СПОСОБ ВСКРЫТИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ СПИРАЛЬНОЙ ТРАНШЕЕЙ
DEVELOPMENT METHOD OF MINERAL RESOURCES BY SPIRAL PIT

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.
Известен способ вскрытия полезных ископаемых (ПИ), включающий проходку общей внутренней траншеи спиральной формы трассы на бортах карьера по предельному положению его контура посредством последовательной проходки наклонных траншей до оснований уступов, развитие горных работ на горизонтах, подвигание фронта горных работ на каждом горизонте по веерной схеме с поворотным пунктом в точке примыкания горизонтальной трассы к наклонной и транспортировку горных пород (ГП) во внешние отвалы [1].
Недостатками способа, снижающими технико-экономические показатели (ТЭП) и интенсивность отработки карьера, является следующее.
1. Большой объем вскрыши при строительстве и в начальный период эксплуатации карьера в силу необходимости отработки основного объема ГП верхних горизонтов (в большей части площади карьерного поля) для обеспечения возможности производства работ на нижележащих (например, четвертом, пятом и т.д.) уступах.
2. Большой объем работ по проходке разрезных траншей на горизонтах по предельному контуру карьера при пониженной производительности горно-транспортных машин (ГТМ) в стесненных условиях и повышенном сейсмическом воздействии на борта карьера при взрывании крепких ГП в зажатой среде в контурах траншеи, повышенной сложности формирования откосов бортов карьера экскаваторами из траншеи и увеличении расстояний транспортирования ГП, отрабатываемых в контурах этих траншей их кривизной, предопределенной примыканием разрезных траншей по всей длине к непрямолинейным предельным контурам бортов карьера, а также ограниченными возможностями перемещения основных объемов ГП силой гравитации и энергией взрывов в направлении их транспортирования автосамосвалами.
3. Наличие выпуклых в плане в направлении общей траншеи участков фронта горных работ на горизонтах, исключающих прямолинейность трасс транспортирования ГП по рабочим площадкам уступов до съезда и тем самым увеличивающих расстояния транспортирования ГП и объемы работ по строительству и содержанию дорог.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ вскрытия ПИ, включающий формирование общей внутренней траншеи спиральной формы трассы по предельному контуру этапа отработки карьера посредством последовательной проходки наклонных траншей от предыдущего рабочего горизонта, после развития горных работ на нем, к последующему, веерное развитие фронта работ на каждом вскрываемом внутри этапа отработки карьера горизонте и транспортирование ГП во внешние отвалы при встречном движении груженых и порожних автосамосвалов [2] (прототип).
Однако данный способ характеризуется следующими недостатками, снижающими интенсивность и эффективность строительства и эксплуатации карьера.
1. Большим объемом вскрышных работ при строительстве и в начальный период эксплуатации карьера, обусловленным необходимостью отработки ГП верхних уступов в большой площади карьерного поля для создания возможности вскрытия нижележащих уступов.
2. Большим объемом работ по проходке разрезных траншей на рабочих горизонтах по предельному контуру этапа, уменьшающим производительность ГТМ и ТЭП вскрышных работ:
2.1. стесненностью работ в контурах траншеи, допускающей применение в основном лишь тупиковой схемы подъездов автосамосвалов под погрузку, время маневров автосамосвалов по которой в 5-6 раз больше, чем по сквозной схеме, что снижает производительность автотранспорта и соответственно увеличивает время простоев экскаваторов в его ожидании;
2.2. кривизной выполняемых по непрямолинейным контурам этапа карьера траншеи, удлиняющей трассы, уменьшающей скорость движения автосамосвалов и увеличивающей расход горючих материалов, а также увеличивающей объемы работ и затрат по формированию и содержанию дорог;
2.3. непредназначенностью траншей и направлений развития от них работ на горизонтах для перемещения силой гравитации и энергией взрывов основных объемов ГП в направлении их транспортирования автосамосвалами, препятствующей уменьшению расстояний транспортирования ГП: по [2] ГП уступов перемещаются этими силами вкрест или против нужного направления, соответственно либо не уменьшая, либо увеличивая расстояния транспортирования ГП (либо не улучшая, либо ухудшая ТЭП производства вскрышных работ):
2.3.1. необеспечением в окрестности участка примыкания продольного фронта работ к съезду на каждом горизонте условий формирования кратчайших дорог и приближения ГП к съезду силой взрыва;
2.4. несоответствием расположения разрезных траншей (подчиненного направлению размещения спиральной трассы в контурах этапа) требованиям минимизации сейсмического воздействия взрывов на прикарьерный массив и технологии формирования откосов бортов этапа экскаваторами, т.к. взрывание крепких ГП в контурах траншей блоками, расположенными вдоль бортов этапа с примыканием к ним, в зажатой среде, предопределяет максимальное сейсмическое воздействие на борты этапа (особенно негативное на их участках, приближенных к предельному контуру карьера) по сравнению с любым другим расположением блоков, а формирование откосов экскаваторами из траншей (особенно с узким дном и пологими откосами) сложнее и менее эффективно, чем с рабочих площадок уступов заходками вкрест бортов;
2.5. зажатостью взрываемых в контурах траншеи ГП, снижающей качество их дробления и соответственно темпы проходки траншей в силу увеличения времени выемочно-погрузочных циклов и простоев экскаваторов по причинам замены тросов и ремонта ковшей, учащающихся наличием негабаритов во взорванной массе.
3. Наличием на рабочих горизонтах криволинейных участков фронта работ с обращенной в сторону общей траншеи выпуклостью в плане, удлиняющих трассы транспортирования ГП до съезда и увеличивающих объем работ по строительству и обслуживанию дорог.
Задача изобретения - повышение эффективности и интенсивности отработки карьеров путем рационального вскрытия рабочих горизонтов и полезных ископаемых.
Задача решена тем, что в способе вскрытия полезных ископаемых, включающем формирование общей внутренней траншеи спиральной формы трассы по предельному контуру этапа отработки карьера посредством последовательной проходки наклонных траншей от предыдущего рабочего горизонта, после развития горных работ на нем, к последующему, веерное развитие фронта работ на каждом вскрываемом внутри этапа отработки карьера горизонте и транспортирование ГП во внешние отвалы при встречном движении груженых и порожних автосамосвалов, после предварительного определения контуров этапа отработки карьера и линии примыкания съезда к горизонту первой добычи полезных ископаемых, проходку первой и каждой последующей наклонной траншеи начинают на расстоянии от нее, определяемом зависимостью
j
где P - длина горизонтальной проекции общей траншеи между линиями ее примыкания к горизонту первой добычи полезных ископаемых и начала «j-той» наклонной траншеи к горизонту работ, м;
j - порядковый номер наклонной траншеи сверху-вниз от земной поверхности;
j
D и В - соответственно высотные отметки линий примыкания начала «j-той» наклонной траншеи к горизонту работ и общей траншеи к горизонту первой добычи полезных ископаемых, м;
o
oo
i - средневзвешенный уклон наклонных траншей рассматриваемого участка общей траншеи, /;
н
l - средняя длина нормативных площадок между смежными наклонными траншеями на рассматриваемом участке общей траншеи, м;
h - высота рабочего уступа, м,
и от и вдоль линии примыкания ее дна к рабочему горизонту выполняют заходку длиной, определяемой выражением
з
д
2R≤l=Ш×K,
где R - радиус разворота автосамосвалов, м;
з
l - минимально допустимая по технико-экономическим показателям работ длина заходки по низу, м;
д
Ш - ширина дна наклонной траншеи, м;
K - величина отношения длины первой поперечной борту этапа заходки по низу к ширине дна траншеи (K>1),
и от нее до примыкания к противоположному борту этапа карьера поперечными траншее заходками формируют продольный прямолинейный фронт в створе торцов первой заходки и заходки на расстоянии, определяемом зависимостью
,
где L - длина по борту этапа рабочего горизонта между линией примыкания к нему наклонной траншеи и проекцией на него нижней бровки передового откоса предстоящей первой поперечной заходки на нижележащем горизонте, м;
з
Ш - ширина заходки по целику пород, м,
длиной, определяемой зависимостью
p
з
п
l=l+h(ctgα+ctgβ)+Ш+Б,
р
где l - длина поперечной заходки по низу на расстоянии «L» по борту карьера от линии примыкания дна наклонной траншеи к рабочему горизонту, м;
α и β - соответственно углы наклона борта этапа карьера и откоса рабочего уступа между вскрываемым и нижележащим горизонтами, град.;
п
Ш и Б - соответственно ширина транспортной полосы на вскрываемом рабочем горизонте и бермы на борту этапа карьера в вертикальной плоскости нижней бровки передового откоса первой поперечной заходки нижележащего горизонта, м,
и после завершения подготовки горизонта для проходки новой наклонной траншеи фронт поворачивают относительно торца первой поперечной заходки на расстояние от пункта примыкания к борту аналогично определяемого нижележащего фронта, определяемое зависимостью
ф
l=h·ctgβ+Ш,
ф
где l - кратчайшее расстояние в горизонтальной проекции между верхними бровками продольных фронтов смежных горизонтов от точки примыкания нижележащего из них к борту этапа карьера, м;
Ш - ширина площадки между смежными продольными фронтами у борта этапа карьера, принимаемая по практическим данным флангового развала пород, м,
и по вышеизложенному и в последовательности и взаимосвязи работ на горизонтах, определяемой зависимостью
j=η+ρ,
где η - порядковый номер рабочего горизонта сверху-вниз;
ρ - порядковый номер положения продольного прямолинейного фронта на горизонте,
продолжают формировать общую спиральную траншею до горизонта первой добычи полезных ископаемых, при этом между положениями продольных фронтов на горизонтах формируют поперечный промежуточный фронт и в процессе отработки пород его перемещают в направлении противоположного борта этапа карьера от величины, определяемой выражением
р
з
В≥l,
р
где В - величина расхождения выполненного и выполняемого положений продольного фронта в поперечном общей траншее направлении, м,
до прибортового целика шириной, определяемой выражением
ц
з
Ш≥l,
ц
где Ш - ширина прибортового целика пород от нижней бровки его откоса до борта этапа карьера, м,
и с совмещением с работами по его формированию целик отрабатывают до борта этапа карьера поперечными ему заходками, а слабые породы отрабатывают до борта невыпуклым к общей траншее, или поперечным промежуточным фронтом, дороги на горизонтах формируют и породы транспортируют до съездов по прямолинейным трассам и работы на каждом нижележащем горизонте выполняют за пределами створа точки примыкания его наклонной траншеи к вышележащему горизонту и точки последнего на борту, отстоящей от продольного его фронта к нижележащему на величину «Ш».
Предлагаемый способ отличается от известного [2] и др. вышеизложенной последовательностью операций, направлением горных работ и характеризующими способ параметрами, представленными в виде математических зависимостей и выражений. Изложенные в данной совокупности признаки отсутствуют в известных решениях [1], [2] и др. и обеспечивают получение положительного эффекта - решения поставленной задачи. Предлагаемый способ обладает свойствами, не совпадающими со свойствами отличительных признаков известных решений [1], [2] и др.
Анализ известных решений показал, что сущность заявляемого решения в них не раскрыта, она неочевидна и характеризуется новой совокупностью признаков, что позволяет считать его соответствующим критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг.1 изображены контуры первой наклонной траншеи и предстоящих работ на горизонте в исходных ориентирах, вид в плане; на фиг.2 - контуры выработки на рабочем горизонте и предстоящей второй наклонной траншеи, вид в плане - схема для вывода математических зависимостей; на фиг.3 - положение горных работ на момент начала проходки третьей наклонной траншеи, вид в плане - схема для вывода математических зависимостей; на фиг.4 - схема осуществления поворота продольных фронтов и формирования нового фронта для вскрытия горизонта первой добычи полезных ископаемых и развития работ на нем; на фиг.5 - схема совмещения во времени работ по повороту продольных фронтов с транспортированием пород по прямолинейным трассам; на фиг.6 - положение уступов этапа карьера на момент начала развития добычных работ на двух горизонтах, вид в плане - схема для вывода математических зависимостей.
Способ осуществляют следующим образом.
По геолого-маркшейдерским и проектным материалам, содержащим погоризонтные планы и разрезы с контурами ПИ, уступов и бортов карьера на них, предварительно определяют контуры этапа отработки карьера 1 (фиг.1) и в них горизонт первой добычи ПИ и линию его пересечения «ав» с плоскостью борта этапа отработки карьера в окрестностях кровли ПИ 2. При этом контуры этапа 1 устанавливают с учетом особенностей залегания ПИ в недрах и необходимости минимизации расстояний транспортирования пород по поверхности карьера. Их устанавливают с соблюдением нормативной устойчивости бортов этапа (например, с коэффициентами устойчивости 1,3÷1,5) таким образом, чтобы линия примыкания «ав» горизонта первой добычи к борту этапа отстояла от ПИ и исключалось их наличие под будущим съездом на нем. Перпендикулярно этой линии примыкания «ав», от нее в окрестностях, например, торца ПИ 2 откладывают отрезок прямой «cd» (см. фиг.1) длиной, равной проектной ширине съезда, и таким образом предварительно определяют линию примыкания съезда к горизонту первой добычи ПИ.
После этого, от линии «ef» на земной поверхности по контуру этапа 1 начинают проходку первой наклонной траншеи 3 на расстоянии от линии «cd» примыкания съезда к горизонту первой добычи ПИ, определяемом зависимостью, полученной следующим образом.
Согласно фиг.1 и 6
1
где P - длина горизонтальной проекции общей траншеи между линиями ее примыкания к горизонту первой добычи ПИ и начала первой наклонной траншеи к горизонту работ - земной поверхности, м;
n - количество рабочих уступов от земной поверхности до горизонта первой добычи ПИ;
1
D и В - соответственно высотные отметки линий примыкания начала первой наклонной траншеи к горизонту работ - земной поверхности и общей траншеи к горизонту первой добычи ПИ, м;
h - высота рабочего уступа, м;
o
oo
i - средневзвешенный уклон наклонных траншей рассматриваемого участка общей траншеи, /;
н
l - средняя длина площадок между смежными наклонными траншеями на рассматриваемом участке общей траншеи, соответствующих нормативным параметрам поворотной площадки и необходимой ширине проезда на участке примыкания прямолинейных трасс дорог к съезду, м.
Совместным решением (1) и (2) получим
j
н
Согласно фиг.6, длина горизонтальной проекции съезда P от начала каждой последующей наклонной траншеи до линии «dc» его пересечения с горизонтом первой добычи ПИ уменьшается относительно рассчитанной по зависимости (3) на соответствующее количество величин «» и «l», что учитывается общей зависимостью
j
где P - длина горизонтальной проекции общей траншеи между линиями ее примыкания к горизонту первой добычи ПИ и начала «j-той» наклонной траншеи к горизонту работ, м;
j - порядковый номер наклонной траншеи сверху-вниз от земной поверхности;
j
D - высотная отметка линии примыкания начала «j-той»наклонной траншеи к горизонту работ, м.
Очевидно, что при j=1 (порядковый номер наклонной траншеи), зависимость (4) обращается в зависимость (3).
o
oo
н
Например, в условиях D=506 м; В=458 м; i=0,109/; l=34 м; h=12 м, (см. фиг.6) согласно (4),
;
1
Р=48·(9,166+2,833)-34-0;
1
Р=48·11,999-34;
1
P=575,947-34;
1
P=541,947≈542 (м);
;
2
Р=575,947-68-1·109,991;
2
Р=397,956≈398 (м);
3
4
аналогично Р=254 м; Р=110 м.
Зависимость (4) является необходимым условием выполнения способа, поскольку определяет на земной поверхности и на рабочих горизонтах местоположения исходных пунктов проходки наклонных траншей, в совокупности обеспечивающих пересечение общей траншеи горизонта первой добычи ПИ в пункте, наиболее соответствующем особенностям залегания их в недрах и потребностям интенсификации их вскрытия; зависимость (4) является важной составляющей в системе последовательности, направлений, параметров и пределов горных работ, определяющей объемы и темпы их производства и углубки карьера. Выбор исходных пунктов проходки наклонных траншей не по зависимости (4) при прочих равных условиях влечет либо выход общей внутренней траншеи на горизонт первой добычи ПИ в отдалении от них и тем самым увеличивает объемы вскрытия, сроки строительства карьера и начала добычных работ, либо влечет выполнение внутренней траншеи в окрестности ПИ над горизонтом первой добычи с распространением нижележащего (под ней) откоса на ПИ и оставлением их части в борту при дальнейшей отработке карьера.
После проходки наклонной траншеи до основания уступа горные работы на горизонте развивают в отличие от [1], [2], [3] и др. без проходки по контуру борта горизонтальной разрезной траншеи. Для этого от линии примыкания «gm» (фиг.1 и 2) дна наклонной траншеи 3 к рабочему горизонту, вдоль нее, выполняют первую поперечную наклонной траншее и борту этапа карьера заходку 4 длиной, определяемой выражением
где R - радиус разворота автосамосвалов, м;
з
l - минимально допустимая по технико-экономическим показателям работ длина заходки по низу, м;
д
Ш - ширина дна наклонной траншеи, м;
K - величина отношения длины первой поперечной борту этапа заходки по низу к ширине дна траншеи - интегральный показатель обеспечения технологических параметров рационального развития работ на горизонте (K>1), определяемый по практическим данным.
д
Например, при R=8,11 м, Ш=16 м и K=2,
з
з
2·8,11<l=16·2; 16,22<l=32 (м).
з
з
з
д
з
д
Выражение (5) является необходимым условием выполнения способа, поскольку выполнением первой поперечной заходки длиной «l≥2R» начинают формирование поворотной площадки нормативной ширины, необходимой для транспортной связи рабочего горизонта через съезд с поверхностью карьера. Наряду с этим «l» определяет объем работ по выполнению самой заходки 4 и как параметр геометрической фигуры между заходкой 4 и контурами этапа 1 и продольного фронта 5 (см. фиг.1 и 2) влияет на ее площадь и объем предстоящих на горизонте до проходки новой наклонной траншеи 6 вскрышных работ, а также влияет на длину последующих поперечных заходок в названных пределах фигуры и опосредованно через их длину - на производительность ГТМ. Область существования первой поперечной заходки определяется правой частью выражения (5): l=Ш·K, при K>1, т.к. при K≤1, l≤Ш, т.е. поперечной заходки не существует. Конкретное значение «K» принимают с учетом вышеизложенного влияния заходки на технологические параметры и показатели работ, более детально представленные ниже.
После выполнения заходки 4, от нее до противоположного ей борта этапа карьера формируют продольный фронт работ 5 квазипараллельными заходке 4 последующими поперечными траншее 3 заходками, представленными линиями «штрих-двойной пунктир» в динамике будущего развития работ на фиг.1 (на фиг.1-5 этими линиями показаны контуры предстоящих выработок, стрелками показаны направления работ и прямолинейных трасс транспортирования пород на горизонтах к съезду).
Продольный фронт 5 формируют прямолинейным в створе торцов первой поперечной заходки 4 и поперечной борту этапа заходки на расстоянии, определяемом зависимостью, полученной следующим образом.
Согласно фиг.2,
где L - длина по борту этапа рабочего горизонта между линией «gm» примыкания к нему наклонной траншеи и проекцией на него нижней бровки «sr» передового откоса предстоящей первой поперечной заходки на нижележащем горизонте, м;
з
Ш - ширина заходки по целику пород, м.
Заходку на расстоянии «L» выполняют длиной, определяемой зависимостью, полученной следующим образом.
Согласно фиг.2 и 3,
р
где l - длина поперечной заходки по низу на расстоянии «L» по борту карьера от линии примыкания дна наклонной траншеи к рабочему горизонту, м;
α и β - соответственно углы наклона борта этапа карьера и откоса рабочего уступа между вскрываемыми и нижележащими горизонтами, град.;
п
Ш и Б - соответственно ширина транспортной полосы на вскрываемом рабочем горизонте и бермы на борту этапа карьера в вертикальной плоскости нижней бровки «sr» передового откоса первой поперечной заходки нижележащего горизонта, м,
з
з
п
п
Например, в вышеприведенных условиях расчета по зависимости (4) и по выражению (5) l=32 м, при Ш=18 м, α=54°, β=75°, Ш=24 м и Б=0 на первом рабочем горизонте (см. фиг.2) и Ш=24 м и Б=16 м (транспортная берма) на втором рабочем горизонте (фиг.3), согласно (6), на первом и также на втором горизонте
; L=162 (м),
p
Согласно (7) l=32+12(ctg54°+ctg75°)+24+0;
p
p
p
p
p
l=56+12(0,7265+0,2679); l=56+11,93; l=67,93≈68 (м) - на первом рабочем горизонте и l=32+12(0,7265+0,2679)+24+16; l=72+11,93;
p
l=83,93≈84 (м) - на втором рабочем горизонте.
p
з
з
p
п
з
Очевидно, что величина «l» в силу неравенства условий индивидуальна для каждого горизонта, a «L» при равенстве условий может быть постоянной на горизонтах. Отношение величин, установленных в рассматриваемых условиях по зависимости (7) и выражению (5) на первом рабочем горизонте (см. фиг.2), составляет ;  и на втором горизонте (см. фиг.3) составляет ; , что показывает существенное увеличение длины поперечных заходок относительно первой на горизонтах и необходимость учета этого увеличения при определении «l» по выражению (5) как и учета уменьшения длины заходок на участке выклинивания выработки в борту (в точке «z»), а также подтверждает значимость параметров «l» и «l» и соответственно выражения (5) и зависимостей (6) и (7) для выполнения способа. В целом зависимости (6) и (7) являются необходимым условием выполнения способа, поскольку вкупе они определяют координаты точки, определяющей положение продольного фронта горных работ (и соответственно объем и сроки выполнения горных работ на горизонте до проходки наклонной траншеи), необходимое для недопущения распространения развала ГП на участки выполняемой или выполненной от линии «υu» наклонной траншеи 6 (см. фиг.2). В частности, входящим в зависимость (7) параметром «Ш» (в определяемом зависимостями (6) и (5) месте на горизонте) и «l» определены:
- положение продольного фронта горных работ, необходимое и достаточное для подготовки горизонта к проходке новой наклонной траншеи на нижележащий горизонт в минимальных объемах и сроках работ с обеспечением их безопасности и надлежащей производительности ГТМ;
- возможность транспортирования между фронтом 5 и верхней бровкой торца будущей первой поперечной выработки на нижележащем горизонте по прямолинейным трассам к съезду отрабатываемого объема развала ГП, образующегося по всей длине фронта 5 в процессе его перемещения в новое положение 7 (см. фиг.3).
Таким образом, по изложенному, зависимостями (6) и (7) определена возможность безопасного и экономичного совмещения горных работ по изменению положения продольного фронта и проходки наклонной траншеи на новый горизонт и возможности интенсификации вскрытия горизонтов.
Продольный фронт 5 формируют до примыкания его к противоположному борту этапа в точке «z» (см. фиг.2) с транспортированием отрабатываемых ГП к съезду по прямолинейным трассам (см. фиг.1) до полной выемки ГП в контурах 1 и 5 и выклинивания выработки в борту, без оставления ГП уступа между вертикальной плоскостью передовой нижней бровки «sr» первой поперечной заходки будущей наклонной траншеи и точкой «z», и этим заканчивают подготовку горизонта к проходке новой наклонной траншеи 6 от линии «υu». Изложенным исключают транспортирование указанных объемов ГП по непрямолинейным трассам, неизбежным в случае отработки этих ГП после или в процессе проходки траншеи 6.
После завершения этой (исключающей транспортирование ГП по непрямолинейным трассам) подготовки горизонта начинают от линии «υu», положение которой определяют по зависимости (1), проходку наклонной траншеи 6 и перемещение фронта 5 в новое положение 7. Эти работы выполняют с совмещением по времени, без совмещения в одной вертикальной плоскости, на безопасном расстоянии забоев вышележащего и нижележащего горизонтов друг от друга.
Продольный прямолинейный фронт 5 поворачивают по предлагаемому способу относительно торца первой поперечной заходки 4 с перемещением по противоположному борту этапа карьера. Его новое положение 7 определяют нижеследующим. По зависимостям (4)-(7) определяют положение 8 аналогичного фронта на нижележащем втором горизонте, необходимое для проходки с него третьей наклонной траншеи 9 на третий рабочий горизонт (см. фиг.3). От точки «о» примыкания к борту верхней бровки этого фронта 8 вышележащий фронт 7 (первого горизонта) дистанцирован у борта на расстояние, определяемое зависимостью, полученной следующим образом.
ф
Согласно фиг.3, кратчайшее расстояние между положениями 7 и 8 фронтов на участке борта в горизонтальной проекции представлено перпендикулярным вышележащему фронту 7 отрезком «оω» прямой линии, состоящим из величины заложения откоса уступа, равной «h·ctgβ», и ширины площадки «Ш». Обозначив «l» этот отрезок, получим
ф
где l - кратчайшее расстояние в горизонтальной проекции между верхними бровками продольных фронтов смежных горизонтов от точки примыкания нижележащего из них к борту этапа карьера до вышележащего, м;
з
Ш - ширина площадки между смежными продольными фронтами у борта этапа карьера, принимаемая в основании уступа слабых пород равной «Ш», крепких пород - равной ширине флангового развала взорванных ГП по практическим данным или больше нее, м.
Например, в вышеприведенных условиях, в основании первого уступа слабых пород,
ф
ф
ф
ф
l=12·ctg75°+18; l=12·0,2679+18; l=3,2148+18; l=21,2148≈21,2 (м);
в основании второго уступа крепких ГП при ширине флангового развала взорванных пород по практическим данным 20 м,
ф
ф
ф
l=12·ctg75°+20; l=3,2148+20; l=23,2148≈23,2 (м).
Зависимость (8) является необходимым условием выполнения способа, поскольку определяет наличие в прибортовой зоне этапа карьера площадки, обеспечивающей:
- безопасность работ на нижележащем горизонте. Без этой площадки между фронтами 7 и 8 выклинивание в борту выработки на втором горизонте осуществимо лишь посредством сдваивания двух технологических уступов в единый откос высотой 24 м (в нашем примере), не оформленный отрезной щелью и не исключающий вывалов и скатывания кусков ГП в узкое пространство ведения работ, а в окрестности торца выработки (в окрестности точки «z′») - посредством формирования бермы между двумя уступами, недостаточной для предохранения людей и техники ширины, что небезопасно. Для обеспечения безопасности работ в этих случаях необходима заоткоска уступов в прибортовой части фронтов посредством формирования отрезной щели, что нерационально в силу дополнительных затрат времени и средств на буровые и взрывные работы (БВР);
- нераспространение ГП (при перемещении вышележащего продольного фронта) в выполненную на нижележащем горизонте выработку. При отсутствии указанной площадки неизбежны сброс части ГП первого уступа в уже выполненную между вторым уступом и бортом этапа выработку и последующая отработка этого навала на втором рабочем горизонте (вместо первого) с увеличенным расстоянием транспортирования, после дополнительного перегона экскаватора на участок ранее завершенных работ; в ином случае неизбежна остановка работ по подготовке второго горизонта для проходки третьей наклонной траншеи 9 до завершения перемещения вышележащего фронта в положение 7 и образования площадки между фронтами 7 и 8, определяемой зависимостью (8), т.е. остановка работ для обеспечения необходимого условия выполнения способа, но уже продольной заходкой, с потерей преимуществ поперечных заходок и со снижением темпов вскрытия;
- транспортирование ГП отрабатываемого развала в торце поперечных заходок по прямолинейной трассе между фронтом в положении 7 и линией «υо» (см. фиг.3);
- соответствие технологии отработки прибортового целика пород, описанной ниже.
После выполнения поворота продольного прямолинейного фронта 5 в положение 7 по зависимости (4)-(8) формируют фронт 8 и затем траншею 9. Таким образом, в зависимости (8) местоположений вышележащих и нижележащих фронтов, с повторением вышеизложенных операций по проходке наклонных траншей, продолжают формировать общую внутреннюю траншею со спиральной формой трассы в последовательности и взаимосвязи работ на горизонтах, определяемой нижеследующим.
По вышеизложенному, вскрышные работы на первом рабочем горизонте осуществляются первым уступом (порядковые номера уступа и горизонта совпадают) с выполнением первого продольного фронта 5 (или фронта 5 в первом своем положении) для подготовки горизонта к проходке второй наклонной траншеи 6. Для подготовки к проходке третьей наклонной траншеи 9 продольный фронт 5 первого горизонта первым уступом перемещают во второе положение 7 и на втором рабочем горизонте вторым уступом формируют продольный фронт в первом его положении 8. Аналогично, третьим положением фронта первого уступа, вторым положением фронта второго уступа и первым положением фронта третьего уступа подготавливают третий горизонт к проходке четвертой наклонной траншеи на четвертый горизонт первой добычи ПИ (фиг.4). Изложенную последовательность и взаимосвязь этих работ на горизонтах определяет зависимость
где η - порядковый номер рабочего горизонта сверху-вниз;
ρ - порядковый номер положения продольного прямолинейного фронта на горизонте.
Например, для проходки второй наклонной траншеи (см. фиг.2)
2=1+1; для проходки третьей наклонной траншеи (см. фиг.3) ситуация на первом горизонте 3=1+2; на втором горизонте 3=2+1; для проходки четвертой траншеи - ситуация на первом горизонте 4=1+3; на втором горизонте 4=2+2; на третьем горизонте 4=3+1.
з
Зависимость (9) является необходимым условием выполнения способа, поскольку невыполнение ее на любом рабочем горизонте в интервале от высотных отметок основания первого уступа до отметки горизонта первой добычи руды влечет либо ухудшение ТЭП работ, либо ухудшение и ТЭП и безопасности работ, либо их остановки. Так, формирование фронта 5, например, сначала ближе к борту этапа, чем на фиг.2, с последующим перемещением во второе положение 5 в нарушение зависимости (9), т.к. 2≠1+2, - влечет уменьшение длины поперечных заходок относительно минимально допустимой по ТЭП «l» и соответственно в превалирующей части площади между бортом этапа и фронтом 5 влечет отработку ГП разрезной горизонтальной траншеей, примыкающей по длине к борту и продольными заходками со всеми их вышеописанными недостатками, ухудшающими ТЭП и безопасность работ. Аналогично, вышеизложенное явится следствием формирования фронта 8 на втором горизонте посредством одного перемещения (двух положений) или двух перемещений (трех положений), при которых 3≠2+2 и 3≠2+3 и т.д. Формирование фронта 8 без перемещения фронта 5 (при котором 3≠1+1 и 3≠2+0) неосуществимо. Невозможно формирование фронта необходимой длины на третьем горизонте для проходки четвертой наклонной траншеи при втором положении 7 фронта 5, (при котором 4≠1+2), удерживающем фронт 8 второго горизонта в первом положении (4≠2+1); возможна лишь незначительная часть работ в окрестности торца третьей наклонной траншеи. Аналогичны следствия и других нарушений зависимости (9).
з
При повороте продольного прямолинейного фронта 5 в положение 7, а затем в положение 10, а фронта 8 в положение 11 (фиг.4) слабые и крепкие ГП между указанными положения фронтов начинают отрабатывать соответственно без БВР и при их помощи от торцов первых поперечных наклонным траншеям 3 и 6 заходок от точек «о′» и «о″» с подвиганием работ в общем направлении противоположного борта этапа карьера и тем самым обеспечивают возможность транспортирования отрабатываемых ГП к съезду по прямолинейным трассам. При этом между выполненными и выполняемыми положениями этих фронтов, до их расхождения в поперечном общей траншее направлении на величину, не меньшую «l», объемы 12 и 13 пород отрабатывают заходками (с уменьшением длины каждой последующей заходки относительно предшествующей), согласными (параллельными и квазипараллельными) выполненным фронтам (нижним бровкам их откосов «o′m′» и «o″r′» (см. фиг.4). Отработкой ГП в контурах «o′-m′-c′-o′» и «о″-r′-е′-о″» с транспортированием их по первому и второму рабочим горизонтам к съезду по прямолинейным трассам на горизонтах формируют поперечный промежуточный фронт по линии «с′m′» первого и по линии «е′r′» второго уступа. При его формировании посредством отработки крепких ГП, например, объема 13 или 12 при наличии крепких ГП, улучшают и повышают использование энергии взрывов нижеследующим.
Поворотом продольного фронта 5, фронта 8 и др. относительно торца первой на каждом горизонте поперечной заходки, примыкающей к наклонной траншее, уменьшают угол между продольным фронтом и трассой общей траншеи по сравнению с углом, получаемым поворотом этого фронта относительно места примыкания горизонтальной разрезной траншеи к наклонной по известным способам [1-3] и др. (т.е. относительно точек «g» и «b′» на фиг.1-3). Этим смещением оси поворота из точек «g» и «b′» в точки «о′» и «о″» и уменьшением за счет этого угла поворота продольного фронта по отношению к трассе общей траншеи достигают благоприятного соответствующего смещения местоположения взорванных ГП относительно площадки между наклонными траншеями, например, 6 и 9 (большего приближения к ним, или меньшего удаления от них по сравнению с известными способами, но в любом случае, при взрывании параллельных продольному фронту блоков, перемещенные и разваленные взрывом ГП при меньшем угле между фронтом и общей траншеей размещаются ближе к названным площадкам съезда).
з
Таким образом, поперечный промежуточный фронт на участках поперечного общей траншее не меньшего «l» расхождения положений продольных фронтов на горизонтах формируют посредством отработки от точек «о′» и «о″» в направлении противоположного борта этапа объемов 12 и 13 ГП и тем самым обеспечивают уменьшение расстояния транспортирования этих ГП путем технологического создания и поддержания рациональных условий формирования прямолинейных дорог и улучшения использования энергии взрывов.
При перемещении фронта 8 в положение 11, а также - при описанном перемещении в положение 7 и 10 фронта 5 в случае отработки первым уступом крепких пород и при формировании фронта 16 третьим уступом (см. фиг.4), - крепкие ГП между выполненными (бывшими) и выполняемыми положениями продольных фронтов отрабатывают при помощи БВР поперечным общей внутренней траншее промежуточным фронтом посредством его перемещения в направлении к противоположному борту этапа карьера и тем самым обеспечивают кратчайшие трассы транспортирования ГП и уменьшение длины трасс посредством перемещения ГП взрывами в направлении их транспортирования. Поперечный промежуточный фронт перемещают от линии «с′m′» поперечного расхождения положений продольного фронта - нижней бровки поперечного фронта на первом рабочем горизонте и линии «e′r′» расхождения - нижней бровки поперечного фронта на втором горизонте (см. фиг.4) величиной, определяемой выражением
р
где В - величина расхождения выполненного и выполняемого положений продольного прямолинейного фронта в поперечном общей внутренней траншее направлении - длина нижней бровки поперечного промежуточного фронта, м;
до нижней бровки прибортового целика (например, от упомянутой нижней бровки откоса промежуточного фронта «е′r′» до нижней бровки «u′-ω′-s′» прибортового целика 17 крепких ГП второго уступа) шириной, определяемой выражением
ц
где Ш - ширина прибортового целика ГП от нижней бровки его откоса до борта этапа карьера по ее горизонту, м.
з
Например, в вышеприведенных условиях l=32 м, а длина первой поперечной заходки вдоль линии «e′r′» между положениями фронта 8 и 11 второго уступа составляет 36 м, ширина (вкрест борта этапа карьера) прибортового целика ГП 17 у нижней бровки фронта 8 на рабочей площадке основания второго уступа - (на втором рабочем горизонте) составляет 32 м, у нижней бровки положения 11 этого фронта - 72 м (см. фиг.4); 36>32 и 32≤32÷72, т.е. принятые параметры соответствуют выражениям (10) и (11).
з
з
Выражения (10) и (11) являются необходимым условием выполнения способа, т.к. определяют допустимые по ТЭП работ границы области рационального применения поперечного промежуточного фронта в пределах положений продольных фронтов. Отработка ГП между ними поперечным промежуточным фронтом длиной, меньшей «l», и (или) формирование прибортового целика шириной, меньшей «l», и последующая его отработка заходками вкрест борта этапа влекут увеличение времени холостых передвижений экскаватора и простоев в его ожидании автосамосвалов, т.е. влекут уменьшение производительности ГТМ и снижение ТЭП работ.
Выражения (10) и (11) являются составными элементами совокупности всех математических зависимостей и выражений способа, в целом необходимой и достаточной для обеспечения интенсивности и эффективности вскрытия ПИ, безопасности и рациональных направлений, границ и последовательности работ, ликвидирующих вышеприведенные недостатки известных способов.
з
з
з
С целью уменьшения сейсмического воздействия взрывов на борт этапа и предельный борт карьера, прибортовой целик, в процессе и по мере его формирования заходкой вдоль линии «u′-ω′-s′» промежуточного поперечного фронта, на безопасном расстоянии от ее забоя отрабатывают поперечными борту этапа карьера заходками, согласными перемещаемому фронту 8, например, в площади «s′-z′-υ′-ω′-s′», с постановкой борта в проектное положение. В ходе этих работ ширину целика у выполненного 8 и выполняемого 11 фронта выравнивают (приближают к «l» и сближают по «l») посредством, например, взрывания блоков вдоль линии u′ω′ после отработки поперечного борту блока в площади «s′-z′-υ′-ω′-s′» или одновременного их взрывания с последующим выполнением заходок сначала вкрест борта, затем вдоль него с обуриванием очередного поперечного борту блока и т.д. Таким образом, операции по отработке целика и по его формированию чередуют и совмещают, т.е. целик отрабатывают в процессе его формирования и формируют в процессе его отработки. Тем самым обеспечивают максимально возможную в данных условиях реализацию преимущества поперечного промежуточного фронта в части перемещения взрывами в направлении транспортирования автосамосвалами всех объемов ГП, кроме ограниченных допустимой длиной заходки вкрест борта. Совмещением работ по формированию целика согласными борту заходками и по отработке целика поперечными борту заходками достигают равенства или близости длины последних величине «l» с целью недопущения перемещения взрывами вдоль борта ненадлежащих объемов ГП и обеспечения их перемещения от борта в направлении съезда.
з
При отсутствии крепких ГП в пределах первого уступа между положениями 5, 7 и 10 его продольного фронта, слабые ГП отрабатывают без БВР до противоположного борта этапа невыпуклым к общей траншее (без выпуклости результирующего контура в плане в сторону общей траншеи) промежуточным фронтом 14 заходок, например, параллельных, или субпараллельных (согласных) бывшему (перемещаемому) фронту 5 (или его положению 7 при перемещении в положение 10 (фиг.5), т.е. заходками, составляющими невыпуклый к общей траншее (в ее сторону) промежуточный фронт 14, обеспечивающими транспортирование отрабатываемых ГП к съезду по прямолинейным трассам. При отработке слабых пород первого уступа на участках поперечного расхождения положений продольного фронта 5 и 7 и положений 7 и 10 на не меньшую «l» величину возможен переход от невыпуклого промежуточного фронта 14 (см. фиг.5) к поперечному 15 (см. фиг.4), которым слабые ГП отрабатывают до противоположного борта этапа с постановкой его в предельное положение.
В процессе подвигания продольных фронтов, так же как и в процессе вышеописанной подготовки горизонтов к проходке наклонных траншей, автодороги от экскаваторов до примыкания к горизонтам наклонных траншей (до горизонтальной, или слабонаклонной площадки между наклонными траншеями) формируют посредством, например, планировочных работ по прямолинейным трассам (показанным стрелками на фиг.1 и 5) и отрабатываемые ГП транспортируют по ним на кратчайшие расстояния. Для этого работы на каждом нижележащем рабочем горизонте (например, на втором) производят за пределами (вне полосы между продольным фронтом, например 7, и линией «υо») створа точек примыкания: внутренней (относительно карьера) точки примыкания «υ» его наклонной траншеи 6 к вышележащему (первому) рабочему горизонту и точки примыкания последнего (т.е. этого вышележащего горизонта) на борту (точки «о»), отстоящей от продольного его фронта 7 к нижележащему продольному фронту 8 (в кратчайшем направлении от нижней бровки откоса фронта 7 к верхней бровке фронта 8 в точке ее примыкания к борту «о») на величину «Ш» (см. фиг.3 и 5).
з
Поскольку первый рабочий горизонт является основанием первого уступа зачастую (и принято в рассматриваемом примере) слабых ГП, отрабатываемых без БВР (и без развала пород взрывом), величиной «Ш» на данном горизонте по технологии работ является «Ш» и точка «о» является также точкой примыкания бывшей нижней бровки уступа, существовавшего до выполнения последней заходки из предыдущих, имевших место при перемещении фронта 5 в положении 7 невыпуклым к общей траншее промежуточным фронтом (см. фиг.5).
Аналогично, работы на третьем горизонте выполняют за пределами (без пересечения) створа точки примыкания «е″» его наклонной траншеи 9 к вышележащему (второму) рабочему горизонту и его точки «b″» на борту, отстоящей от нижней бровки его продольного фронта 11 на кратчайшем (по перпендикуляру) расстоянии «Ш» к нижележащему фронту 16 (в сторону фронта 16), при этом с учетом отрабатываемых с БВР крепких пород второго уступа, величина «Ш» принимается равной ширине флангового (в торце заходок промежуточного поперечного фронта 18) развала ГП, определяемой по практическим данным (см. фиг.4), или больше нее. Это, наряду с вышеизложенной в комментариях математической зависимости (8) необходимостью, исключает нарушение прямолинейных дорог вышележащего горизонта работами на нижележащем горизонте и обеспечивает минимизацию расстояний транспортирования ГП по рабочим горизонтам и возможность совмещения работ по перемещению фронтов на горизонтах во времени (т.е. интенсификацию вскрытия) без помех процессу реализации других достоинств способа, повышающих интенсивность и ТЭП работ.
з
Как показано на фиг.5, например, при отработке слабых ГП первого уступа невыпуклым к общей траншее промежуточным фронтом 14 и транспортировании ГП между ним и створом точек «υ» и «о» на горизонте от забоя экскаватора до площадки между наклонными траншеями 3 и 6 по прямолинейным (кратчайшим, показанных стрелками) трассам, - за пределами этого створа точек - линии «υo», поперечным промежуточным фронтом «a′t′» перемещают фронт 8 второго уступа в положение «о″а′» - часть положения 11 фронта. После доведения забоя очередной заходки невыпуклого фронта 14 до борта этапа, т. «о» перемещается на «Ш» к выполняемому положению 10, створ «υо» меняет положение и промежуточный фронт «a′t′» соответственно подвигают в направлении противоположного борта этапа с перемещением ГП взрывами в направлении их транспортирования автосамосвалами, которое осуществляют на кратчайшие расстояния по прямолинейным трассам, как и на вышележащем горизонте.
От пунктов примыкания наклонных траншей к рабочим горизонтам (от общей для горизонта и съезда поворотной площадки) и от забоя экскаватора в очередной наклонной траншее до поверхности карьера, ГП транспортируют по дну уже выполненной части наклонной траншеи и общей траншеи шириной, соответствующей нормативной ширине съезда, необходимого для встречного движения порожних и груженых автосамосвалов. По дорогам на земной поверхности и съездам на отвалы ГП транспортируют во внешние отвалы.
К моменту вскрытия горизонта первой добычи ПИ проходкой внутренней общей траншеи до линии «dc» (см. фиг.1 и 6), продольные прямолинейные фронты на рабочих горизонтах должны быть приведены по крайней мере в положение 10, 11 и 16 (а в лучшем случае уже должны выполняться работы по перемещению этих фронтов в последующее положение согласно вышеизложенным математическим зависимостям), что дает возможность сформировать фронт 19 с попутной добычей прикровельных ПИ, пройти наклонную траншею 20 и развернуть на нижележащем горизонте 21, в площади «d′-g′-f′-d′», горные работы, в т.ч. по добыче ПИ (см. фиг.6). Иное положение фронтов на момент проходки наклонной траншеи до линии «dc», например, соответствующее меньшим углам их поворота из положения 7 в положение 10 и из положения 8 в положение 11 (см. фиг.4) влечет остановку работ на горизонте линии «dc» и консервацию участка в ожидании перемещения вышележащих фронтов в положения, представленные на фиг.6.
Выполнением описанных операций предопределена целесообразность дальнейшего вскрытия горизонтов и выемки ПИ из недр по предлагаемому способу до конца отработки этапа карьера. Наиболее целесообразно его применение с начала строительства карьеров, однако вполне реальным является эффективное его применение и на строящихся по известным способам карьерах, поскольку по предлагаемому способу возможно приведение фактического положения горных работ в требующееся. Для этого, например, на ситуационном плане горных работ по зависимости (4) устанавливают пункты примыкания наклонных траншей к рабочим горизонтам и по зависимостям (5-9) определяют необходимые положения фронтов в их последовательности, взаимосвязи и параметрах и в процессе их выполнения уже имеющиеся (фактические) уступы и выработки органично встраивают в надлежащие контуры фронтов.
На безэтапных карьерах вскрытие горизонтов и ПИ осуществляют по предлагаемому способу в их предельных контурах.
Преимущества и технический эффект от заявляемого способа заключаются в следующем.
1. В сокращении объема вскрышных работ при строительстве и в начальный период эксплуатации карьера посредством:
1.1. определения зависимостями (5), (6) и (7) границ необходимых и достаточных объемов работ по подготовке горизонтов для проходки новых наклонных траншей на нижележащие горизонты и исключения тем самым излишних работ и сроков их выполнения;
1.2. определения зависимостями (8) и (9) рациональных положений перемещаемых на горизонтах продольных фронтов, параметрами, последовательностью и взаимосвязью работ, исключающих дополнительные объемы, имеющие место при выполнении работ без зависимостей (8) и (9);
3
3
2
2
1.3. выполнения комплекса операций предлагаемого способа. Согласно фиг.1-6 в общем объеме горной массы в контурах этапа отработки карьера 14627790 м, доступ ГТМ на горизонт первой добычи ПИ обеспечивается производством вскрышных работ от линии «ef» до линии «cd» в объеме 1153104 м, составляющем 7,9% от общего объема этапа карьера (1153104:14627790=0,079; 0,079·100%=7,9%), значительно меньшем, чем при вскрытии ПИ по известным способам. При этом первым уступом отработана площадь 63644 м из общей площади этапа карьера по верху 282602 м, что составляет 22,5% (63644:282602=0,2252; 0,2252·100%=22,5%).
3
По состоянию горных работ на момент добычи ПИ двумя (четвертым и пятым) уступами (см. фиг.6) отрабатывается 2872920 м горной массы, что составляет 19,6% - пятую, неосновную часть объема этапа карьера (2872920:14627790=0,1964; 0,1964·100%=19,6%). Это позитивный результат строительства и начального периода эксплуатации карьера, подтверждаемый источником [1], на с.83 которого недостатком вскрытия спиральными траншеями констатирована «…необходимость осуществлять основные работы по вскрыше в начальный период эксплуатации карьера».
2. В исключении проходки горизонтальных разрезных траншей по контуру этапа карьера и присущих им вышеописанных недостатков в известных способах их процесса вскрытия рабочих горизонтов и ПИ, обеспечивающим:
2.1. уменьшение объема вскрышных работ и работ по заоткоске борта этапа, выполняемого с пониженной производительностью ГТМ и повышенной себестоимостью в условиях стесненного пространства, и улучшение условий развития горных работ на горизонтах.
3
3
По состоянию горных работ на момент осуществления добычи двумя уступами (см. фиг.6), т.е. при наличии пяти рабочих горизонтов и пяти наклонных траншей, по известным способам неизбежна проходка пяти разрезных (горизонтальных) траншей шириной по низу 16 м (соответствующей ширине дна наклонных траншей 16 м) по верху - 24 м, длиной по различным источникам от 150 до 250 (в среднем 200) м и соответственно объемом 48000 м каждая, или общим объемом 240000 м (5·48000=240000). Этот объем составляет в объеме выполняемых согласно фиг.6 работ 8,4% (240000:2872920=0,0835; 0,0835·100%=8,4%) и выполним он по предлагаемому способу без того понижения производительности ГТМ и увеличения себестоимости вскрыши, который предопределен проходкой разрезных траншей по контуру этапа (а также по предельному контуру) карьера - выемкой ГП между бортом этапа (высотой, например, на третьем горизонте 36 м, на четвертом - 48 м, на пятом - 60 м и т.д.) и бортом траншеи высотой 12 м при ширине ее дна 16 м (на треть превышающей высоту ее борта (16:12=1,333) в условиях стесненности работ и размещения ГТМ в узком пространстве, в которых неизбежна тупиковая схема подачи автосамосвалов под погрузку, а также сложности формирования борта этапа карьера экскаватором из траншеи и др., приведенные ниже. Эти сложности практически устранены в предлагаемом способе, или, по крайней мере, участки их наличия значительно уменьшены в размерах и комплекс их уменьшен нижеследующим.
Так, по предлагаемому способу участки первой поперечной заходки 4 и выклинивания выработки в борту в окрестностях точки z (и z′) (см. фиг.1-3), отрабатывают в наименее благоприятных условиях, улучшенных по сравнению с условиями проходки разрезных траншей тем, что работы выполняют заходками не по контуру этапа, а на первом из названных участков - вкрест, на втором - под углом к этому контуру (вдоль продольного фронта 5) с длиной примыкания к нему на первом участке 18 м, на втором - 16 м. Тем самым уменьшена протяженность участков оформления борта этапа в стесненных пространствах, т.к. общая длина примыкания участков к борту на одном горизонте составляет 34 м, т.е. уменьшена относительно длины примыкания к борту этапа разрезной траншеи в 5,88 раз (200:34=5,88), увеличено пространство для размещения ГТМ (см. фиг.1-3), уменьшена величина и улучшено расположение взрываемых блоков ГП относительно борта этапа карьера с соответствующим снижением сейсмического воздействия взрывов на него.
3
3
3
3
3
3
Объем отрабатываемых на первом участке ГП составляет 10848 м, на втором - 3576 м, общий объем на горизонте - 14424 м (10848+3576=14424 (м), объем на пяти горизонтах - 72120 м (14424·5=72120 (м) составляет 0,3 объема разрезных траншей (72120:240000=0,3) и 0,5% от объема этапа карьера (72120:14627790=0,0049; 0,0049·100%=0,5%).
Таким образом, участки и объемы ГП, отрабатываемые в наименее благоприятных условиях, незначительны и вышеназванные недостатки, предопределенные проходкой разрезных траншей, по существу сведены к ничтожно малой величине.
2.2. отсутствие необходимости транспортирования объемов разрезных траншей (по п.2.1 составляющих 8,4% всего отработанного на пяти горизонтах объема ГП) по криволинейным дорогам (ограниченным криволинейными в плане бортом этапа карьера и бортами траншей), увеличивающим расстояния транспортирования ГП, расход горючих веществ (удлинением пути и уменьшением скорости движения автосамосвалов) и объемы работ и затрат времени и средств на формирование и содержание дорог;
2.3. уменьшение сейсмического воздействия на борт этапа карьера и прикарьерный массив и улучшение дробления крепких ГП взрывами посредством отработки ГП поперечными общей траншее и борту этапа заходками. Общеизвестно, что взрывание блоков, имеющих дополнительную свободную поверхность откоса уступа поперечного борту карьера фронта, в т.ч. при отработке прибортового целика 17 (см. фиг.4), по сравнению со взрыванием зажатой среды блоками вдоль борта с примыканием к нему в контурах разрезной траншеи, - значительно снижает сейсмическое воздействие на борт и прикарьерный массив и повышает качество дробления пород и производительность ГТМ (уменьшением выхода негабаритов и количества и времени ремонтов экскаваторов, увеличением темпов выемочно-погрузочных работ);
3. В сокращении расстояний транспортирования пород автосамосвалами посредством:
3.1. определения и реализации контуров этапа отработки карьера в соответствии особенностям залегания ПИ в недрах, с обеспечением минимального объема работ по вскрытию горизонта первой добычи (горизонта, пересекающего ПИ в окрестностях их кровли) и с учетом местоположений площадей, отведенных для внешних отвалов. Например, при наибольших высотных отметках кровли сплошного тела ПИ в юго-восточной части месторождения (см. фиг.1) и простирании и падении его на северо-запад (или кровли вышележащего из разрозненных тел ПИ при расположении в массиве нижележащих тел в центральной и северо-западной части месторождения) и при наличии площадей для размещения отвалов пород в северо-западной части земельного отвода (на фиг. не показано) положение и конфигурация обеспечивающего выемку ПИ из недр контура этапа карьера определены по критерию минимизации расстояний транспортирования ГП во внешние отвалы сообразно определенной зависимостью (4) длине общей траншеи от наиболее приемлемого участка первой добычи ПИ (от линии «dc») до линии «ef» пересечения траншеей земной поверхности на минимальном расстоянии от отвалов;
3.2. обеспечения прямолинейных трасс транспортирования ГП на рабочих горизонтах путем:
3.2.1. развития работ на горизонтах и их подготовки для проходки новых наклонных траншей поперечными общей траншее заходками, позволяющими от любого забоя экскаватора до площадки горизонта между наклонными траншеями, например «g-m-u-υ-g» (см. фиг.2) транспортировать ГП по прямолинейным трассам (см. фиг.1);
3.2.2. полной отработки на горизонте в определенных зависимостями (5), (6) и (7) границах с выклиниванием выработки в борту этапа (в окрестностях точек «z» и «z′» (см. фиг.2-5) до начала проходки новых наклонных траншей 6, 9 и др. на нижележащие горизонты, т.к. после их проходки транспортирование части оставленных (недоработанных, отсеченных поперечным фронтом) объемов ГП возможно лишь по искривленной трассе;
3.2.3. отработки ГП при перемещении продольного фронта работ на горизонте в новое положение (фронта 5 в положение 7, затем - 10, фронта 8 в положение 11) невыпуклым к общей траншее, или поперечным ей промежуточным фронтом, или с переводом невыпуклого фронта в поперечный и путем отработки поперечными борту этапа карьера заходками прибортового целика 17. Эти положения фронтов и заходок позволяют транспортировать ГП от забоев экскаваторов до площадки примыкания общей траншеи к горизонту по прямолинейным трассам.
Целесообразность прямолинейных трасс представима на примере глубоких карьеров круглой в плане формы со спиральным съездом. В практике их отрабатывают уступами (представляющими в плане концентрические окружности) от центра к периферии, соответственно трассы дорог представляют собой окружности длиной «2πR» и рационально используются полуокружностями длиной «πR» (где R - радиус окружности, м), примыкающими к съезду (к общей траншее). Среднее расстояние транспортирования ГП на горизонте по полуокружности составляет «» - четвертую часть длины окружности; при отработке карьера по предлагаемому способу (приемлемому для отработки карьеров любой конфигурации в плане) максимальная длина продольного фронта составляет «2R» и среднее расстояние транспортирования пород - «R» (2R:2=R), а по остальным трассам - меньше «R». Сопоставление расстояний транспортирования по способам показывает:
; ; ,
т.е. в идеале расстояния транспортирования ГП на рабочих горизонтах (или средневзвешенные по всем горизонтам) по традиционным способам не менее, чем в 1,57 раз превышают расстояния по предлагаемому способу. И хотя для карьеров иной конфигурации величина показателя этого сравнения будет отличаться от полученной, однако ее значимость очевидна, как очевидна и эффективность предлагаемого способа.
3.2.4. соблюдения технологических параметров в последовательности и взаимосвязи работ, определяемых зависимостями (8) и (9), обеспечивающими отработку объемов флангового развала ГП (образующегося при производстве работ по перемещению фронта в новое положение) и их транспортирование по кратчайшим трассам своего горизонта, например, при отработке ГП первого уступа от линии «ωо» до площадки «g-m-u-υ-g» (см. фиг.2 и 3), и при отработке второго уступа между положением 11 фронта и створом точек «е″» и «b″» (см. фиг.4).
Несоблюдение указанных параметров и последовательности работ влечет:
- отработку части названных объемов (вышележащего горизонта) на нижележащем горизонте и их транспортирование по удлиненной трассе из окрестности точки «z′» через линию «b′t» (с искривлением трассы между ними в силу осуществляемой (или осуществленной) проходки наклонной траншеи 9) по наклонной траншее 6 до вышеназванной площадки между ней и траншеей 3, причем для отработки навала ГП необходим дополнительный перегон экскаватора на участок ранее завершенных работ (точки «z′»);
- наличие участков встраивания откосов двух, трех и более уступов в единый, неоформленный отрезной щелью небезопасный откос (без берм), или с отсутствующими между откосами уступов площадками достаточной для улавливания объемов развала пород ширины и предотвращения их распространения на нижележащие горизонты;
- временное прекращение производства работ (снижение темпов вскрытия и производительности ГТМ) в ожидании на нижних горизонтах восстановления определяемых зависимостями (8) и (9) параметров и порядка выполнения работ на вышележащих горизонтах.
Изложенное, снижающее интенсивность и эффективность вскрытия горизонтов и в целом вскрытия ПИ, исключено зависимостями (8) и (9).
3.2.5. выполнения работ на каждом нижележащем горизонте за пределами створа точки примыкания его наклонной траншеи к вышележащему горизонту и точки последнего на борту, отстоящей от продольного его фронта в направлении нижележащего фронта на величину «Ш». Этот створ - линия «υо» на фиг.3 и 5 (также показан и на фиг.6) обеспечивает совмещение работ во времени на смежных по высотным отметкам горизонтах (интенсификацию вскрытия), разграничивает их и, регулируя их последовательность и сообразуя темпы, сохраняет сформированные по прямолинейным трассам дороги на вышележащих горизонтах. Непересечение горными работами на нижележащих горизонтах этих вышележащих створов является обязательным условием выполнения способа, т.к. иначе неизбежно транспортирование ГП с объездами выработанных участков (транспортирование по криволинейным трассам).
3.3. рациональных направлений работ, использующих физические процессы:
3.3.1. перемещения ГП энергией взрывов в направлении их транспортирования автосамосвалами. При подготовке горизонтов для проходки новых наклонных траншей и перемещении продольных фронтов в новые положения взрыванием блоков (в крепких ГП), расположенных вдоль поперечных промежуточных фронтов, разрушенные ГП выбрасываются в направлении их транспортирования автосамосвалами, что сокращает расстояния транспортирования, т.к. пункты погрузки в автосамосвалы экскаваторами разрушенных пород находятся ближе к съезду в карьер, чем при погрузке этих ГП из целика: проекция на рабочий горизонт центра разрушенных масс при ширине развала ГП 26 м отстоит от проекции центра масс в контуре заходки по целику в среднем на 9 м (или 0,009 км) в перпендикулярном фронту работ направлении.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
При общем объеме выполняемых работ по представленному на фиг.6 их состоянию 2872920 м, в т.ч. 1314336 м отрабатываемых без БВР пород, в т.ч. по проходке наклонной траншеи, объеме прибортовых целиков ГП на горизонтах 92160 м, объемов 12 и 13 (см. фиг.4) 96768 м, при взрывании блоков которых направление перемещения пород отклоняется от направления их транспортирования автосамосвалами, хотя в целом разваленные массы приближаются к съезду, общем объеме четырех наклонных траншей (одна учтена в объеме слабых пород) 52800 м, - объем перемещаемых взрывами в направлении транспортирования ГП автосамосвалами составляет 1316856 м (2872920-1314336-92160-96768-52800=1316856 (м). При объемной массе скальных и полускальных пород 2,7 т/м перемещением взрывами в направлении транспортирования ГП объем грузоперевозок сокращается на 31999,6 т·км (1316856·0,009·2,7=31999,6 (т·км)), что при себестоимости 5,5 руб./т·км экономит 175997,8 руб. (31999,6·5,5=175997,8 (руб.)). Экономия на 1 мвзрываемых по поперечным фронтам пород составляет 0,024 т·км/м и 0,13 руб./м (31999,6:1316856=0,024 (т·км/м) и 175997,8:1316856=0,13 (руб./м)).
з
3
3
3
3
3
Отношение общего объема прибортовых целиков (17 и др.) и участков 12 и 13 расхождения продольных фронтов на величину, меньшую «l», составляющего 188928 м (92160+96768=188928 м), к объему взрываемых пород (без учета объемов четырех наклонных траншей 52800 м), составляющему 1505784 м (2872920-1314336-52800=1505784 м), равно 0,1255 (188928:1505784=0,1255). С учетом дальнейшей отработки карьера без проходки общей траншеи (она завершена) предстоит нижеследующее.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
з
Из общего объема карьера 14627790 м, в т.ч. 3391224 м слабых ГП по состоянию горных работ, представленному на фиг.6, отрабатывается 2872920 м, в т.ч. 1314336 м слабых ГП, и в дальнейшем, до полной отработки этапа карьера предстоит вынуть из недр 11754870 м горной массы (14627790-2872920=11754870 м), в т.ч. 2076888 м слабых ГП (3391224-1314336-2076888 м). Предстоит отработать с БВР 9677982 м (11754870-2076888=9677982 м), в т.ч. в целиках, подобных 17, и в объемах между положениями фронтов до величины их поперечного расхождения, меньшей «l», подобных 12 и 13, - 1214586,7 м (9677982·0,1255=1214586,7 м) и 8463395,3 м (9677982-1214586,7=8463395,3 м) ГП, перемещаемых взрывами в направлении транспортирования автосамосвалами. Экономия грузоперевозок составит 205660,5 т·км (8463395,3·2,7·0,009=205660,5 т·км), экономия денежных средств выразится 1131132,7 руб. (205660,5·5,5=1131132,7 руб.).
3
3
Всего по этапу, от начала до конца (за весь период) отработки, взрыванием крепких ГП в направлении автомобильного транспортирования перемещается объем 9780251,3 м (1316856+8463395,3=9780251,3 м). Экономия составит: грузоперевозок 237660,1 т·км (31999,6+205660,5=237660,1 т·км), денежных средств 1307130,5 руб. (175997,8+1131132,7=1307130,5 руб.).
3.3.2. перемещения разрушенных пород силой гравитации.
Подрезаемые ковшом экскаватора под углом 75÷90° (и в верхней части навала под обратным углом) разрушенные ГП с углом естественного откоса 32÷42° обрушаются к основанию уступа (на рабочий горизонт) силой гравитации. Это экономит время наполнения ковша и выдвижения рукояти, уменьшает радиус поворота наполненного ковша, в целом уменьшает время выемочно-погрузочного цикла, т.е. увеличивает производительность экскаватора.
з
3
3
3
3
В процессе проходов экскаватора вдоль поперечного промежуточного фронта обрушающиеся силой гравитации разрушенные ГП перемещаются (ссыпаются) в направлении транспортирования их автосамосвалами, тем самым уменьшая расстояния транспортирования. Согласно [1], с.306 (табл. 42 и рис.195), при ширине развала ГП 26 м, по показателям, обеспечивающим наименьшие объемы и расстояния перемещения ГП силой гравитации: величине угла естественного откоса разрушенных масс 42°, подрезки их экскаватором 75°, угле поворота экскаватора в зоне черпания ковша до 120°, обеспечивающим отработку «ленты» шириной 14 м (меньшей ширины заходки) с расположением оси первого прохода экскаватора на расстоянии 6 м от нижней бровки навала разрушенных пород, - по результатам графоаналитического расчета, при первом проходе экскаватора отрабатывается 67,9% объема целика пород в контурах заходки шириной 18 м (при ширине «ленты», равной «Ш», угле поворота экскаватора до 180° и расположении оси экскаватора на расстоянии 9 м от нижней бровки навала пород отрабатывается 84,7% объема заходки по целику). При прочих равных условиях - расстояниях от нижней бровки откосов до оси движения автотранспорта, пункты погрузки ГП в автосамосвалы при отработке их в контурах заходки по целику и при отработке первой «ленты» разрушенных ГП отстоят друг от друга на расстоянии между осями проходов экскаватора в первом и втором случае. От нижней бровки формируемого в целике откоса оси названных проходов экскаватора отстоят: в первом случае на 9 м, во втором - на 20 м, расстояние между осями 11 м (20-9=11 (м). На это расстояние приближено к съезду 67,9% объема заходки по целику ГП силами взрыва и гравитации. Вклад взрыва в этот результат - смещение центра масс заходки учтено в пп.3.3.1 смещением на 9 м его проекции на рабочий горизонт. Поэтому доля гравитации в перемещении объема ГП заходки по целику учитывается двумя метрами (11-9=2 (м). По состоянию горных работ, представленному на фиг.6, объем пород, перемещаемых гравитацией в направлении транспортирования автосамосвалами, составляет 894145,2 м (1316856·0,679=894145,2 (м), где 0,679=67,9%:100%). Величина экономии грузоперевозок - 4828,4 т·км (894145,2·2,7·0,002=4828,4 т·км), - затрат - 26556,2 руб. (4828,4·5,5=26556,2 руб.). На момент полной отработки этапа карьера силой гравитации будет перемещено 5746645,4 м(8463395,3·0,679=5746645,4 м). Величина экономии грузоперевозок определяется 31031,9 т·км (5746645,4·2,7·0,002=31031,9 т·км), денежных средств - 170675,4 руб. (31031,9·5,5=170675,4 руб.).
4. В повышении эффективности и интенсивности отработки карьеров посредством рационального вскрытия рабочих горизонтов и полезных ископаемых, обеспечивающего:
4.1. уменьшение объема грузоперевозок на рабочих горизонтах.
В пределах контуров этапа отработки карьера и продольных фронтов на горизонтах, представленных на фиг.1 и 6 в масштабе 1:4000, определены объемы грузоперевозок до съезда на момент развития добычных работ на четвертом и пятом горизонтах. Также, с учетом заложения бортов этапа для каждого горизонта согласно фиг.1-6 и на полную глубину карьера (между контуром 1 и линией «g′f′» на фиг.6), посредством графоаналитического моделирования определены объемы грузоперевозок на момент полной отработки этапа карьера. Расчеты проведены в сравнении производства работ по известным и по заявляемому способам. Результаты приведены в таблице.
Таблица
Грузоперевозки на рабочих горизонтах
Горизонты,№№ п/п сверху вниз
Объемы грузоперевозок, т·км
в контурах работ нафиг.6 по способам
на полную отработку этапа карьера по способам
известным
заявляемому
известным
заявляемому
1
1266219
1025182
3352323
2645155
2
836042
668080
2926656
2370688
3
385866
303730
2692364
2014247
4
73197
63998
2347022
1730345
5
5814
5012
2068383
1461176
всего
2567138
2066002
13386748
10221611
3
3
По представленным в таблице результатам и с учетом изложенного в п.3, по состоянию работ согласно фиг.6 объем грузоперевозок по заявляемому способу составит 2029174 т·км (2066002-31999,6-4828,4=2029174 т·км), что в 1,26 раз меньше, чем по известным способам (2567138:2029174=1,26), а по состоянию полной отработки этапа карьера объем грузоперевозок составит 9952919 т·км (10221611-237660,1-31031,9=9952919 т·км), что в 1,345 раза меньше, чем по известным способам (13386748:9952919=1,345); экономия грузоперевозок составит 3433829 т·км (13386748-9952919=3433829 т·км), или 18886059 руб. (3433829·5,5=18886059 руб.), т.е. 1,29 руб./м (18886059:14627790=1,29 руб./м).
3
3
Средневзвешенная плотность пород - γ, т/м, в контурах, представленных на фиг.6, равна 2,654 т/м
3
; ; γ=2,654 (т/м).
Средневзвешенное расстояние транспортирования пород на горизонтах составит:
- по известным способам - 0,3367 км
, или 0,3367 т·км в среднем приходится на транспортирование 1 т горной массы по горизонтам до съезда;
- по заявляемому способу - 0,2661 км
или 0,2661 т·км приходится на 1 т горной массы.
Относительное уменьшение средневзвешенного расстояния транспортирования горной массы за счет использования предлагаемого способа составит 21%
3
Средневзвешенная плотность пород в контурах этапа карьера γ=2,6768 т/м;
3
; ; γ=2,6768 (т·м).
Средневзвешенное расстояние транспортирования ГП на горизонтах составит:
- по известным способам - 0,3419 км ;
- по заявляемому способу - 0,2542 км
;
средневзвешенное расстояние транспортирования ГП на горизонтах (до съезда) по известным способам в 1,345 раз больше, чем по предлагаемому способу ; относительное уменьшение расстояния заявляемым способом составит 25,65%
.
Очевидно уменьшение материальных, трудо- и временных затрат на формирование и поддержание в должном состоянии автомобильных дорог на горизонтах за счет предлагаемого способа;
4.2. объединение описанных в п.1-4 факторов в комплекс повышения производительности ГТМ и ТЭП производства работ и уменьшения их объема в период строительства и начальный период разработки карьеров.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Часть 2. Технология и комплексная механизация открытых разработок / М.Г.Новожилов, B.C.Хохряков, Г.Д.Пчелкин и др. - М.: Недра, 1971, с.62-63, 66, 80-85, 132-133, 258-259, 310-312.
2. Анистратов Ю.И. Технология открытой добычи руд редких и радиоактивных металлов. - М.: Недра, 1988, с.328-329, 334-336, 346-353, 364-367.
3. Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1982, с.251-253.
4. Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ: Учебное пособие для вузов. - М.: Недра, 1984, с.267-271.
5. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть 2. Технология и комплексная механизация. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1985, с.88-104, 169-171, 354-363.
6. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1975, с.383-384, 417-421.
7. Поточная технология открытой разработки скальных горных пород / А.О.Спиваковский, В.В.Ржевский, М.В.Васильев и др. - М.: Недра, 1970, с.299-301.