Основные этапы строительства и эксплуатации карьера

(Схемы: Расположение основных объектов с указанием карьерного поля, горного и земельного отводов, Разделение карьерного поля на слои и горизонты, борта карьера, элементы уступа и разработка уступа по фронту. Из книг Анистратова, Агошкова).

Основные сведения о технологии, механизации и экономике ОГР. Горнотехнические понятия, терминология, определения. Этапы строительства и эксплуатации карьера. Вскрытие, подготовленные и готовые к выемке запасы. Коэффициенты вскрыши, основы экономики ОГР.

Как уже отмечалось, в хозяйственном отношении, карьером называют горное предприятие, осуществляющее открытую разработку месторождения, а в техническом значении — это совокупность открытых горных выработок. Угольные карьеры называют разрезами, а россыпные — приисками.

Элементы карьера

Основные горнотехнические понятия и элементы карьера

Карьером в административно-хозяйственном значении называется горное предприятие по добыче полезных ископаемых открытым способом.

Карьером в техническом значении называется совокупность горных выработок, предназначенных для открытой разработки месторождений.

Константин Борисов. Основы планирования карьеры

Месторождение или его часть, отводимая для разработки карьером, называется карьерным полем (или полем разреза).

Участок земной поверхности, занимаемый горным предприятием, называется земельным отводом.

2). Элементы открытых горных работ.

Уступ — часть толщи горных пород, имеющая рабочую поверхность в виде ступени. Отрабатывается самостоятельными средствами выемки и транспорта.

• а) откос — наклонная плоскость, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства.
• б) верхняя площадка
• в) нижняя площадка —

горизонтальные плоскости, ограничивающие уступы по высоте;

hу — высота уступа, зависит от физико-механических свойств породы (Hу)

hу = (10 + 20) м — крупные рудные карьеры

б — угол откоса уступа — угол между откосом уступа и горизонтальной плоскостью, зависит от физико-механических свойств пород и параметров экскаватора.

m, n — верхняя и нижняя бровки уступа.

а — забой или торец заходки.

Разработка уступа ведется продольными горизонтальными полосами, которые называются заходками (рис. на доске). Часть уступа (заходки) по длине, подготовленная к разработке называется фронтом работ уступа (рис.на доске).

Подготовка уступа к разработке заключается в планировке площадки и устройстве транспортных путей, и линии электропередач.

Протяженность фронта работ, приходящаяся на первый экскаватор называется длиной экскаваторного блока Lб, м.

Минимальная длина Lб строго регламентирована и определяется нормативами.

Геометрические параметры карьера характеризуются размерами в плане, глубиной и объемом.

В процессе работ по выемке вскрышных пород и добыче полезных ископаемых образуется выработанное пространство.

На поверхности земли выработанное пространство ограничивается границами карьерного поля. По глубине выработанное пространство ограничивается дном карьера. На момент отработки карьера его называют подошвой карьера или нижним контуром. Боковые поверхности выработанного пространства, называются бортами карьера.

Технологические процессы производства горных работ на карьере

L, В, м — длина и ширина карьера по верху

l, и, м — длина и ширина карьера по низу

Нк, м — конечная глубина карьера

Vк, м3 — объем карьера

— карьер округлой формы

— карьер вытянутой формы

Размеры дна карьера обычно определяются размерами рудного тела.

Наклонные поверхности, ограничивающие карьер со стороны выработанного пространства, называется бортами.

Борта карьера представляют собой совокупность уступов.

Уступы в карьере разделяются на рабочие и нерабочие. Уступы, на которых ведутся горные работы, называются рабочими, не ведется — нерабочими.

Борта карьера, сложенные рабочими уступами, называются рабочими бортами, нерабочими уступами — нерабочими бортами.

1-5, 2-5 — нерабочие борта.

Вп — призма возможного обрушения (ширина)

Процесс придания углу откоса устойчивого значения называется заоткоской.

Нерабочий борт карьера имеет следующие площадки:

1) бермы безопасности (9)- предназначены для сбора остающихся кусков породы.

Вп, м — ширина бермы безопасности

2) площадки очистки (10) — устраиваются через 2-3 нерабочих уступа и предназначены для механизированной очистки уступов от обрушенных кусков породы.

3) транспортные бермы (8) — предназначены для транспортирования горной массы (вскрышные породы и полезное ископаемое).

В = 10 — 30 м и зависит от габаритов транспортных средств.

4) на рабочем борту карьера располагаются рабочие площадки, на которых ведутся горные работы (7).

Площадка, на которой размещается выемочное, транспортное и другое горное оборудование необходимое для обеспечения технологического процесса, называется рабочей площадкой. Ширина рабочей площадки определяется расчетным путем, исходными данными для которого являются физико-механические свойства пород, габариты оборудования их размещение. Обычно ширина рабочей площадки уступа составляет 35 — 80 м при транспортировании горной массы автотранспортом и 80 — 100 м при работе железнодорожного транспорта.

5) углы рабочего и не рабочего бортов: разделяются на рабочие и не рабочие.

Угол между линией, соединяющей верхнюю бровку уступа с бровкой нижнего уступа и горизонтальной плоскостью, называется углом откоса рабочего (не рабочего) борта карьера.

Углы зависят от ФМС породы.

Открытая горная выработка, имеющая в поперечном сечении трапециевидную форму, называется траншеей, треугольную форму — полутраншеей.

При вскрытии месторождения проходят капитальные траншеи, обеспечивающие доступ транспорта с поверхности к рудному телу (угольному пласту и пр.). Для создания фронта работ и размещения горного оборудования проходят разрезные траншеи.

Участок месторождения, планируемый к отработке одним карьером, называют карьерным полем (полем разреза, прииска). В соответствии с нормативными материалами на участок первоочередной отработки карьерного поля оформляют горный отвод (рис.3). Горный отвод отмечается на плане поверхности и на разрезах.

По верхнему контуру, на характерных точках границы карьерного поля, горный отвод закрепляется специальными знаками. В пределах горного отвода и осуществляются вскрышные работы и добыча полезных ископаемых. По мере углубления карьера площадь горного отвода уменьшается (рис.3).

Участки земной поверхности, занимаемые горным предприятием, для хозяйственной деятельности называются земельными отводами. Горный отвод и карьерное поле входят в состав земельного отвода. Земельный отвод отмечается специальными знаками. На земельные отводы оформляется межевые дела, в которых отмечается их площадь, координаты межевых знаков и. т.п..

В процессе работ по выемке вскрышных пород и добыче полезных ископаемых образуется выработанное пространство.

На поверхности земли выработанное пространство ограничивается границами карьерного поля. По глубине выработанное пространство ограничивается дном карьера. На момент отработки карьера его называют подошвой карьера или нижним контуром. Боковые поверхности выработанного пространства, называются бортами карьера.

Насыпь горных пород, перемещенных из карьера в процессе вскрытия рудного тела (угольного пласта) называется породным отвалом или отвалом вскрышных пород.

В пределах горного отвода выемку горной массы осуществляют горизонтальными слоями, реже наклонными, вследствие чего профиль карьера имеет ступенчатую форму. Называют эти горизонтальные слои горизонтами карьера. Отдельные участки горизонтов карьера, которые разрабатываются самостоятельными средствами рыхления, выемки и перемещения называются уступами.

Его высота устанавливается с учетом физико-механических свойств горного массива и определяется проектом. На рис. 3 представлены элементы уступа. Горизонты карьера имеют отметки абсолютные, относительно уровня Балтийского моря, или условные, относительно постоянной абсолютной отметки поверхности карьера. Обычно горизонт обозначают по отметке нижней площадки уступа.

Например, горизонт + 245 м. Отработка верхнего горизонта всегда опережает отработку нижнего (рис. 3)

Иногда уступ разбивают на подуступы, которые отрабатываются самостоятельно, но обслуживаются общим для уступа транспортом.

Основные элементы уступа — площадки, откос, бровки (рис 3). Площадкой уступа называется горизонтальная поверхность, ограничивающая уступ по высоте. Различают верхнюю и нижнюю площадки уступа. Отметка нижней площадки уступа совпадает с отметкой горизонта.

Откосом уступа называется наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства между верхней и нижней площадками уступа. Угол, образуемый откосом уступа с горизонтальной плоскостью, называется углом откоса. Угол откоса уступа зависит от категории пород, крепости и определяется проектом.

Верхняя и нижняя бровки уступа соответственно — линии пересечения верхней и нижней площадок с откосом уступа.

Часть уступа по ширине, разрабатываемая выемочными средствами в сочетании с транспортом, называется заходкой уступа, торец заходки называется забоем. Заходку по длине разбивают на блоки, имеющие самостоятельный забой с горным оборудованием, что позволяет отрабатывать уступ несколькими забоями.

Заходка уступа характеризуется шириной В, высотой h и длиной L. Высота обычно соответствует высоте уступа, длина — длине фронта работ уступа. Ширина принимается в соответствие применяемому оборудованию. Обычно фронтом работ уступа называется часть уступа, подготовленная для горных работ. Подготовка фронта работ заключается в основном в подводе транспортных путей и линий электропередачи. Обычно одновременно в работе находятся несколько уступов.

Различают площадки уступа рабочие, не рабочие и предохранительные.

Площадка, на которой размещается выемочное, транспортное и другое горное оборудование необходимое для обеспечения технологического процесса, называется рабочей площадкой. Ширина рабочей площадки определяется расчетным путем, исходными данными для которого являются физико-механические свойства пород, габариты оборудования их размещение. Обычно ширина рабочей площадки уступа составляет 35 — 80 м.

Боковые поверхности, ограничивающие карьер и его выработанное пространство, называют бортом карьера. Если на нем ведутся горные работы, то он называется рабочим бортом. Рабочий борт карьера формируется благодаря проходке траншей на нижележащем горизонте. Не рабочий борт карьера формируется в период его подхода к границе карьерного поля. Борт карьера состоит из откосов и площадок уступов.

Рабочие площадки уступов соединяются между собой бермами (рис. 3). Площадка между уступами, оставляемая на не рабочем борту карьера служит для задержания осыпающихся кусков породы, устойчивости борта и называется предохранительной бермой. Если эта площадка служит для размещения транспортных коммуникаций, то ее называют транспортной бермой.

Совокупность уступов, находящихся в одновременной отработке, называется рабочей зоной карьера.

Линия пересечения бортов карьера с земной поверхностью называется верхним контуром карьера. Линия пересечения бортов карьера с дном карьера называется нижним контуром карьера. Условная поверхность, проходящая через нижний и верхний его контуры, называется откосом борта карьера.

Угол, образованный линией откоса борта карьера и ее проекцией на горизонтальную плоскость называют углом откоса борта карьера.

Открытая горная выработка, имеющая в поперечном сечении трапециевидную форму, называется траншеей, треугольную форму — полутраншеей.

При вскрытии месторождения проходят капитальные траншеи, обеспечивающие доступ транспорта с поверхности к рудному телу (угольному пласту и пр.). Для создания фронта работ и размещения горного оборудования проходят разрезные траншеи.

Источник m.studwood.net

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ КАРЬЕРА НА ЭТАПЫ

Разработка крупных карьеров, обладающих большими запа­сами полезного ископаемого, сопровождается целым рядом тех­нологических особенностей. При составлении технического про­екта разработки месторождения стремятся установить конечный контур карьера, внутри которого проектируются гарные работы с постоянными на весь период эксплуатации параметрами.

Фактически на большинстве карьеров с течением времени из­меняются параметры системы разработки, горнотранспортное оборудование и схемы вскрытия месторождений. Совершенствова­ние технологии добычи и переработки руды, а также доразведка месторождений приводят к неоднократным расширениям контуров и другим видам реконструкции карьеров. В результате реконст­рукции карьер вступает в новый этап развития, который по своим параметрам намного отличается от принятых в первоначальном проекте.

Вместе с тем под влиянием технического прогресса происходит ежегодное увеличение производительности труда и снижение экс­плуатационных расходов [57, 58, 59]. Это вызывает естественное желание уменьшить объемы горнокапитальных и вскрышных работ в первоначальные периоды эксплуатации карьеров. Для умень­шения затрат целесообразно планировать открытую разработку месторождений по этапам с установлением промежуточных кон­туров.

В 1945 г. выемка вскрыши по этапам была осуществлена по предложению А. Н. Шилина и других при разработке Сибайского месторождения. Предложенная схема оказалась весьма эконо­мичной, поэтому институтом Унипромедь способ разделения карь­ера на очереди был применен в проектах Зыряновского, Учалинского и некоторых других карьеров [63].

В. В. Ржевский при исследовании режима горных работ на карьерах сформулировал основные принципы разработки место­рождений да этапам следующим образом: «Для уменьшения объ­емов работ на первый период принято решение об организации карьеров первой очереди. С этой целью, установив конечные кон­туры карьера, горные работы первые 15—20 лет развиваются в пределах условно принятых промежуточных контуров с меньшим средним коэффициентом вскрыши. В последующем, когда годовые объемы вскрышных работ по карьеру первой очереди начинают уменьшаться, приступают к ведению горных работ до конечных контуров. За счет этого достигается нужная степень усреднения годовых объемов вскрышных работ» сокращаются сроки и стои­мость строительства карьеров»[43]:

Акад. Н. В. Мельников, освещая основные направления в раз­витии открытого способа разработки, подчеркивал экономическую целесообразность и технологическую необходимость этапов, обо­снованную практикой работы уральских карьеров [29]. «Возмож­ность разработки месторождений отдельными этапами, — отмечал Н. В. Мельников, — имеет принципиальное значение, так как умень­шает объем горнокапитальных работ; обеспечивает равномерное распределение объемов горных работ в каждом периоде и позво­ляет отнести выполнение необходимых объемов по вскрыше на наиболее благоприятные периоды существования предприятий на базе новой техники». На необходимость и экономическую целесо­образность разработки крупных карьеров этапами указывает Н. В. Мельников в своих более поздних работах [30, 31].

Проф. А. И. Арсентьев, занимаясь исследованием режима гор­ных работ на карьерах, пришел к выводу о том, что «с целью повышения эффективности открытой разработки крупных место­рождений целесообразно разбить всю работу карьера на несколько очередей (этапов). Контуры карьера I очереди должны обеспе­чить переход горных работ в контуры карьера II очереди» [2]. Отмечая, что разделение карьера на очереди отработки связано с объемом капитальных вложений и усреднением коэффициента вскрыши, А. И. Арсентьев рассмотрел два случая:

1) когда для перехода к работе карьера на следующем этапе требуется только добавление основного горнотранспортного обо­рудования без горнокапитальных работ;

2) когда переход на следующий этап работы карьера связан с реконструкцией карьера и производством горнокапитальных работ.

А. И. Арсентьев и С. Я. Арсеньев [3] рассмотрели схему раз­работки крупного месторождения по этапам как один из способов усреднения эксплуатационного коэффициента вскрыши. Сущность предлагаемого метода заключается в том, что внутри конечного контура карьера намечается промежуточная граница, на которой оставляются транспортные бермы. Когда объемы вскрышных работ в промежуточных контурах начинают снижаться, начинается раз­нос временного нерабочего борта до конечных контуров карьера. Причем понижение горных работ при разносе этого борта должно быть более интенсивным, чтобы обеспечить бесперебойную работу карьера по добыче руды и своевременный выход горных работ па конечные контуры карьера. Разработанный принцип расчета высоты временного нерабочего борта и рационального периода консервации вскрыши проверен на примере разделения Николаев­ского месторождения на этапы разработки.

Проф. В. С. Хохряков на основании изучения динамики тех­нико-экономических показателей карьеров рассмотрел основные вопросы технологии разработки месторождений этапами [57,. 60]. Исходя из положений, что «. возрастающий график вскрышных работ является более экономичным, чем усредненный..», и что «. производительность карьера по добыче полезного ископаемого также должна быть, как правило, возрастающая непрерывно или ступенями», В. С. Хохряков сформулировал основные принципы рационального календарного плана вскрышных и добычных ра­бот. Рациональный календарный план должен отвечать следую­щим условиям: 1) в любой период разработки (за исключением периода затухания) текущий коэффициент вскрыши должен быть минимальным и меньшим, чем в последующие периоды; 2) ка­лендарный график вскрыши и добычи должен быть ступенчатым, что характеризует этапность в развитии горных работ на карьере; 3) характер изменения графика внутри этапа определяется при­ближенно возрастающей прямой, а более точно графиком степен­ной функции.

На основании разработанных признаков рационального кален­дарного плана В. С. Хохряков сформулировал следующие основ­ные положения, определяющие целесообразную схему разделения карьера на этапы разработки.

1. Производительность карьера по полезному ископаемому не должна уменьшаться в какие-либо периоды, в частности в момент перехода горных работ через промежуточный контур от одного этапа к другому.

2. Средние коэффициенты вскрыши в каждом этапе, приве­денные к одинаковому качеству товарной продукции, должны быть минимальными и меньшими, чем в последующем этапе.

3. Производительность карьера по вскрыше и текущие коэф­фициенты вскрыши в каждом последующем этапе должны быть, как правило, больше, чем в предыдущем (за исключением пе­риода затухания на месторождении).

При составлении технических проектов разработки крупных рудных карьеров В. С. Хохряков рекомендует учитывать развитие техники и технологии и решать задачи не для всего срока службы, а для конкретных, сравнительно небольших по длительности периодов.

Для первого периода (10—12 лет) принимается выпускаемое конкретное апробированное практикой горнотранспортное оборудование и соответственно этому оборудованию устанавливаются на основе известных закономерностей параметры системы разработ­ки и способы вскрытия.

Для второго периода (10—12 лет) точность расчета снижается. В качестве средств механизации принимаются модели горнотранспортного оборудования, намеченные к выпуску, проходящие испы­тания и находящиеся в стадии проектирования. Основные техни­ческие данные этого оборудования принимаются ориентировочно на основе расчетов по удельным показателям путем сравнения с другими машинами. Технико-экономические показатели могут быть определены обычными расчетными методами и оценены по нор­мативным показателям с учетом темпов технического прогресса. Проектные решения и технико-экономические показатели второго периода пересматриваются и уточняются в проекте реконструкции.

Для третьего и последующих периодов, находящихся за пре­делами 15—20-летнего срока от начала разработки, трудно при­нять с достаточной точностью какие-либо конкретные решения. Однако технический прогресс должен быть учтен, что может быть сделано на основе полученных закономерностей, определяющих динамику технико-экономических показателей. На основе этих экономических показателей определяются перспективные границы открытой разработки и обосновывается перспективная производ­ственная мощность. Технико-экономические показатели и проект­ные решения третьего периода в будущем соответственно пере­сматриваются и уточняются в проектах реконструкций.

Проведенные отечественными учеными исследования позволили предложить методику выбора оптимального варианта при разра­ботке карьеров по этапам с учетом современного состояния тех­ники и новых методов экономической оценки рассматриваемых вариантов.

Источник studopedia.ru

Технологии добычи полезных ископаемых в карьерах (разрезах)

Добыча полезных ископаемых — угля, металлов, минералов, львиной доли строительного сырья, ведётся не только в шахтах или каменоломнях, а и в открытых горных выработках — карьерах или разрезах. Открытая добыча, самый древний способ получения ископаемых ресурсов, остаётся максимально востребованной и в наше время. Благодаря карьерам создаются мощнейшие машины и оборудование, внедряются новейшие технологии и методы добычи.

Что такое карьер?

Горные выработки, предназначенные для добычи полезных ископаемых открытым способом, с поверхности грунта и постепенным углублением по площади в процессе работы, называются карьерами. Таким образом извлекаются полезные ископаемые из рудных, нерудных, а также россыпных месторождений. В случаях, когда речь идёт об освоении россыпных и угольных пластов, карьеры называются разрезами. Структура карьера обычно имеет ступенчатую форму, при этом верхние слои состоят в основном из вскрышной породы, а на нижних осуществляется добыча.

Бингем-Каньон, штат Юта, США

Размеры карьеров по вертикали обычно определяются, исходя из рентабельности производственных процессов, растущих пропорционально глубине работ. Целесообразность увеличения глубины карьера теряется после достижения отметки в пределах от десятков до полутысячи метров, в зависимости от конкретных геологических и технических условий. Тем не менее, есть и рекордно глубокие разрезы — например, Бингем-Каньон (Юта, США) — более километра.

Немного истории горного дела

Открытые горные работы человек вёл ещё в глубокой древности. Появление первых примитивных горнопроходческих инструментов датируется 6-м тысячелетием до нашей эры. Таким способом извлекались полиметаллические руды с целью получения бронзы в 4-м тысячелетии до нашей эры в Северной Эфиопии, на Кавказе, Синайском полуострове и в Индии. Железо начали добывать в карьерах со 2-го тысячелетия до нашей эры в Южной Европе и ближневосточных странах.

Первые большие карьеры появились во время строительства пирамид в Древнем Египте, в античный период на открытой местности добывался мрамор. В средние века центрами открытой добычи цветных металлов являлись территории современных Испании, Италии и российского Урала. Разработка россыпных месторождений карьерным способом набрала популярность на Урале и в Сибири с 18-го века. Только с появлением полноценной карьерной техники и налаживания основных процессов производства — выемки, погрузки, транспортировки и образования отвалов — наметился значительный прогресс в отрасли.

Бакальский рудник, Челябинская область (Южный Урал), начало ХХ века

Уже в конце 19-го века на карьерах стали использоваться экскаваторы. Открытая разработка месторождения начала бурно развиваться в начале двадцатого века, особенно в США и Германии. Тем не менее, в России преобладал ручной труд (к примеру — использование в роли транспорта примитивных средств — тачек), работы были лишь частично механизированы. Первые крупные карьеры для добычи угля, цветных и чёрных металлов, были обустроены в СССР с 1928 по 1941 годы.

Электровоз IVКП1 с думпкаром ВС-50 на разгрузке, разрез «Коркинский», 1959 год

Во время Второй мировой войны объёмы добычи в советском государстве значительно выросли. В послевоенную эпоху началась механизация добычи, переход на унифицированную и более мощную технику. Совершенствовались и методики проведения взрывных работ. От средневекового пороха горняки в 20-х годах перешли к аммоналу, в 30-х — к динамону, в военное время использовался оксиликвит, после — игданит. В послевоенный период восстановления экономики расширились масштабы механизации процессов на карьерах, было унифицировано экскаваторное и транспортное оборудование.

Открытая разработка: эффективность и принципы

Благодаря открытой разработке месторождений удовлетворяется 65% от объёма мирового потребления сырья как рудного, так и нерудного происхождения, а также 35% топлива твёрдого типа. Около 90% бурых и 20–30% каменных углей также извлекаются в разрезах, 75% железных руд и порядка 80% руд цветных металлов, 90% других ископаемых и строительных материалов добываются в карьерах. В России до 93% руд как чёрных, так и цветных металлов, 66% угля и практически 100% строительных материалов получают в карьерах. Наиболее широко распространена карьерная добыча в таких странах, как США, Китай, Австралия, Канада, ряд государств Европы.

Высокая степень популярности открытой добычи заключается прежде всего в её экономической эффективности. В сравнении с шахтным способом добычи, извлечение полезных ископаемых в карьерах в три раза дешевле для угольных и в два раза — для рудных месторождений. Разработка месторождений карьерным способом не требует обустройства шахт или прокладывания тоннелей. При этом производительность труда в карьерах выше в два–три раза, а объём потерь полезных ископаемых в пять раз меньше.

Добыча угля открытым способом в Хантер-Вэлли, Австралия

Существуют разные виды открытой разработки месторождений в зависимости от ряда её параметров и применяемых технологий. Тем не менее, разным типам освоения залежей в карьерах присуща идентичная общая схема работ. Слои пустых пород разделяются на уступы, которые снимаются сверху вниз, при этом верхние слои опережают нижние.

Выработанное пространство увеличивается по мере перемещения рабочих уступов. В целом технологические процессы предусматривают отделение горных пород от полезных ископаемых, погрузку и вывоз горной массы, размещение пустой породы в отвалах. Давайте рассмотрим этапы открытой разработки месторождении более подробно.

Пронедра писали ранее, что освоению месторождения всегда предшествует геологоразведка. В этом плане карьерная добыча — не исключение. Уже после утверждения и запуска проекта проводятся подготовительные работы. Они включают первичную подготовку поверхности, в том числе рубку и корчевание леса, обводнение или осушение местности, строительство складских, административных и производственных объектов, коммуникаций, водопроводных и канализационных сетей. Трудоёмкость процесса повышается, если местность является сложной в топографическом аспекте, или же освоение участка производится в условиях сурового климата, высокой степени обводнённости.

После подготовки осуществляются горно-капитальные работы и вскрытие месторождения. На данном этапе обустраиваются структурные компоненты карьера — внутренние и внешние траншеи, монтируется горное, технологическое и транспортное оборудование. Вскрышные работы — отделение породы, мешающей извлечь полезные ископаемые, путём механического рыхления или с применением взрывчатки. Особенностью работы с вскрышными породами является постоянное перемещение забоев и пунктов разгрузки на отвалах. Добычные работы, как это понятно из их названия, включают выемку полезных ископаемых, их транспортировку и отгрузку на склады или на обогатительные комбинаты.

Взврывные работы в угольном разрезе

В связи с вышесказанным, становится очевидно, что разработка карьера связана с перемещением большого количества грунтов и пород, нарушением естественного ландшафта и вмешательством в естественный баланс местной экосистемы. По мнению экспертов в области экологии, карьер несёт лишь негативные последствия для окружающей среды, поскольку при его обустройстве повреждается почвенный покров и уничтожаются лесные массивы, изменяется картина движения подземных вод. Непосредственно работа техники в карьере приводит к выбросу большого количества пыли, оседающей в лесах поблизости.

В связи с тяжёлыми последствиями разработки карьеров для живой природы после окончания эксплуатации месторождений на отвалы пустой породы в обязательном порядке наносится почвенный слой, а выработанное пространство облагораживается. Карьеры, отработавшие свой срок, затапливаются или рекультивируются. Если же карьер просто брошен, то он постепенно осыпается и покрывается растительностью. Во многих странах мира владельцы горнодобывающих предприятий обязаны восстановить состояние почвы и высадить растения на месте старого карьера.

Рекультивация угольного разреза

Технологии добычи

Добыча полезных ископаемых открытым способом ведётся с применением разных подходов и технологий. В связи с этим классификация добычных работ осуществляется в зависимости от основных факторов, которые влияют на выбор того или иного производственного процесса.

В зависимости от положения и формы залежей относительно поверхности земли различают такие методы разработки месторождений, как:

• поверхностный, предусматривающий полное освоение участка и обработку максимального объёма как полезных ископаемых, так и вскрышных пород. При этом последние размещаются в отработанном пространстве карьера;
• глубинный, при котором вскрышные породы извлекаются в нисходящем порядке слоями;
• нагорный — вскрышные породы и полезные ископаемые перемещаются сверху вниз, до более глубинных отметок;
• нагорно-глубинный метод применяется как вариант нагорного при достаточно сложном рельефе;
• метод подводной добычи — при расположении залежи и её кровли под водой.

По критерию положения рабочей зоны, а также перемещения фронта работ:

• сплошной метод — руда добывается в залежах горизонтального или полого-падающего типа, при этом пустая порода размещается как в выработанном пространстве, так и за пределами карьера;
• углубочный метод: освоение крутых и наклонных залежей с размещением вскрыши во внешних отвалах;
• смешанный, включающий в разной степени углубочный и сплошной методы, используется при добыче полезных ископаемых в сложных горных, геологических и топографических условиях.

Соответственно применяемым видам горного и транспортного оборудования:

• цикличная технология — процессы выемки и транспортировки руды проходят с паузами, что связано с особенностями применения конкретной техники;
• циклично-поточная технология — применяются механизмы непрерывного и цикличного действия. При этом выемка породы осуществляется машинами цикличного принципа работы — одноковшовыми экскаваторами, а также погрузчиками, а транспортировка — непрерывно работающими устройствами, в том числе конвейерами и автоматическими сортировочными установками;
• поточная технология предполагает использование по большей части горных и транспортных машин с непрерывным принципом действия, к примеру, гидромеханических устройств, ленточных конвейеров, многоковшовых экскаваторов. Если для цикличной и циклично-поточно технологий характерно автоматизированное управление отдельными процессами, то для поточной задействуются автоматизированные системы управления.

Карьерные машины

Любой современный карьер представляет собой предприятие с высокой степенью механизации. На месторождениях работают высокопроизводительные машины, предназначенные для выемки, дробления, перевозки и складирования породы и полезных ископаемых. Данные процессы производятся как разными горными машинами, так и комплексными агрегатами, которые выполняют сразу несколько функций.

Выбор конкретных машин зависит от целого ряда условий, в том числе от степени крепости пород, формы пластов полезных ископаемых, геологических условий, рельефа и даже климата. Кроме того, выбор техники обусловливается системой разработки месторождения и режимом проведения горных работ. Не в последнюю очередь свою роль играют капитальные затраты, прибыль и производительность труда.

С целью повышения эффективности освоения месторождений в карьерах внедряется комплексная механизация, условием которой является неразрывность коммуникаций — от точки забоя до пунктов разгрузки руды. Кроме того, машины, задействованные на бурении, выемке и погрузке, отвалах и вспомогательных задачах, при этом должны соответствовать друг другу по показателям производительности и мощности.

Бурение пластов угля перед рыхлением

Рассмотрим применение некоторых машин, на современном этапе развития отрасли. Так, для бурения взрывных скважин используются буровые станки массой до 130 тонн. Основные типы взрывчатки — это аммиачно-селитренные бестротиловые гранулиты и граммониты, а также водонаполненные компоненты для скважин с обводнением. Разрыхление осуществляется рыхлителями с мощностью до 735 кВт. К вскрышным работам привлекаются драглайны и механизированные лопаты с вместимостью ковша порядка полутора сотен кубометров.

Примечательно, что выбор конкретной техники обусловлен в том числе и национальными традициями отрасли. Если в США операторы угольных разрезов отдают предпочтение большим экскаваторам, то для германской школы характерно использование транспортно-отвальных комплексов. В большинстве случаев в качестве техники для выемки и погрузки породы во всём мире используются экскаваторы, прямые мехлопаты и погрузчики шарнирно-сочленённого типа.

Особенностью поточной технологии открытой разработки месторождений является повсеместное использование роторных экскаваторов и самоходных дробилок. Масса последних может достигать 600 тонн. Применение дробильных агрегатов, как мобильных, так и стационарных, размещаемых в разгрузочно-приёмных пунктах, позволяет операторам шире использовать конвейерные системы.

Основной же транспортной единицей в карьерах по-прежнему являются самосвалы. Преобладающее количество таких машин имеет грузоподъёмность до 155 тонн, в меньшей степени в открытой разработке месторождений участвуют гиганты (200–300 тонн). Кроме того, активно применяются железнодорожные 360-тонные агрегаты, думпкары с грузоподъёмностью порядка 180 тонн.

Карьерный самосвал БелАЗ

Напомним, среди карьерных машин есть настоящие колоссы, мировые рекордсмены по габаритам и мощности среди экскаваторов, погрузчиков и самосвалов. Понятно, что задействование большого количества дорогих и мощных машин, колоссальные объёмы работ предопределяют не только то, что карьерная добыча предельно эффективна, но и то, что она является достаточно затратным процессом.

Роторный комплекс SRs(K)-4000

К примеру, для карьеров глубиной до ста метров с крепкими породами треть себестоимости кубометра вскрыши занимают взрывные и бурильные работы, около 15% — экскавация, ещё 40% — транспортировка. По мере углубления карьера транспортные расходы могут вырасти до 70%. Кроме того, 15% себестоимости — это строительство карьера.

Непосредственно при его обустройстве 40% расходов приходятся на горные работы, ещё 30% — на закупку оборудования. В настоящее время срок окупаемости карьеров составляет минимум семь лет. В то же время, большие расходы и трудоёмкость производственного процесса не являются препятствиями для инвесторов, свидетельством чего служат колоссальные объёмы добычи и масштабы освоения месторождений открытым способом во всём мире.

Источник www.mining-portal.ru