Великі установки мають гусеничний чи крокуючий хід.

Землесос – це відцентровий одноколісний насос, що пристосований для пе-

рекачування піщано

-гравійної суміші.Для невеликих обсягів робіт використовують

землесоси з вертикальною віссю. Вони забезпечують стійку роботу агрегату та до-

зволяють обходитися без спеціальних улаштувань для пуску землесоса, відрізня-

ються компактністю та невеликою вагою, що дає змогу без особливих зусиль часто

пересувати землесос.

Іноді при малих відстанях транспортування та малих висотах подачі

пульпи

може бути використаний гідроелеватор. Раціональність їх використання також визна-

чається наявністю дешевої напірної води.

Розрахунок напірного гідротранспорту зводиться до гідравлічного розрахунку

пульповодів:

∗ визначенню його діаметра, критичної швидкості транспортування та втрат

напору в пульповоді;

∗ розрахунку потрібної продуктивності та напору транспортуючих агрегатів,

вибору їх типу та кількості;

∗ побудови сполучених

характеристик пульповоду та гідротранспортуючого

агрегату.

Переваги гідротранспорту: висока продуктивність, можливість транспор-

тування на значні відстані, повна автоматизація; невисокі експлуатаційні витрати,

можливість сполучення транспортування з гідроруйнуванням, збагаченням та проми-

вкою матеріалу.

Недоліки гідротранспорту: значні витрати води та електроенергії; зноше-

ність трубопроводів та насосів при транспортуванні абразивних матеріалів; подріб-

нення та розмочування матеріалів, що транспортуються, та потреба їх послідуючого

зневоднення.

погашаються, з метою покращення їх стійкості;

∗ мінімальний сейсмічний вплив вибуху та максимальне збереження спо-

руд та масиву гірських порід, особливо у кінцевих контурах кар’єру;

∗ достатній обсяг підірваної гірської маси для безперервної та високопро-

дуктивної роботи виймально-навантажувальних машин;

∗ високу економічність, продуктивність та безпечність всіх виробничих про-

цесів, а також розкриття та системи розробки кар’єрів.

На відкритих розробках використовують наступні види зарядів:

∗ свердловинні (колонкові) подовженої циліндричної форми (рис.2.1, а, б,

в); він полягає у тому, що заряди вибухової речовини розташовується у свердлови-

нах діаметром 70…400 мм та глибиною до 30 м (іноді до 50 м);

∗ котлові, зосереджені в котлоподібному розширенні нижньої частини све-

рдловини (рис.2.1, г );

∗ камерні, зосереджені в камерах, що примикають до частини вибоїв шур-

фів та штолень (рис.2.1,

д, е).

Рис. 2.1.Форми зарядів: а, б, в – свердловинний заряд; г – котловий заряд;

д, е – камерний заряд

Найбільше розповсюдження отримали свердловинні заряди, які розташо-

вуються в вертикальних, похилих чи горизонтальних свердловинах. В більшості

випадків бурять вертикальні свердловини (рис.2.1,

а), менше – похилі (рис. 2.1,б),

які забезпечують більш стійкі пологі укоси, більш рівномірне подрібнення гірської

породи й кращу проробку підошви; горизонтальні свердловини (рис.2.1,е) викорис-

товують головним чином для допоміжних зарядів.

2.2. Підривні свердловини та їх параметри

Свердловини представляють собою циліндричні порожнини діаметром

більш 75 мм та глибиною більше 5 м. Параметрами свердловин є їх діаметр d

глибина

, перебур l

та кут

нахилу.

Діаметр свердловини повинен вибиратися з врахуванням фізико-

механічних властивостей порід, необхідного ступеню їх подрібнення та обсягом

гірничих робіт. На кар’єрах використовують свердловини діаметром 100…320 мм.

Свердловини малого діаметра використовують в міцних важкопідривних

породах, а свердловини великого діаметра – в породах легко – та середньопідрив-

них при використанні потужного навантажувального обладнання.

Глибина свердловини залежить від висоти

уступу та визначається за

формулою

sin

L +=

м. ( 2.6 )

Перебур свердловини потрібен для кращої проробки підошви уступу при

підриванні заряду ВР з метою утворення нормальних умов для роботи навантажу-

вального обладнання на уступі. Глибина перебуру встановлюється в залежності від

висоти уступу, лінії опору за підошвою, діаметра свердловини, властивостей ВР,

фізико-механічних властивостей порід та умов їх залягання. Звичайно,

перебур

змінюється в межах 0,5…3,0 м. У легкопідривних породах потреба в перебурі відсу-

тня.

2.3. Буримість гірських порід та способи буріння свердловин

Буріння підривних свердловин полягає в руйнуванні породи буровим ін-

струментом та віддаленні її на поверхню. Ефективність буріння свердловин зале-

жить від багатьох факторів, основним з яких є буримість гірських порід

– здатність

породи руйнуватися під дією бурового інструмента. Буримість породи залежить від

способу буріння, конструкції бурового інструмента та ін. факторів, які впливають на

характер руйнування порід. Акад. В. В. Ржевським рекомендовано порівнювати

породи з буримості при механічному бурінні за відносним показником

трудності

буріння породи. Він може бути визначений за формулою

= 0,007(

зж

здв

) + 0,7

( 2.7 )

За показником П

гірські породи поділяють на 25 категорій, які в свою чергу

поділяють на 5 класів.

Підривні свердловини бурять станками, які за характером руйнуючої дії на-

пруг на вибій свердловин можна поділити на три класи:

∗ механічні бурові станки, що забезпечують механічну дію на вибій сверд-

ловини (руйнування відбувається внаслідок виникнення в породі механічних

напру-

жень):

∗ термічні бурові станки (руйнування відбувається внаслідок виникнення в

породі теплових напружень);

∗ комбіновані.

До першого класу відносять станки обертальної дії ріжучими коронками

(станки типу СБР), обертальної дії шарошечними долотами (станки типу СБШ),

ударно-канатного буріння (станки типу СБК), станки з опускним пневматичним мо-

лотком (пневмоударні станки типу СБУ), станки ультразвукового, підривного та гід-

равлічного буріння.

До другого класу відносять станки вогневого (станки типу СБВ) та

плазм’яного буріння.

Третій клас бурових станків оснований на використанні комбінацій механі-

чної та термічної дії на вибій свердловина.

гідромонітора та закінчується в насадці, яка служить для ущільнення струменю та

підвищення відстані її польоту. Кожен гідромонітор забезпечується декількома наса-

дками різного діаметра.

Для зміни положен-

ня ствола у вертикальній

площині його з’єднають ша-

ровим шарніром із верхнім

коліном, а верхнє коліно – із

нижнім – шарикопідшипни-

ком. Це дає можливість по-

вертати ствол у горизон-

тальній площині на 360

. До

трубопроводу гідромонітор

кріпиться нижнім коліном за

допомогою болтового чи

швидкороз’ємного

з’єднання.

Широкє розповсюд-

ження на кар’єрах отримали

гідромонітори ГМН-250С з ручним управлінням. Використовуються також гідро-

монітори з дистанційним управлінням на гусеничному ГМСД-300 та на кроковому

ГМСДШ-300 ході. Ці конструкції дозволяють без порушення правил безпеки макси-

мально наблизити гідромонітори до вибою та тим самим підвищити руйнуючу силу

струменю води, зменшити її витрати та підвищити продуктивність машин. Для мане-

вреності гідромонітори поєднують із водоводом високо напірним гнучким рукавом, що

витримує тиск води до 25 атм. Ефективність розмиву порід підвищується при авто-

матичному коливанні гідромонітора в процесі роботи у горизонтальній площині.

10.3. Руйнування гірських порід струменем із гідромонітора

Руйнування гірських порід в умовах гідромеханізації виконується струменем

води, що направляється з гідромоніторів. Призначення гідромонітора – створити

струмінь води з таким напором та витратами, при яких забезпечується ефективне

руйнування гірського масиву та крупних кусків твердої фази до розмірів, що задово-

льняють вимогам гідротранспорту. Гідромоніторний струмінь характеризується наяв-

ністю наступних зон:

У першій зоні струмінь володіє найбільшою щільністю та динамічним тиском.

В результаті різкої зміни тиску в струмені води починають виділятися бульбашки по-

вітря. Таким чином, друга зона представляє собою суміш рідини з бульбашками пові-

тря. Третя зона – це окремі подрібнені струмені та дрібні каплі води, що рухаються у

повітряному середовищі.

По довжині

струмінь води умовно розділяється на три ділянки: початкова ді-

лянка, друга ділянка, де утворюється насичення струменю та утворюються окремі

стремені, після чого починається третя ділянка.

Довжина робочої частини струменю залежить від конструктивних особливос-

тей гідромонітора та складає 350…450 діаметрів насадки.

Для покращення течії потоку води у каналах гідромонітора необхідно нада-

вати каналу

, що підводить воду, якомога більш плавні контури.

Для покращення умов формування струменю та його гідродинамічних

Рис.10.2. Схема гідро-

монітора ГМН-250:

1 – нижнє коліно;

2 – верхнє коліно;

–

ствол

;

насадо

∗ висока енергоємність;

∗ потреба значних обсягів води та майданчиків під гідровідвали;

∗ подрібнення корисної копалини.

Кращий результат дає гідромеханізація при розмиві пісків, супісків та суглин-

ків у талому стані. Напівскельні породи необхідно попередньо руйнувати механічних

рихленням чи підриванням.

Основні фактори, що впливають на процес гідромеханізації

На процес гідромеханізації в основному впливають фізико-механічні власти-

вості порід. Від фізико-механічних властивостей порід залежить питомі витрати води,

напруга, що необхідна для руйнування, параметри гідро транспортування, розміри

гідровідвалів, а також ступінь дезінтеграції чи подрібнення порід.

При розмиві порід суттєве значення мають петрографічний склад, густина,

міцність на роздавлювання, коефіцієнт зчеплення, кут внутрішнього тертя, розмока

ємість, пластичність, гранулометричний склад та коефіцієнт фільтрації.

Водопостачання кар’єрів здійснюється по зворотній схемі (вода після освіт-

лення на гідровідвалах використовується повторно). В цьому випадку необхідно мати

дві насосні станції: одну основну, що подає воду до вибою із водосховища, другу -

станцію підпитки, що подає воду до основної робочої станції із

гідровідвалу (рис.

10.1).

Рис.10.1. Схема водопостачання: а – прямоточне водопостачання; б – водопо-

стачання з використанням зворотньої води; 1 – ріка; 2 – перемичка; 3 – підводя-

чий канал; 4 – насосна станція; 5 – водовід; 6 – кар’єр; 7 – пульповід; 8 – відвал; 9 -

водоскидний колодязь; 10 – скидна канава.

10.2. Способи та засоби механізації, технологічні схеми розмиву

порід

Напірний струмінь, що подається з великою швидкістю через гідромонітор

(рис.10.2), розмиває неміцні породи. Формування струменю починається у стволі

2.4. Розташування та послідовність підривання свердловин

Розміщення свердловин на уступі може бути однорядним та багаторядним.

Основними параметрами розміщення свердловин на уступі є: відстань

а між свер-

дловинами в ряду; відстань

b між

рядами свердловин; лінія

W опору

по підошві уступу (рис.2.2.).

Велике значення на ре-

зультати вибуху впливає величина

W, яка залежить від діаметра d

свердловини, висоти h

уступу та

кута

нахилу його укосу, потуж-

ності ВР та щільності заряджання.

При збільшенні величини

W пога-

но проробляється підошва уступу,

а при зниженні енергія вибуху

більшою мірою витрачається на

викид, а не на подрібнення поро-

ди. У практиці W = (0,6…1,0)

Мінімальне значення W , що задо-

вольняє умовам

безпечного буріння уступу, визначається за формулою

min

= h

ctg

+ c, м, ( 2.8 )

де

с = 3 – мінімальна допустима відстань від осі свердловини до верхньої бровки

уступу, м.

На основі досвіду роботи кар’єрів W дорівнює: для легкопідривних порід W

= (40…45)

, для порід середньопідривних W = (35…44)d

та для важкопідривних

порід W = (25…35)d

Величини а та b підбирають таким чином, щоб більш рівномірно роз-

поділялась ВР в масиві. Ці величини залежать від підриваємості порід, діаметра

свердловини, необхідної величини кусків породи, висоти уступу, схеми підривання.

Їх підбір здійснюється з врахуванням величини m =

a : W, який називають коефіціє-

нтом зближення свердловин, значення яких на кар’єрах коливається в межах

0,75…1,40. За умов подрібнення для легкопідривних порід m = 1,1…1,4, для порід

середньопідривних m = 1,0…1,1, для важкопідривних порід m = 0,75…1,0. При ша-

ховому розміщенні свердловин

≈

0,85 a, а при квадратному розміщенні b

≈

Підривання свердловинних зарядів може бути миттєвим та коротко-

сповільненим. Останнє дозволяє збільшити відстань між свердловинами за рахунок

зміни напряму відриву порід від масиву та більш повного використання енергії ви-

буху, а також зменшити сейсмічну дію вибуху.

При короткосповільненому підриванні свердловин, що розміщені в один

ряд, використовують три схеми ініціювання

зарядів: почергову; схему підривання

через свердловину; хвильову (рис.2.3 ).

Рис. 2.2. Схема розміщення свердло-

вин на уступі

2.5. Механічне розпушення гірських порід

Для механічного розпушення

гірських порід використовують

тракторні розпушувачі, бульдо-

зери, тракторні лопати, скрепери

та екскаватори.

Механічні розпушувачі на базі

тракторів представляють собою

причіпні чи навісні пристрої з

1…5 зубцями (рис.2.4)

Рис.2.4. Тракторний розпушувач

Широке використання отримали навесні тракторні розпушувачі, які витес-

нили буровибухові роботи при розробці гірських порід міцністю до 4…5 (за шкалою

проф. М.М.Протодьяконова).

Гірська маса підготавлюється до виймання паралельними, перехрестними

та діагональними проходами. Кількість зубів розпушувача та відстань між ними ви-

бирають так, щоб забезпечити потрібну кусковатість

порід. При розпушенні порід

паралельними проходами між сусідніми борознами у нижній частині шару утворю-

ються цілики у вигляді гребенів. Використання паралельно-перехрестних проходів

дає можливість уникнути цього шляхом збільшення ефективної глибини розпушен-

ня.

Продуктивність механічного розпушення визначається за формулами:

при паралельно-перехрестних проходах

3600

kch

чe

⋅⋅⋅

= м

/г, ( 2.9 )

при паралельно-перехрестних проходах

видобувається. З цією метою на гранітних кар’єрах слід передбачати улаштування

подрібнено-сортувальних установок для виробництва щебеню з бункерами для гото-

вої продукції. При сприятливих умовах доцільно також організувати спеціальні цехи

для виробництва гранітної брущатки.

Третя особливість розробки гранітних родовищ – певна залежність розмі-

щення уступів, напряму переміщення фронту робіт та

розміщенню устаткування, що

використовується, від положення тріщин окремості та напряму кращого розколу гра-

ніту.

Більш сприятливе розміщення лінії вибоїв за напрямом полегшеного розколу

– паралельно повздовжнім тріщинам. Негативно виявляється на результатах роботи

таке розміщення лінії вибоїв, при якому вона перетинає під гострим кутом напрям

кращого розколу та повздовжніх тріщин окремості.

Четверта

особливість розробки гранітних родовищ – потреба отримання

неподільних вантажів значних розмірів та ваги. Підйомні крани на кар’єрах є таким

само основним гірничим устаткуванням, як і екскаватори для кар’єрів із масовим ви-

добутком подрібненої гірської маси.

П’ята особливість розробки – доцільність інтенсивного розвитку робіт у

глибину. Справа у тому, що

якість граніту з глибиною покращується. Оптимальні ме-

жи поглиблення гранітних кар’єрів слід визначати шляхом порівняння отриманої еко-

номії від поглиблення кар’єру та додаткових витрат на підйом та водовідлив.

Шоста особливість розробки родовищ граніту – потреба утримання велико-

го підготовленого резервного фронту робіт із таким розрахунком, щоб можна було

підбирати потрібний

декоративний граніт за блочністю, кольором, рисунком, зернис-

тостю.

10. ГІДРОМЕХАНІЗАЦІЯ НА ВІДКРИТИХ ГІРНИЧИХ РОЗРОБКАХ

10.1. Загальні відомості

Гідромеханізація - це вид комплексної механізації гірничих робіт, при якій усі

чи частина виробничих процесів виконуються завдяки використанню енергії потоку

води. Вода, що подається під тиском по трубопроводах до гідромонітора, спрямову-

ється у вигляді струменя на вибій, руйнує гірську породу та перетворює її в гідросу-

міш (пульпу), яка потім під тиском чи самопливом транспортується до відвалу чи до

збагачувальної установки.

Вона включає наступні процеси: розмив; гідротранспорт; попутну дезінтег-

рацію; попередню концентрацію корисної копалини; зневоднення.

Переваги гідромеханізації:

∗ безперервність усього технологічного процесу;

∗

простота улаштування обладнання;

∗ невелика маса та невисока вартість;

∗ висока продуктивність праці;

∗ невеликі обсяги гірничо-капітальних робіт та термін будівництва кар’єру;

∗ можливість попутного збагачення корисної копалини.

Недоліки гідромеханізації:

∗ зниження продуктивності при низьких температурах та розробці важко-

розмивних гірських порід;

Рис.2.3.Схеми короткоуповільненого підривання свердловин: а, б, в - почергова,

че

ез све

дловин

та хвильова