Открытые горные работы

Открытые горные работы

Сущность открытых горных работ.

Горные работы, производимые непосредственно с земной поверхности, с целью добывания горных пород и создания различных выемок и котлованов, называются открытыми горными работами (ОГР).

Способ разработки месторождений полезных ископаемых с применением ОГР называется открытым способом.

Горное предприятие, ведущее разрботку открытым способом называется карьером. В практике открытой разработки угольных и россыпных месторождений, вместо термина карьер применяют названия разрез и прииск.

При открытой разработке горные работы разделяются на вскрышные (выемка, перемещение и размещение вскрышных горных пород) и добычные (выемка, перемещение и складирование или разгрузка полезного ископаемого).

К преимуществам ОГР по сравнению с подземным способом разработки относятся:

возможность обеспечения более высокого уровня комплексной механизации и автоматизации горных работ;

более высокая (в 3- 5 раз) производительность труда;

меньшая стоимость продукции;

более безопасные и гигиеничные условия труда;

более полное извлечение полезного ископаемого;

меньшие капитальные удельные затраты.

Недостатками его являются:

зависимость от климатических условий;

необходимость отчуждения значительных площадей земель;

нарушение водного баланса недр.

II. Элементы и терминология.

Месторождение или часть его, разрабатываемую одним карьером, называют карьерным полем. Карьерное поле является объемной геометрической фигурой, характеризуемой размерами в плане и глубиной; оно входит в состав земельного отвода карьера, в перделах которого размещаются также удаленные из карьера вскрышные породы, промышленная площадка и другие производственные сооружения.

Уступ  это отдельно разрабатываемая часть слоя горные пород, имеющая форму ступени. Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах производится выемка вскрышных пород или полезного ископаемого. Если на площадке располагается оборудование, необходимое для разработкт уступа, она называется рабочей площадкой.

Горизонтальные или наклонные поверхности уступа, ограничивающиеего по высоте, называют нижней и верхней площадками, а наклонную поверхность, ограничивающую уступ со стороны выработанного пространства, - откосом уступа. Углом откоса уступа называется угол, образованный поверхностью откоса уступа и горизонтальной плоскостью, а линии пересечения откоса с верхней и нижней площадками- соответственно верхней и нижней бровками.

Часть уступа по его длине, подготовленная для разработки, называется фронтом работ уступа, который измеряется его протяженностью.

Ступеньчатые боковые поверхности, образованные откосами и площадками уступов и ограничивающие выработанное пространство, называются бортами карьера.

Борт, представленный рабочими уступами, называют рабочим бортом карьера. Линия, ограничивающая карьер на уровне земной поверхности, является верхним контуром карьера, а линия, ограничивающая дно (подошву) карьера, его нижним контуром. При производстве горных работ положение рабочего борта, верхнего и нижнего контуров карьера меняется в пространстве. Постепенно отдельные уступы, начиная сверху, достигают конечных контуров (границ) карьера. К моменту погашения (окончания) открытых работ им соответствуют конечная глубина и конечные размеры карьера в плане. Откосы уступа нерабочих бортов карьера, на которых горные работы не проводятся, разделяются бермами (площадками): транспортными и предохранительными.

Угол между линией, нормальной к простиранию борта и соединяющей верхний и нижний контуры, и горизонталью называется углом откоса борта карьера (рабочего или нерабочего). Величина его зависит от высоты уступов и ширины их площадок.

Для расположения транспортных коммуникаций, по которым будет осуществляться транспортирование горной массы нового уступа на поверхность или вышележщие уступы, необходимо вскрыть уступ, то есть провести с поверхности или вышележащего уступа специальные (вскрывающие) горные выработки. Эти выработки в большинстве случаев соединяют пункты, расположенные на разных высотных отметках (если вскрывают один уступ, то разница высотных отметок равна высоте уступа), и поэтому имеет определенный уклон. При сооружении вскрывающие выработки обычно имеют близкое к трапецеидальному или треугольному сечение и называются соответственно капитальными траншеями и полутраншеями. 

Для создания начального фронта работ на вскрытом уступе необходимо провести от вскрывающей выработки горизонтальную горную выработку значительной протяженности по сравнению с размерами поперечного сечения – разрезную траншею, полутраншею или котлован.

Главные параметры карьера

Конечная глубина, которая при разработке наклонных и крутых залежей определяет возможную производственную мощность карьера, размеры его по поверхности, общий объём извлекаемой горной массы. Для горизонтальных и пологих залежей конечная глубина определяется природными условиями и изменяется незначительно за весь период разработки. Конечная глубина устанавливается при проектировании карьера. Проектами предусматривается возможность открытой разработки до глубины 700-900 м.

Размеры карьера на поверхности по простиранию и вкрест простирания определяются размерами залежи, дна карьера, глубины и углов откосов его бортов. Они устанавливаются графически или аналитически. Форма дна карьера в плане обычно близка к овальной. Длинна карьера изменяется от сотен метров до 8 километров, а ширина до 4 километров.

Размеры дна карьера устанавливаются оконтуриванием разрабатываемой части залежи на отметке конечной глубины карьера. Минимальные размеры дна карьера определяются условиями безопасной выемки и погрузки пород на нижнем уступе (ширина не менее 20 м., длинна не менее 50-100 м.)

Углы откосов бортов карьера определяются условиями устойчивости пород прибортового массива и размещения транспортных коммуникаций. Их принимают более крутыми для уменьшения объёма вскрышных работ.

Общий обьём горной массы в контурах карьера является важнейшим показателем , определяющим производственную мощность предприятия, срок его существования и др.

При равнинном рельефе поверхности достаточно точно общий обьём горной массы можно определить по выражению

 (1)

Где SД – площащь дна карьера, м2; НК – глубина карьера, м; РД – периметр дна карьера, м;

ср – усреднённый угол откоса бортов, градус.

Площадь, форма контура и периметр дна карьера в первую очередь зависят от размеров и конфигурации залежи. Дну карьера придается по возможности округленная форма с целью повышения устойчивости бортов и уменьшения объема извлекаемых вскрышных горных пород.

Запасы полезного ископаемого в контурах карьера- важнейший показатель, определяющий возможный масштаб добычи, срок существования карьера и экономические результаты разработки. Запасы в пределах каждого уступа (горизонта) и карьерного поля в целом устанавливаются при разведке месторождения, а затем уточняются и пересчитываются в контурах карьера при проектировании и эксплуатации его в соответствии с установленными и периодически изменяющимися кондициями на полезное ископаемое.

IV. Расчет объёма горной массы в контурах карьера

Расчет обьёма горной массы в контурах карьера, построенного с наклонным предохранительными бермами.

Определение количества сооружаемых наклонных берм со дна карьера по формуле:

, берм. (2)

Где: Р0 – периметр дна карьера, м ;

Ji – уклон транспортной бермы на i –том горизонте, в сотых %;

Нi – высота уступа при погашении на i – том горизонте, м;

Пi+1 – длинна горизонтальной площадки на i+1 горизонте.



округляя количество берм до целого числа, получаем – 2 бермы.

Величину прирезки дна карьера находим по формуле:

 (3)

=1,25(222+152)=886,3 м2;

где: Вс – ширина съезда, м;

Вб – ширина предохранительной бермы, м;

 (4)

=130000+886,3=130886,3 м2;

Зная площади  и дна карь ера, можно их апроксимимировать окружностями с радиусами и  и периметрами  и :

, м2;  , м2; (5)

, м; , м; (6)

=204,17 м2 =203,42 м2; 

=1282,2 м; =1277,5 м;

В связи с тем, что площадь дна карьера аппроксимируется равновеликой по площади окружностью, периметр дна карьера Р0 обычно оказывается большим, чем периметр Рно, полученный после аппроксимации. Поэтому следует ввести в расчетах коэффициент аппроксимации, который определяется по формуле:

тогда Рно =Кано, м (7)

= 1,22 тогда Рно=1,2*1282,2=1539,6 м.

где Рно – периметр дна карьера с учетом сооружения съезда и предохранительных берм, м.

Корректируем количество наклонных берм по формуле:

, берм (8)

=2,93 бермы.

Радиус окружности по нижней бровке уступ i+1-го горизонтаопределяем:

, м (9)

=240,68 м.

где i – угол откоса уступа на 36-ом горизонте, град.

Площадь окружности по нижней бровке уступа i+1-го горизонта.

, м2 =181890,34 м2 (10)

Площадь по верхней бровке утупа +36-го горизонта за вычетом площади горизонтальных площадок, составит:

, м2 (11)

=179637,26 м2

Фактический периметр карьера на +36 горизонте равняется:

, =1843,99 м (12)

Объем i-го горизонта определяется по форм уле:

,м3 (13)

=9545419,08 м3

Для горизонта +36 м.

=3,5берм 

=282,67м 

=250907,9 м2

=247431,2м2 

=2165,7 м

=7697594,06м3 

Для горизонта +72 м.

=4,17 берм

=318,64м 

=318809,62 м2

=314717,85м2 

=2441,29м

=8970031,03м3 

Для горизонта +108 м.

=4,7 берм 

=354,46 м 

=394520,97 м2

=389944,65 м2 

=2715,16 м

=14120295,16 м3 

Для горизонта +144 м.

5,2 берм 

=390,15 м

=477976,19 м2

=472943,94 м2

=2988,54 м

=17116481,9 м3 

Горизонт

Объем горной массы, м3

0

9545419,08

+36

7697594,06

+72

8970031,03

+108

14120295,16

+144

17116481,9



V=V1+V2+V3+V4+V5=57449821,23 м3

При отстройке бортов карьера с горизонтальными предохранительными бермами, также выбираем дно карьера с площадью So и периметром Po без учета площади прирезки съезда Sr.

 =605 м2 (14)

Площадь дна с учетом площади прирезки Sr составит:

=130000605,м2 (15)

Зная площади дна карьера So и Sноаппроксимируем их окружность радиусами Ro, Rно и периметрами о,но по формуле 5 и 6.

Тогда коэффициент перехода Ка к истинным величинам находим по формуле 7. Вычисляем площадь i-го горизонта по верхней бровке уступа по формуле:

, м2 (16)



где L1- длина съезда на i-ом горизонте, м.

После определения площади i-го горизонта по верхней бровке вычисляем объем i-го горизонта по формуле 13. Радиус окружности по нижней бровке у i+1-го горизонта.

, м (17)

Площадь по нижней бровке уступа i+1-го горизонта

, м2 (18)

Радиус по верхней бровке уступа i+1го горизонта

, м (19)

Площадь i+1го горизонта по верхней бровке уступа

, м2 (20)

Вычислив значения , , определяем объем i+1-го горизонта по формуле 13.

Последовательность вычисления погоризонтных объемов выше-лежащих горизонтов аналогично расчету объема i+1-го горизонта.

Разработанный графоаналитический метод позволяет без графического построения плана карьера на конец отработки вычислить объемы горной массы при различных способах отстройки бортов карьера.

V. Природоохранные мероприятия

Технологические процессы разработки месторождений открытым способом сопровождаются образованием значительного количества пылегазовых выбросов, содержащих вредные компоненты (пыль, сажа, оксиды азота, углерода, диоксид серы и т. д.) и загрязняющих атмосферу прилегающей территории. Пылегазовое загрязнение происходит при буровзрывных работах, экскавации, погрузке в транспортные средства и транспортировании горной массы, внутреннем и внешнем отвалообразовании, а также при работе энергетических установок, на открытых складах.

Естественное проветривание карьера происходит при использовании ветров по прямоточной схеме, при которой скорость ветра возрастает с высотой.

Кроме этого необходима принудительная вентиляция карьера: применение вентиляторов-оросителей НК-12КВ-1М в комплексе с установками УМП-1.

Основой воздухоохранных мероприятий на карьере является комплексный подход к их разработке и реализации. Для каждого вида источников вредных выбросов в атмосферу должны быть типовые технические решения по уменьшению выделения загрязняющих веществ, обоснованы пределы достигаемой эффективности от их внедрения, определена номенклатура серийно-выпускаемого пылегазоулавливающего оборудования. 

Природоохранные мероприятия 

Охрана атмосферного воздуха.

Ремонт систем пылеподавления на буровых станках.

Обработка автодорог водой.

Уборка пыли с забойных и технологических дорог автогрейдерами ДЗ-98.

Оптимизация удельного расхода ВВ и параметров БВР.

Регулировка топливной аппаратуры АТБ техники.

Охрана водных ресурсов.

Контроль чистоты сбрасываемых вод из системы водоосушения поля карьера.

Контроль территории карьера по нефтепродуктам.

Очистка территории АТБЦ от замазученного мусора.

Закрепление территории АТБЦ за ответственными лицами.

Проверка санитарного состояния территории АТБЦ.

Сдача отработанных нефтепродуктов на нефтебазу.

Токсичные отходы вывозить на полигон токсичных отходов.

Приведение территории маслохозяйства и группы доставки в санитарное состояние.

Использование поваренной соли в период гололёда.

Выполнять мероприятия по организации складирования использованных резинотехнических изделий на согласованной площадке и использованных люминесцентных ламп в специальных контейнерах. 

VI . Графические приложения.

Рис. 1: Элементы карьера.

Рис. 2: Элементы уступа.

План карьера, отстроенного с наклонными бермами.

VII. Список литературы.

Пахомов Е.М. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых.- М.: Недра, 1990.

Размыслов Ю.С. Разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом.- М.: Недра, 1985.

Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть I. Производственные процессы: Учебник для вузов.- М.: Недра, 1985.

Справочник. Открытые горные работы/ Сост. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г. и др.- М.: Горное бюро, 1994.

Терминологический словарь. Горное дело/ Сост. Мельников Н.Н.- М.: Горное бюро, 1995.