6.2.3Условия залегания месторождений, разрабатываемых открытым способом

Открытым способом разрабатываются месторождения полезных ископаемых любой формы, залегающих в разнообразных природных условиях.

По положению залежи относительно дневной поверхности различаются месторождения: поверхностного типа, расположенные на поверхности или покрытые наносами небольшой мощности; глубинного типа, расположенные значительно ниже господствующего уровня поверхности; нагорного типа, расположенные на возвышенности или склоне горы; высотно-глубинного типа, частично расположенные на горе или на горном склоне.

По углу наклона к горизонту различают следующие залежи: горизонтальные или слабонаклонные — до 10–15°; наклонные — от 10 до 30°; крутые — более 30°.

По мощности различают залежи: тонкие — до 2–3 м; малой мощности — до 10–20 м; средней мощности — 20–30 м; большой мощности — более 30–50 м.

По структурному строению и распределению качества: залежи простые однокомпонентные с однородным строением и равномерным распределением качественных признаков; сложноструктурные многосортные и многокомпонентные.

По преобладающим типам пород: скальные вскрышные породы и крепкие руды; мягкие и плотные покрывающие породы; полускальные вскрышные породы и полезные ископаемые; мягкие вскрышные породы и мягкие или плотные полезные ископаемые.

Тип пород определяет в основном выбор технологической схемы и моделей основного выемочного и транспортного оборудования.

6.2.4Достоинства и недостатки открытой разработки

Преимущества открытых горных работ по сравнению с подземными состоят в следующем: на карьерах обеспечиваются более высокая безопасность труда и лучшие производственные условия; производительность труда на карьерах в 5–8 раз выше, а себестоимость в 2–4 раза ниже, чем в шахтах; капитальные затраты, связанные со строительством карьера в 2–4 раза меньше, чем на строительстве шахт одинаковой с карьером мощностью; на карьерах меньше потери полезного ископаемого и легче производить раздельную выемку различных сортов руд; при открытой разработке месторождений легче увеличить в случае надобности производственную мощность предприятия.

Недостатки: необходимость отчуждения больших земельных угодий; понижение уровня грунтовых вод на больших площадях; зависимость от климатических условий, что наиболее сильно проявляется в условиях сурового климата.

Недостатки открытых горных работ в большинстве случаев перекрываются их преимуществами.

6.3Производственные процессы

6.3.1Элементы карьера и основные горнотехнические понятия

Карьер в хозяйственном значении — это горное предприятие, осуществляющее открытую разработку месторождения, а в техническом значении — это совокупность открытых горных выработок, служащих для разработки месторождения. Угольные карьеры обычно называют разрезами.

Часть месторождения, отводимая для разработки карьером, называется карьерным полем. Площадь карьерного поля обычно составляет от 0,5 до 4 тыс.га. Участок, занимаемый основными объектами карьера, называется земельным отводом. Площадь земельного отвода во много раз превышает площадь карьерного поля. На рис. 6.2 представлена схема основных объектов карьера в границах земельного отвода.

Рис. 6.2. Схема основных объектов карьера:

1— карьерное поле; 2 — отвал породы; 3 — обогатительная фабрика; 4 — промплощадка; 5—граница земельного отвода

М есторождение при открытой разработке делят на горизонтальные или наклонные слои, которые отрабатывают с опережением верхними слоями нижних. Поэтому борта карьера, т.е. его боковые поверхности, имеют ступенчатую, или уступную форму (см. рис. 6.1).

Уступом называется часть толщи пород, имеющая рабочую поверхность в форме ступени и разрабатываемая самостоятельными средствами выемки, погрузки и транспорта. Обычно высота уступа принимается не менее высоты черпания экскаватора и на большинстве карьеров составляет 10–15 м, а иногда достигает 20–40 м.

Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах производится выемка пород или добыча полезного ископаемого. Уступ имеет нижнюю и верхнюю площадки, откос и бровки.

Откосам уступа называется наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства. Линии пересечения откоса уступа с его верхней и нижней площадками называются верхней и нижней бровками.

Горизонтальные поверхности рабочего уступа, ограничивающие его по высоте, называют нижней и верхней площадками. Площадка, на которой расположено оборудование для разработки, называется рабочей площадкой. Ширина рабочих площадок составляет 40–70 м и более. Если площадка свободна, ее называют нерабочей.

Угол наклона уступа α к горизонтальной плоскости называется углом откоса уступа. Угол откоса рабочих уступов обычно равен 65–80°, а нерабочих — 45–60°.

Основные элементы уступа и технологии ведения вскрышных и добычных работ показаны на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Основные элементы уступа:

1, 2 —соответственно нижняя н верхняя площадки уступа; 3, 4, 5, 6 — заходки; 7 — откос уступа; 8 — нижняя бровка уступа; 9 — верхняя бровка уступа; 10, 11 — соответственно забои угольного и породного уступов; 12— направление перемещения фронта работ; 13 — направление перемещения забоя заходки; 14 — развал породы после взрыва; а —угол откоса уступа; 15 — погрузка породы экскаватором в железнодорожный состав; 16 — подготовка заходки к взрыву, бурение и заряжание скважин; А —рабочая площадка; Б — нерабочая площадка

Уступ разрабатывают последовательными параллельными полосами — заходками шириной 10–20 м с применением или без применения буровзрывных работ. Торец заходки называется забоем. Часть заходки по ее длине, подготовленная для разработки, называется фронтом работ уступа.

Подготовка фронта работ заключается в подводке транспортных путей (железных дорог или автодорог) и линии электропередачи. Обычно в работе находятся несколько уступов. Боковые поверхности, ограничивающие карьер и его выработанное пространство, называют бортом карьера.

Как указывалось выше, вскрышные работы — это работы по удалению пустых пород, вмещающих полезное ископаемое. В этой связи количественная оценка перемещаемых вскрышных пород производится с помощью специального показателя — коэффициента вскрыши.

Коэффициент вскрыши показывает, какое количество вскрыши необходимо переместить для добычи единицы полезного ископаемого. Коэффициент вскрыши измеряется в т/т, м³/м³ м³/т. Наибольшее распространение получила размерность в m³/т, т.е. сколько кубометров вскрыши необходимо переместить для добычи одной тонны полезного ископаемого.

Различают следующие основные виды коэффициентов вскрыши.

Граничный (К_г) — максимально допустимый по условию экономичности открытых разработок. По величине этого коэффициента устанавливают границы открытых горных работ (предельную глубину карьера) из условия равенства себестоимости добычи полезного ископаемого открытым и подземным способами (применительно к данным условиям).

Средний (К_ср) — отношение общего объема вскрышных пород в конечных контурах карьера к общему объему полезного ископаемого в этих же контурах.

Текущий (К_т) — отношение объема вскрышных пород, фактически перемещаемых в течение месяца, квартала, полугодия, года, к фактически добываемому за этот период объему полезного ископаемого.

Эксплуатационный (К_э) — расчетное отношение объема вскрышных пород к объему полезного ископаемого за период эксплуатационных работ в карьере. Иногда его называют средним эксплуатационным. Он служит критерием для горных работ и расчетов потребного количества горного и транспортного оборудования за период эксплуатации.

Коэффициент вскрыши изменяется в широких пределах — от 0,9 до 15м³/т.

В ходе разработки месторождения открытым способом можно выделить четыре периода: подготовительный, строительный, эксплуатационный, заключительный.

Подготовительный период включает работы по подготовке месторождения, осушению и ограждению от вод поверхностного стока.

В строительный период входят работы по созданию начального фронта вскрышных и добычных работ, строительство транспортных коммуникаций.

Эксплуатационный период охватывает горные работы по вскрыше и добыче в пределах плана.

Заключительный период — это работы по рекультивации нарушенных горными работами земель.

Степень экономической эффективности открытых горных работ характеризуется величиной технико-экономических показателей, к основным из которых относятся прибыль, рентабельность, себестоимость.

Под прибылью понимается разница между ценностью реализуемой товарной продукции и затратами на ее производство.

Рентабельность — это отношение прибыли, полученной в течение года, к общей величине средств (основных и оборотных фондов), находящихся на разрезе.

Себестоимость — затраты, приходящиеся на 1 т добычи полезного ископаемого, складываются из затрат на собственно добычу и вскрышу:

С ⁼ С_д + КС_в,

где С_д и С_в — соответственно затраты на 1 т добычи и вскрыши, руб.; К — коэффициент вскрыши, т/т.

Вскрышные работы включают следующие процессы; подготовку горных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, перемещение горной массы из забоев, отвальные работы для складирования вскрышных пород, а также складирование полезного ископаемого, рекультивацию земель как завершающий этап ведения вскрышных и добычных работ.

При добычных работах часть процессов, перечисленных выше, отсутствует, поэтому эти два вида работ практически всегда рассматриваются совместно.