Введение
Учебное пособие предназначено для изучения и закрепления знаний по дисциплине «Технология добычи полезных ископаемых открытым способом» и составлено в соответствии с учебным планом направления подготовки специальности 21.02.15.
Учебное пособие состоит из практических занятий, в которых изложен материал по терминологии открытых горных работ, определению главных параметров карьера и технологическим процессам.
Для каждого занятия дано краткое содержание базового материала, который студент должен знать для успешного выполнения работы. Приводятся примеры расчета заданий и вопросы для самоконтроля.
Расчеты выполняются в соответствии с индивидуальным заданием студента. Законченная практическая работа сдается преподавателю на проверку с последующей защитой.
Список рекомендуемой учебно-методической литературы приведен в конце учебного пособия.
Учебное пособие может быть использовано студентами при выполнении дипломного проекта (раздел “Горная часть”).
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1
Тема: «Общие понятия»
Целью данной работы является ознакомление с основными понятиями и определениями, используемыми на открытых горных работах.
Открытыми горными работами (ОГР) называют совокупность работ, производимых с земной поверхности с целью добывания разнообразных горных пород и создания различных выемок и котлованов. Наибольшие масштабы открытых горных работ связаны с добычей полезных ископаемых.
При открытой разработке месторождений горные работы подразделяются на вскрышные (выемка, перемещение и размещение вскрышных пород) и добычные (выемка, перемещение и складирование или разгрузка полезного ископаемого).
Термин «карьер» имеет два понятия: административно - хозяйственное и горно-техническое.
В административно-хозяйственном понимании карьером называют горное предприятие, осуществляющее открытую разработку месторождения, в угольной промышленности - разрезом.
Горно-техническое понятие связано с производством открытых горных работ на земной поверхности, в результате чего образуются большие выемки, совокупность которых называют карьером. Контур поперечного сечения этих выработок является незамкнутым.
Месторождение полезных ископаемых - скопление в земной коре полезной минерализации, которое по условиям залегания, количеству и качеству пригодно для промышленного использования (разработки) при современном состоянии техники и технологии добычи и переработки.
Месторождение или часть его, разрабатываемая одним карьером, называют карьерным полем, которое является объемной геометрической фигурой, характеризуемой размерами в плане, глубиной и углами откосов бортов. При отработке карьерного поля создается открытое выработанное пространство, ограниченное: по поверхности - границами карьерного поля, по глубине - дном карьера, по бокам - бортами погашения карьера, т.е. бортами, отстроенными на конец отработки карьерного поля.
Поверхность карьерного поля называют горным отводом.
Земельный отвод - это площадь, на которой расположены все здания и сооружения, необходимые для работы карьера и сам горный отвод.
Борт карьера - это ступенчатые боковые поверхности, ограничивающие выработанное пространство и состоящее из откосов и площадок уступов. Борт карьера, на котором ведутся горные работы, называют рабочим бортом карьера. Соответственно, нерабочий борт карьера - борт, на котором не ведутся горные работы.
Линия пересечения бортов карьера с земной поверхностью называется верхним контуром карьера, с дном - нижним контуром карьера.
Линия, соединяющая верхнюю бровку верхнего уступа с нижней бровкой нижнего уступа, называется линией откоса борта карьера, а угол между этой линией и ее горизонтальной проекцией - углом откоса борта карьера.
В горном деле различают полезное ископаемое и пустые породы. Горные породы, вмещающие полезное ископаемое, покрывающие его или заключенные в нем в виде прожилков, прослойков и т.д., называются пустыми или вскрышными породами.
Горные породы, являющиеся объектом открытых разработок, делятся на коренные (залегающие в толще земной коры по месту своего образования), и наносы - покрывающие их измельченные или переотложенные породы.
Горные породы (как вскрышные, так и полезное ископаемое), заключенные в границах карьерного поля, разрабатываются горизонтальными слоями.
Выемка полезного ископаемого, покрывающих и вмещающих пород производится с опережением верхними слоями нижних; в результате разрабатываемый массив принимает форму уступов. Между смежными слоями (уступами) оставляют рабочие площадки.
В общем случае слой является более широким понятием, чем уступ. Уступ - это отдельно разрабатываемая часть слоя горных пород, имеющая форму ступени.
Поверхность, ограничивающая уступ сверху или снизу, называется соответственно верхней или нижней площадкой уступа.
Откос уступа - наклонная поверхность между верхней и нижней его бровками.
Линия пересечения откоса уступа с его верхней или нижней площадкой называется верхней или нижней бровкой уступа.
Высота уступа - вертикальное расстояние между верхней и нижней площадкой уступа. Она определяется параметрами выемочного оборудования и физико-механическими свойствами отрабатываемых пород массива.
Угол откоса уступа - это угол между откосом уступа и горизонтом. Он определяется физико-механическими свойствами отрабатываемых пород, в связи с чем выделяют углы откосов уступов в мягких и скальных породах.
Рабочая площадка уступа - это площадка уступа, на которой располагается оборудование, предназначенное для его разработки (рис. 1.1).
Забой - это поверхность уступа горных пород в массиве или в развале, являющаяся объектом выемки и перемещающаяся в процессе отработки.
Ширина рабочей площадки уступа определяется типами горного, транспортного оборудования и физико-механическими свойствами пород.
Рис.
1.1 - Рабочий уступ и его элементы
Площадка между уступами на нерабочем борту карьера, служащая для размещения на ней транспортных коммуникаций, называется транспортной бермой.
Берма безопасности - это часть верхней площадки уступа со стороны откоса, равная по ширине основанию призмы возможного обрушения.
Фронт работ уступа - часть уступа по его длине, подготовленная для ведения горных работ. Суммарная протяженность фронта работ всех уступов называется фронтом работ карьера.
Рабочая зона карьера - это совокупность уступов, находящихся в одновременной разработке.
Искусственная насыпь пустых пород называется отвалом. В данной методической разработке дальнейший материал рассматривается для пластообразных залежей, привязанных к условиям Кузнецкого угольного бассейна. Это связано с тем, что КГТТ готовит специалистов, прежде всего для шахт и разрезов Кузбасса.
Пластом называют вытянутую в двух направлениях залежь при относительно небольшой мощности. Пласт характеризуется параметрами: углом падения и нормальной мощностью.
При открытой разработке по углу падения различают пластовые залежи:
горизонтальные, характеризующиеся горизонтальным и слабонаклонным (до 5 градусов) залеганием.
пологие - с углами падения от 6° до 14°;
наклонные - с углами падения от 15° до 45°;
крутые - с углами падения 46°-90°.
Угол падения залежи определяет порядок ее разработки (рис. 1.2).
Угол откоса нерабочего борта в основном зависит от физикомеханических свойств пород, слагающих борт карьера, условий их залегания, обводненности, а также глубины карьера. Различают угол откоса нерабочего борта с висячего (ɣв) и с лежачего бока пласта (ɣл). Величина этих углов изменяется обычно от 30 до 55 градусов, в учебных расчетах значение углов задается индивидуально.
Угол откоса рабочего борта (ɣрб) определяется физико-механическими свойствами пород и технологическими факторами - шириной рабочей площадки, высотой уступа и его углом откоса. Для учебных расчетов ɣрб = 20÷27°.
Рис. 1.2 - Порядок разработки пластовых залежей в зависимости от угла падения:
а - толща вскрышных пород над пластом при его пологом или горизонтальном залегании переваливается экскаватором в выработанное пространство;
б - то же, но верхняя часть породной толщи перемещается транспортом на внешний отвал;
в - толща вскрышных пород над кровлей пласта при его наклонном залегании перемещается транспортом на внешний отвал (по почве пласта формируется контур карьера - нерабочий борт);
г - при крутом залегании пласта породная толща и выше кровли пласта, и ниже его почвы перемещается транспортом на внешний отвал.
Контрольные вопросы.
Дайте определение ОГР.
Что называют карьером? Разрезом?
Дайте определение следующим терминам: карьерное поле, горный отвод, земельный отвод.
Месторождения полезных ископаемых - определение, их виды.
Какие различают борта карьера, углы наклона бортов карьера? Чем ограничено выработанное пространство карьера?
Назовите элементы рабочего уступа.
Что относится к параметрам нерабочих уступов?
Назовите классификацию угольных пластов по углу залегания.