Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Вскрытие месторождений строительных горных пород

30.10.2018

Непосредственной целью вскрытия месторождения является установление грузотранспортной связи между горизонтами его разработки и техническими сооружениями на поверхности и в карьере. Горизонтами разработки являются рабочие площадки уступов. Сооружениями на поверхности служат станции, через которые грузы следуют на склады, дробильно-сортировочные и обогатительные фабрики или отвалы. Сооружениями в карьере являются внутренние отвалы, перегрузочные пункты, полустационарные дробильно-сортировочные установки.

Проведение капитальных горных выработок, открывающих доступ от земной поверхности к месторождению или от какой-либо разрабатываемой его части к другой и обеспечивающих возможность проведения разрезных траншей, называется вскрытием месторождения. Горными выработками, вскрывающими горизонты разработки в карьере, могут быть наклонные капитальные траншеи и подземные горные выработки (штольни, рудоспуски и др.). В некоторых случаях разработка месторождений производится без проведения вскрывающих выработок (при применении башенных экскаваторов, кабельных кранов, деррик-кранов и др.). Такое вскрытие называется бестраншейным.

Для месторождений строительных горных пород наиболее характерно вскрытие капитальными траншеями. Проф. Е.Ф. Шешко дано следующее разделение капитальных траншей по их расположению, числу обслуживаемых уступов, основному назначению и стационарности (табл. 2.18).

Под контуром карьера понимают положение верхней бровки карьера. В общем случае положение на поверхности верхнего контура меняется соответственно развитию горных работ (перемещению фронта работ). При этом часть верхнего контура карьера находится в неизменном положении, другая — постепенно перемещается к своему конечному положению. В неизменном положении обычно находится бровка, проходящая по выходам месторождения, по его естественным или другим очевидным границам. Тогда борт карьера, соответствующий неизменной части его контура, сразу занимает свое конечное положение, Борт, соответствующий перемещающейся части контура, подойдет к своему конечному положению только в последней стадии горных работ в карьере. Очевидно, что борт карьера, занимающий неизменное положение, является нерабочим, перемещающийся — рабочим.

Капитальные траншеи располагают за конечным контуром карьера или внутри его; в первом случае они являются внешними, во втором — внутренними. Внешними траншеями обычно вскрывают неглубокие горизонты карьера при относительно небольшом объеме капитальных траншей. Внутренние траншеи применяют для вскрытия глубоких горизонтов карьера. Часто внутренние траншеи применяются совместно с внешними и являются их продолжением.

Отдельные, групповые, общие и парные траншеи (рис. 2.3) могут иметь внутреннее или внешнее заложение.

Отдельные траншеи при внешнем и внутреннем заложении являются независимыми как по взаимному расположению относительно контура карьера, так и по направлению следующих по ним грузов. Грузопотоки при этом можно полностью рассредоточить. Групповые и общие траншеи являются зависимыми первые — в пределах своей группы, вторые — в пределах всего карьера. В случае внешнего заложения зависимые траншеи проходят рядом и параллельно друг другу, и их смежные борты взаимно срезаются. При этом самостоятельный путь груза на поверхность с каждого уступа здесь сохраняется как при независимых траншеях. Однако зависимым является общее направление грузопотоков. При внутреннем заложении зависимых траншей каждая следующая траншея продолжает предыдущую. Грузопотоки, направляемые из карьера на поверхность, в этом случае полностью сосредоточены по транспортным коммуникациям и по направлению. При этом указанное сосредоточие возрастает по мере приближения к выходу на поверхность: через капитальную траншею проходит груз, отправляемый не только с того горизонта, который вскрыт данной траншеей, но также и со всех нижерасположенных горизонтов.

Отдельные, групповые и общие траншеи обычно служат как для прохода груза, так и для подачи порожняка. Они называются одинарными. Иногда траншеи, предназначенные для выдачи груза из карьера, являются независимыми от траншей, предназначенных для прохода порожняка в карьер. Такие траншеи называются парными. Тогда каждый вскрытый горизонт имеет два пути, соединяющие его с поверхностью: один для приема порожняка и другой — для отправки груза. Достигаемая при этом поточность движения в работе транспорта создает большую пропускную способность капитальных траншей и лучшее обеспечение забоев порожняком по сравнению с одинарными траншеями, когда движение груза и порожняка является встречным.

Внешние траншеи всегда являются стационарными, так как всегда технически возможно разместить их за конечным контуром карьера. Внутренние капитальные траншеи располагают по возможности стационарно — на нерабочем борту карьера. Однако они могут быть расположены и на рабочем борту. Такие траншеи не являются стационарными и носят название скользящих съездов. Они время от времени перемещаются вместе с рабочим бортом соответственно его отработке.

По проф. Е.Ф. Шешко способы вскрытия месторождений классифицируются по признаку наличия, положения, количества и назначения капитальных горных выработок как транспортных коммуникаций (табл. 2.19).

Вскрытие отдельными траншеями обычно применяется: при внешнем заложении траншей — для неглубоких горизонтальных и пологих залежей (с углом падения 0—10°) и при внутреннем заложении — для более глубоких залежей значительной мощности.

Вскрытие групповыми траншеями применяется для глубоких горизонтальных и пологих пластообразных месторождений большой мощности, разрабатываемых значительным числом уступов (4—6). При этом одна группа траншей бывает обычно предназначена только для вскрышных уступов, другая — только для добычных уступов. Поэтому грузопотоки вскрышных пород и полезного ископаемого рассредоточены и могут быть направлены на поверхность независимо друг от друга.

Вскрытие общими траншеями применяется для более глубоких месторождений как пологих, так и крутых (угол падения залежи более 30°), а также для месторождений, расположенных на косогорах. При вскрытии общими траншеями грузопотоки вскрышных пород и полезного ископаемого оказываются сосредоточенными. При внешнем заложении траншей грузопотоки сосредоточены по их направлению, при внутреннем заложении — по направлению и коммуникациям; в последнем случае сосредоточение грузопотоков имеет место непосредственно в капитальных траншеях. Поэтому провозная способность внешних траншей оказывается большей, чем внутренних.

Вскрытие парными траншеями применяется в рассмотренных выше условиях отдельных, групповых и общих траншей при большой мощности карьера и значительных объемах вскрышных пород. Каждая из двух капитальных траншей, входящих в соответствующую пару, является однопутевой и предназначается: одна — для прохода порожняка, другая — для выдачи груза, причем первая траншея может иметь уклон больше руководящего. Вскрытие парными траншеями может применяться при использовании автомобильного и железнодорожного транспорта. Существенным преимуществом парных траншей является тот факт, что при поточном движении поездов обеспечение забоев порожняком (использование экскаваторов и подвижного состава) находится здесь в более благоприятных условиях. Поэтому вскрытие парными траншеями рационально при фронте работ значительной протяженности, когда обеспечение забоев порожняком посредством одинарных траншей оказывается недостаточным.

Бестраншейное вскрытие представляет такие случаи открытой разработки месторождений, когда грузотранспортная связь рабочих горизонтов карьера с поверхностью осуществляется без проведения на эти горизонты капитальных траншей. Это имеет место при разработке месторождений посредством деррик-кранов и других видов оборудования, транспортирующих вскрышную породу и полезное ископаемое в своих рабочих органах (бестраншейное вскрытие для породных уступов означает производство вскрышных работ без привлечения транспорта — перевалка пород экскаваторами, отвальными мостами и другими средствами).

Вскрытие подземными выработками применяется в тех особых случаях разработки косогорных и глубоких месторождений, когда капитальные траншеи необходимо или целесообразно заменить подземными выработками (месторождение расположено высоко в горах, косогор крут, пересечен оврагами, балками, ручьями и др.).

Комбинированное вскрытие месторождений включает два или большее число рассмотренных основных способов вскрытия. Оно имеет значительное распространение, так как в наибольшей мере обеспечивает учет местных условий при разработке месторождений

Линия, определяющая путь движения или продольную ось дороги, называется трассой. Трассой капитальных траншей считают их продольную ось. Трассирование заключается в установлении направления и положения продольной оси в профиле и плане. Положение продольной оси капитальных траншей в профиле представляет проекцию указанной оси на вертикальную плоскость. Оно в значительной мере оказывает влияние на строительные и эксплуатационные стоимости капитальных траншей как транспортных коммуникаций. Продольный профиль трассы включает наклонные и горизонтальные участки, а также участки сопряжения между ними. Важным элементом продольного профиля трассы является конструкция пункта примыкания наклонных участков к рабочим горизонтам. Различие возможных вариантов примыкания определяется условиями трогания транспортных средств при их вынужденной остановке. Поэтому различают примыкание на руководящем подъеме, смягченном подъеме и горизонтальных площадках (рис. 2.4).

План трассы капитальных траншей представляет проекцию ее продольной оси на горизонтальную плоскость. План трассы состоит из прямых и кривых участков, а также из переходных кривых, которые устраиваются в местах сопряжения кривых с прямыми. На геометрическое построение плана трассы основное влияние оказывают конфигурация месторождения и допустимый радиус кривых, устанавливаемый применительно к типу подвижного состава. План трассы может быть простым (если трасса имеет одно направление по всей своей длине) и сложным (если трасса состоит из прямых и противоположных направлений). Основные формы плана трассы приведены на рис. 2.5.

Теоретическая длина наклонной траншеи (в м) определяется из выражения:
Вскрытие месторождений строительных горных пород

где Н — глубина заложения траншеи, м; ip — уклон траншеи, %.

Рациональный руководящий подъем ip (максимальный затяжной подъем—уклон пути в грузовом направлении, по величине которого определяется масса поезда при движении с расчетной скоростью) для железнодорожного транспорта с локомотивной тягой составляет 20—40 % (l°9'—2°18'), а для автомобильного транспорта 80—120 % (4°34'—6°52’).

Примыкания капитальной траншеи на смягченном подъеме и на горизонтальных площадках, а также тупиковые, петлевые и другие способы соединения простых участков трассы удлиняют ее. Удлинение трассы за счет смягченного подъема составляет, м:

где n — число участков примыкания; l — длина участка смягченного подъема, м; lсм — примыкание капитальной траншеи на смягченном подъеме (lсм = 0,65 ip, %).

Удлинение трассы за счет горизонтальных площадок примыкания AL = nl, м.

В расчетах удлинение трассы, а также увеличение объемов вскрывающих выработок определяются отношением фактической длины трассы Lф к теоретической ее длине Lт, т е.

Значения коэффициентов удлинения трассы приведены в табл. 2.20.

Капитальные траншеи, примыкающие к рабочим горизонтам на руководящем подъеме, имеют наименьшую длину и наименьший строительный объем. Удлинение трассы в этом случае вызывается лишь незначительными смягчениями подъема в кривых и в местах пересечения путей и размещения стрелочных переводов.

При производстве открытых горных работ используются два типа горных выработок — капитальные (открытые наклонные горные выработки, служащие для вскрытия рабочих горизонтов) и разрезные (горизонтальные открытые горные выработки, предназначенные для создания фронта работ на уступах) траншеи.

Строительный объем открытых горных выработок может быть определен по следующим формулам:

• объем по проходке одиночной отдельной капитальной траншеи внешнего и внугреннего заложения с вертикальным откосом, м3:

• то же, с учетом откоса торцовой части (для автомобильного и конвейерного транспорта), м3:

• объем капитальной полутраншеи, проводимой на косогоре или борту карьера, м3:

• объем разрезной траншеи, м3:

• объем полутраншеи, проводимой на уступе, м3:

• объем разрезной траншеи на косогоре, м3:

В формулах (2.32—2.37) приняты следующие обозначения: h — глубина траншеи, м; ip — руководящий подъем, %; bк.т. — ширина капитальной траншеи по дну, м; a — угол откоса борта траншеи, градус; w = tga*tgв/tga-tgв; в — угол косогора или откоса борта карьера, градус; bр.т. — ширина разрезной траншеи по дну, м; L — длина разрезной траншеи, м.

В расчет строительных объемов внутренних капитальных траншей входят только объемы собственно проходческих работ, связанные с сооружением траншей (формулы 2.32—2.33). К объемам, которые обязательно необходимо произвести при применении внутренних траншей, должны быть отнесены также объемы по дополнительному разносу борта, производимому с целью размещения наклонных траншей по борту.

Эти объемы по характеру их выполнения не относятся к проходческим объемам, поскольку могут выполняться в обычных для эксплуатационных работ условиях, но они специфичны для системы внутренних траншей. В общем случае они могут быть определены (в м3) для всех форм трасс как объемы полу-призмы по выражению:

где Kу — коэффициент удлинения трассы; b — ширина внутренней траншеи по низу, м; H — глубина системы внутренних траншей, м; ip — подъем (уклон) траншеи, %.

Если внутренняя траншея располагается на глубине H' от поверхности, то объем (в м3) по дополнительному разносу борта можно определить по формуле:

где b — ширина траншеи по дну, м; h — глубина траншеи, м; ip — подъем (уклон) траншеи, %.

Одним из факторов, влияющих на расположение трассы в плане относительно конечных контуров карьера, является руководящий подъем iр. Между сцепной массой локомотива (массой локомотива, приходящейся на движущие оси), массой прицепной части поезда и руководящим подъемом существуют следующие зависимости:

• для случая равномерного движения на подъем:

• для случая трогания поезда на руководящем подъеме.

где Pc и P'c — соответственно сцепные массы локомотивов, т; К — коэффициент общей массы вагона, К = 1 + К1 (K1 — коэффициент тары вагона — отношение тары вагона к его грузоподъемности), n — число вагонов в составе; q — грузоподъемность вагона-думпкара, т; ф и ф' — расчетные коэффициенты сцепления между бандажами ведущих колес локомотива и рельсами: при движении ф = 0,22-0,26, при трогании с места tp' = 0,28-0,34; wo и awo — основное сопротивление движению, ходовое wo = 2-3 кг/т и при трогании с места на подъеме аwо = 4-5wo; ip — величина руководящего подъема, %; фj =0,04 V2/L = 4-5 кг/т — сопротивление от ускорения, в котором V — расчетно-минимальная скорость движения поезда, км/ч, и L — путь, км, на котором эта скорость достигается после трогания поезда с места; у — коэффициент расчетной массы локомотива (для электровозов и тепловозов у = 1).

Решая равенства (2 40) и (2.41) относительно величины ip и подставляя средние числовые значения соответствующих величин, получим:

• для равномерного движения поезда на подъем, %:

• при трогании поезда на подъеме, %:

При использовании железнодорожного транспорта и относительно малых размерах месторождения по простиранию для вскрытия горизонтов карьера применяют тупиковую форму плана трассы (для автотранспорта — петлевую). Возможные путевые схемы тупиковых съездов приведены в табл 2.21, из которой видно, что длина тупиков (в м) в общем случае может быть определена по выражению:

где Lп — длина локомотивосостава, м; T — длина линии тангенса сопрягающей вертикальной кривой (так как она изменяется в незначительных пределах при различных алгебраических суммах сопрягающих уклонов, то для расчетов ее можно принять постоянной и равной 30 м); О — часть тупика, зависящая от схемы путевого развития в пунктах примыкания горизонтов.

Вскрытие горизонтов карьера необходимо осуществлять с учетом длины тупиков. Так как в начальный период разнос бортов карьера незначительный, то на самом нижнем (дно карьера) горизонте разработки кривая железнодорожного пути минимального двойного радиуса закругления не впишется в размеры горизонта Поэтому на некоторое время для работы на этом горизонте необходимо устраивать однопутевой тупик (см. Тупик 2, табл. 2.21). Вскрытие горизонтов карьера надо производить с учетом длины этого тупика, м:

Линия направления трассы внутренних капитальных траншей располагается под небольшим углом (3—5°) к направлению простирания карьерного поля. Поэтому проекцию длины трассы с определенным руководящим подъемом на простирание карьерного поля можно приравнять к действительной длине трассы Таким образом появляется возможность сравнивать линейные величины (протяженность карьерного поля по горизонтам и длину действительной трассы с определенным подъемом на соответствующий горизонт) при вскрытии месторождения. Расчет вскрытия горизонтов карьера следует выполнять следующим образом Возьмем значение li — длину фронта работ на первом снизу горизонте (согласно обозначениям на рис 2.6). Отрезок действительной длины трассы с учетом ее коэффициента удлинения составит, (в м):

Первый горизонт карьера (считая снизу) является вскрытым в том случае, если проекция длины тупика S (выражение 2.45) и длины наклонной траншеи L1тр будет меньше длины фронта l1 за минусом длины тупика Cо; другими словами, если будет положительный результат выражения

Назовем W1 величиной недоиспользованного фронта работ на горизонте для проложения трассы капитальных траншей (рис. 2.7).

При W1 > 0 — первый снизу горизонт карьера вскрыт.

Если величина W2 является отрицательной при расчете по выражению

то обязательно устройство тупика на первом снизу горизонте и изменение направления трассы внутренних капитальных траншей.

Для общего случая (для j-го горизонта) выражение (2.47) примет вид (Wj — в м):

где b — длина тупика (выражение 2.45); hj — высоты вскрываемых уступов, м; lj — длина фронта работ на горизонтах, м; Xj — ширина бермы безопасности или транспортной бермы и заложение откоса уступов, м; Co — длина однопутевого или двухпутевого тупика (исследованиями Л.Г. Тымовского установлено, что максимальная пропускная способность однопутевого тупика составляет 130 пар поездов в сутки, двухпутевого — 280; поэтому выразив суточную производительность горизонтов через число рейсов локомотивосоставов при известной полезной массе поездов, можно определить возможность введения в расчет вскрытия длины однопутевого или двухпутевого тупика).

Для каждого горизонта j при Wj > 0 дальнейший порядок вычислений должен быть следующим.

• объем внутренней траншеи, (м3):

• объем дополнительного разноса борта карьера от размещения на нем внутренней траншеи, (м3):

• длина соединительных путей на горизонтах, (м).

• длина путей в капитальной траншее, (м)

• время занятия наклонной части съезда в груженом и порожнем направлениях одним локомотивосоставом (мин).

• суммарное время погрузки локомотивосостава экскаватором, движения поезда по забойным и соединительным путям в груженом и порожнем направлениях (мин).

В формулах (2 49 — 2 54) приняты обозначения: ip — руководящий подъем в траншее, %>, bo — ширина траншеи по дну, м, Ky — коэффициент удлинения трассы; hj — высота уступа, м; Hj — глубина расположения вскрываемого горизонта от поверхности, м, а — угол откоса борта траншеи, градус; Шj — ширина «карьера» по горизонтам, м (см рис. 2.6), Rкр — радиус кривой для железнодорожного пути (минимальный радиус равен 80 м); 0 — угол между направлением фронта работ и соединительными путями на транспортных бермах; В — число путей в траншее, — скорость движения поезда по капитальной траншее, км/ч; Cо — длина однопутевого или двухпутевого тупика, м, noqo — полезная масса прицепной части поезда, т (добыча или вскрыша); уj — плотность породы или полезного ископаемого, т/м3; Эj час — часовая производительность экскаватора, м3/ч, Vзаб и Vo — соответственно скорости движения поезда по забойным и соединительным путям, км/ч.

Рассмотрим случай, когда на горизонте j Wj < 0, т е. на j-ом горизонте длина фронта lj недостаточна для проложения трассы капитальных траншей одного направления.

При Wj < 0 для вскрытия вышележащих горизонтов надо изменить направление трассы и на горизонте (j-1) устроить тупик

Устройство тупика на горизонте (j-1) потребует

• увеличения времени рейса локомотивосоставов, следующих с нижележащих горизонтов, на величину, (мин):

• увеличения времени рейса локомотивосоставов, следующих с горизонта устройства тупика, на величину, (мин)

• разноса борта карьера от устройства тупика в объеме, (м3):

• увеличения соединительного пути на горизонте тупика, (м):

• вскрытие вышележащих горизонтов осуществлять с учетом Wj-l — величины недоиспользованного фронта работ на горизонте (j-1) для проложения трассы капитальных траншей и длины устраиваемого тупика C0;

• изменения направления трассы.

В формулах (2.55—2.58) приняты обозначения:

Ln — длина поезда, м; ALт — тормозной путь поезда, равный 300 м; bтуп — ширина площадки для укладки тупика, м; bб — ширина бермы безопасности, м; H(j-1) — глубина расположения тупика от поверхности, м; lсо — длина путей, входящих в тупик, м.

Для расчета вскрываемых горизонтов после устройства тупика определяем недоиспользованный фронт работ для проложения трассы по общему выражению, (Wj — в м)

До очередного тупика, или вскрывая все горизонты карьера, необходимые данные для оценки способа вскрытия можно получить, пользуясь формулами (2.49—2.54). С устройством очередного тупика надо учитывать в расчетах результаты вычислений по формулам (2.55—2.58).

Если на каком-либо горизонте пропускная способность двухпутевого тупика будет недостаточной для выполнения заданного объема работ, то в этом случае трассу внутренних капитальных траншей с этого горизонта надо выводить на поверхность обособленно, а вышележащие горизонты вскрывать другой трассой (групповое вскрытие), проводимой по отстроенному борту карьера и прокладываемой по недоиспользованному фронту работ при проложении первой трассы.

Объемы проходческих работ при проложении второй трассы определяются как объемы полутраншей, проводимых на отстроенном борту карьера. В остальном порядок расчета остается прежним.

При проектировании вскрытие горизонтов разработки месторождения рекомендуется производить внутренними траншеями от нижних горизонтов к верхним по следующим причинам:

• объем горно-капитальных работ меньше по сравнению с вскрытием внешними траншеями;

• более полное использование погоризонтных размеров карьерного поля для проложения трассы;

• появляется возможность вывести трассу капитальных траншей из карьерного поля к намеченному пункту на поверхности;

• при наличии в схеме вскрытия тупиков разрешается задача о числе горизонтов, вскрываемых внешней траншеей;

• решается вопрос, с каких горизонтов применять групповое вскрытие или отдельные траншеи;

• заранее известны объемы дополнительного разноса борта карьера от размещения на нем внутренних траншей и тупиков и очертания нерабочего борта карьера в плане, что очень важно для периода строительства горного предприятия.

На выбор способа вскрытия и места расположения вскрывающих выработок на карьерах строительных горных пород существенное влияние оказывают рельеф поверхности месторождения, мощность полезного ископаемого и направление трещиноватости в породах, мощность вскрышных пород и место расположения отвалов, расположение дробильно-сортировочных фабрик, качество пород месторождения и взаимное расположение слоев пород различной прочности, производственная мощность карьера и вид применяемого транспорта.

Обычно при разработке месторождений строительных горных пород применяют комбинированные способы вскрытия горизонтов карьера.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: