Расчет параметров элементов систем разработки при валовой выемке

Основными элементами систем разработки месторождений строительных горных пород являются высота уступа, ширина заходки и развала взорванной породы, ширина рабочей площадки, длина фронта горных работ, длина блоков, размеры рабочей зоны карьера, углы откосов уступов и бортов карьера, транспортные и предохранительные бермы.

При делении толщи пород на уступы предполагается возможность их эффективной и безопасной отработки на полную высоту. При этом учитываются типы и рабочие параметры применяемых машин, природные и организационные факторы, физико-механические свойства разрабатываемых пород, их устойчивость, гидрогеологические и климатические условия, уровень грунтовых вод, конфигурация залежи, правила безопасности работ, производительность карьера, экономические показатели разработки, способы вскрытия и нарезки новых горизонтов.

Мощность однородной полезной толщи в большинстве случаев не является кратной максимальной высоте уступа, допустимой по рабочим параметрам оборудования. Поэтому на карьерах возможны уступы различной высоты. Увеличение высоты уступов при однородном строении залежи позволяет повысить производительность бурового и выемочно-погрузочного оборудования, уменьшить число рабочих горизонтов, сократить длину транспортных коммуникаций и др. Уменьшение же высоты уступа позволяет сократить срок строительства карьера, улучшить степень дробления пород, повысить безопасность работ, увеличить число забоев при небольших размерах карьерного поля в плане. Следовательно, высота уступа в значительной степени определяет технико-экономические показатели работы карьера.

Из условия обеспечения безопасности работы экскаватора в забое максимальная высота уступа Hmax должна удовлетворять следующим требованиям: для мягких пород Hmax < Hч.max, для скальных пород с предварительным рыхлением Hmax < 1,5Hч.max, где Hч.max — максимальная высота черпания экскаватора, м.

При использовании механических лопат на уступах небольшой высоты их производительность значительно уменьшается. В этих случаях целесообразно применение одноковшовых тракторных погрузчиков.

При ведении буровзрывных работ очень важно, чтобы высота развала пород была равна или кратна рациональной ширине заходки А экскаватора. Задаваясь рациональным значением А, требуемую высоту уступа можно определить (в м) по выражению:

где Kp — коэффициент разрыхления породы; W — линия сопротивления по подошве, м; a, в — соответственно углы откосов уступа и развала, градус.

При разработке наклонными слоями с промежуточным штабелированием горной породы (рис. 3.39) высота уступа устанавливается из условия соответствия производительности добычных машин, выполняющих отдельные операции. Если рыхление и штабелирование горной породы производится одним и тем же тракторным агрегатом с навесным оборудованием (рыхлитель-бульдозер), это условие можно записать в виде: Pр.ш > Рэкск при C—>min, где Pр.ш, Рэкск — соответственно суммарная производительность тракторного агрегата на рыхлении и штабелировании и производительность экскаватора при исследуемых значениях параметра; С — затраты на разработку 1 м3 горной породы.

Высота уступа (Н, м) связана с другими параметрами системы разработки зависимостью

где Нраз — высота развала (штабеля) взорванной горной породы, м; Aраз — ширина развала (штабеля) взорванной горной породы, м; hсл — мощность выемочного слоя, м; Kp — коэффициент разрыхления породы; а — угол откоса уступа, градус; в — угол откоса развала породы, градус.

Рациональная высота уступа для указанной схемы (см. рис. 3.39) будет находиться в пределах 6—15 м. При этом высота штабеля изменяется с 3,5 до 5 м, а его ширина — с 6 до 9 м.

Рабочие площадки на уступах предназначены для размещения горного и транспортного оборудования, силовых и осветительных линий На них должны предусматриваться резервная полоса для независимого подвигания смежных уступов и полоса безопасности у верхней бровки уступа с учетом призмы обрушения.

Ширина рабочих площадок при применении механических лопат и автомобильного транспорта определяется по выражениям

где Сн.б = 2,5 м — расстояние от оси дороги до нижней бровки откоса уступа или развала; Rа — радиус разворота автосамосвалов (Ra = 9-12), м; Сп.б = 3 м — расстояние от оси дороги до границы полосы безопасности, bб — ширина полосы безопасности, м.

При валовой выемке с использованием передвижных дробильно-сортировочных агрегатов ширина рабочей площадки уступа изменяется в зависимости от взаимного расположения экскаватора и дробильно-сортировочного агрегата. На рис 3.40, а показана схема отработки заходки одним сплошным забоем с поперечной установкой дробильно-сортировочного агрегата. При погрузке породы экскаватор перемещается относительно приемного бункера дробильно-сортировочного агрегата по окружности радиусом Rp.max Бункер дробильно-сортировочного агрегата должен быть расположен на расстоянии Rч.у + Rp.max от нижней бровки разрабатываемого уступа. Необходимая ширина рабочей площадки уступа для размещения оборудования при работе по указанной схеме, м

где Rч.у — радиус черпания экскаватора на уровне стояния, м; lб.к — расстояние от приемного бункера до консоли дробильно-сортировочного агрегата, м; lкон — длина консоли дробильно-сортировочного агрегата, м; Ск.р — безопасное расстояние от конвейера до развала породы, м; bк — ширина конвейера, м; Cк.г — расстояние от конвейера до границы полосы безопасности, м; bб — ширина полосы безопасности, м.

На рис. 3.40, б показана схема отработки заходки сплошным забоем с продольной установкой дробильно-сортировочного агрегата и перегрузкой на конвейер через самоходный перегружатель. При этой схеме отпадает необходимость движения дробильно-сортировочного агрегата по криволинейной траектории во время перехода на следующую заходку. Ширина заходки при этом А = 2 (Rч.у + Rp), а ширина рабочей площадки уступа, м

где Rp — радиус разгрузки экскаватора, м.

Одним из основных параметров систем разработки является длина фронта работ. При увеличении длины фронта работ увеличиваются запасы полезного ископаемого, однако возрастают расстояние транспортирования и время строительства карьера. Минимальная длина фронта работ на один экскаватор по условию обеспеченности взорванной горной породой, м

где tотp — время отработки обуренной и взорванной части длины фронта работ, смены; tнез — продолжительность независимой работы смежного экскаватора при остановке другого, смены; Qэ — сменная производительность экскаватора, м3/смену.

Минимальная длина фронта работ по возможности заезда на лежащий ниже горизонт, м

где i — уклон съезда, %; Ra — радиус разворота автосамосвала, м; hсл — высота лежащего ниже горизонта, м.

Минимальная длина фронта работ на один экскаватор в зависимости от крепости пород и организации работ при использовании автомобильного транспорта колеблется от 50 до 200 м.