Особенности технологии горных работ в период реконструкции карьеров

Расширение границ карьера, в связи с вовлечением в отработку дополнительных запасов, в ряде случаев производится, когда весь борт или отдельные его участки находятся в стадии погашения. В этих случаях на борту остаются узкие рабочие площадки и транспортные бермы. Для создания нормальных горнотехнических условий эксплуатации новых участков месторождений производится расширение существующих или создание новых рабочих площадок. Примерами может служить расширение рабочих площадок в период реконструкции Кальмакырского, Ждановского, Коунрадского, Сорского и некоторых других карьеров.

Ширина рабочей площадки обычно определяется как геометрическая сумма размеров составляющих ее отдельных частей, каждая из которых имеет определенное назначение в технологическом комплексе горных работ.

При транспортной системе разработки ширина рабочей площади включает: а) площадки для размещения развала породы, если последняя подвергается буровзрывному рыхлению, а в мягких породах — экскаваторную заходку по целику; б) транспортную полосу; в) полосу для размещения дополнительного оборудования и проезда вспомогательного транспорта; г) резервную полосу опережения, которая необходима для обеспечения бесперебойной работы предприятия; д) берму безопасности, определяемую углом устойчивого откоса уступа.

В период строительства или реконструкции карьера ширина рабочей площадки принимается минимальной, обеспечивающей нормальную работу погрузочного, бурового и транспортного оборудования.

При расширении сокращенных рабочих площадок до минимально допустимых размеров осложняется работа горнотранспортного оборудования. Наличие на карьерах узких рабочих площадок приводит к увеличению трудоемкости горных работ и вызывает увеличение эксплуатационных расходов.

На рабочих площадках, ширина которых меньше ширины развала взорванной горной массы, ухудшаются условия проведения буровзрывных работ. В этих случаях взорванная горная масса одного уступа сбрасывается взрывом на рабочие площадки нижележащих уступов, затрудняя нормальное движение транспорта и увеличивая потери и разубоживание руды.

Для уменьшения объема вспомогательных работ на узких рабочих площадках после проведения массового взрыва, а также для уменьшения простоев горного оборудования, на карьерах производят одновременное взрывание двух, а иногда и трех смежных уступов, располагая взрываемые блоки каскадом один над другим.

Этот способ ведения буровзрывных работ применяется на карьере «Медвежий ручей» и на железорудных и медных карьерах Казахстана. Такая организация взрывных работ позволяет несколько сократить простои оборудования.

Ширина развала может быть уменьшена за счет применения специальных схем многорядного короткозамедленного взрывания, предусматривающих размещение взорванной горной массы вдоль фронта работ.

При возобновлении горных работ на погашенных участках бортов карьеров применяются следующие технологические схемы:

1) с экскаваторной перевалкой горной массы под откос уступа для образования транспортной полосы;

2) с погрузкой горной массы в средства железнодорожного транспорта в тупиковом забое;

3) с погрузкой горной массы в средства автомобильного транспорта в тупиковом забое;

4) с верхней погрузкой горной массы в транспортные средства. Наибольшие трудности возникают в случае развития горных

работ на погашенных бортах карьеров при применении железнодорожного транспорта. В этих условиях наиболее распространенными являются схемы с перевалкой горной массы под откос уступа или с погрузкой в тупиковом забое. Применение верхней погрузки требует использования на этих работах дополнительных экскаваторов. На рис. III.3 представлены технологические схемы развития горных работ на погашенных бортах с использованием железнодорожного транспорта.

Сразу же после взрыва по всей длине разрушенного блока одним из экскаваторов, работающих на данном горизонте, проводится транспортная полоса, ширина которой должна быть достаточной для укладки железнодорожного пути (рис. III.3, а). При этом горную массу переэкскавируют либо в сторону откоса отрабатываемого уступа, либо на нижележащий горизонт. После проходки транспортной полосы и укладки железнодорожного пути начинается нормальная работа выемочно-погрузочного и транспортного оборудования.

По второй схеме (рис. III.3, б) сразу же после взрыва начинается погрузка горной массы экскаваторами в железнодорожные составы в тупиковой заходке. После отработки первой заходки начинается нормальная работа экскаваторов.

Таким образом, нормальной работе горнотранспортного оборудования на узких рабочих площадках карьера предшествует определенный комплекс вспомогательных работ. Этот вид работ характеризуется объемом горной массы, которую перемещают экскаватором при проходке транспортной полосы. Отношение объема переэкскавируемой горной массы к общему объему в целике называется коэффициентом пере экскавации n. Величина коэффициента пере экскавации зависит от величины рабочей площадки до расширения Всущ и определяется для каждого конкретного случая расчетным путем. На рис. III.4, а показано изменение коэффициента переэкскавации n в зависимости от ширины площадки Всущ в процессе отработки каждой заходки и усредненного ncp за период расширения площадки от Всущ до минимально допустимого размера Bmin = 50 м на уступе hуст — 15 м.

При тупиковой погрузке горной массы первой заходки отсутствуют вспомогательные работы по переэкскавации, но значительно снижается производительность горнотранспортного оборудования. Степень уменьшения производительности экскаваторов при отработке первой заходки тупиковым забоем может быть охарактеризована усредненным коэффициентом снижения производительности экскаваторов Суср, который представляет собой отношение:

где С — коэффициент снижения производительности экскаваторов при работе в тупиковом забое (обычно С = 0,65-0,8);

Vтуп — объем горной массы, отгружаемой экскаватором при проходке первой тупиковой заходки, м3;

Vтр — объем горной массы, отгружаемой из бокового забоя, м3;

Vвзор — общий объем взорванной горной массы, м3.

Величина усредненного коэффициента снижения производительности экскаваторов зависит от ширины рабочей площадки перед расширением. На рис. III.4, б представлено изменение усредненного коэффициента снижения производительности экскаватора ЭКГ-4,6 в зависимости от ширины рабочей площадки Всущ в процессе отработки каждой заходки (кривая 1) и за период расширения площадки от Всущ до Bmin = 50 м на уступе hуст = 15 м (кривая 2).

При возобновлении горных работ на погашенных бортах карьеров происходит значительное увеличение эксплуатационных расходов из-за снижения производительности экскаваторов и транспорта и необходимости выполнения дополнительных работ, отсутствующих в нормальных условиях. Увеличение эксплуатационных затрат на сокращенных рабочих площадках можно учитывать с помощью коэффициента удорожания эксплуатационных расходов Kуд.

Как показали расчеты, выполненные в работе, величина Куд зависит от применяемой технологической схемы возобновления горных работ и типов горного и транспортного оборудования. Результаты расчетов приведены в табл. III.1.

Из табл. III.1 видно, что при возобновлении горных работ на погашенном борту карьера наименьших дополнительных затрат требует схема с погрузкой горной массы в средства автомобильного транспорта в тупиковом забое.

Поэтому при больших объемах работ по расширению бортов и применении в качестве основного вида железнодорожного транспорта экономически целесообразно в качестве дополнительного использовать автомобильный транспорт для создания первоначальных рабочих площадок. Это подтверждается практикой работы ряда карьеров.

Общее удорожание горных работ по карьеру в целом зависит от отношения объемов работ, выполняемых на сокращенных рабочих площадках, к общему объему горных работ в карьере. В ориентировочных расчетах это соотношение можно заменить отношением числа сокращенных рабочих площадок к общему числу рабочих площадок в карьере. Тогда расчетная формула будет иметь вид:

где К'уд — коэффициент удорожания горных работ на одной сокращенной рабочей площадке;

nc — число сокращенных рабочих площадок;

N — общее число рабочих площадок в карьере.

Затраты на реконструкцию карьера во многом зависят от правильного выбора схемы возобновления горных работ на погашенном борту карьера. Если расширение рабочих площадок производится на обособленном участке Барьера и не влияет на общее развитие горных работ в карьере, то целесообразно последовательное создание рабочих площадок сверху вниз, начиная с первого уступа. Данный порядок развития горных работ показан на рис. III.5, из которого видно, что при последовательном создании на рабочих площадках минимально допустимых площадок необходимо отработать на горизонтах определенные объемы горной массы V1, V2, V3 и т. д. Последовательное развитие горных работ характеризуется наиболее простой организацией работ и наименьшим увеличением затрат, но требует большого периода реконструкции карьера.

При расширении борта карьера, находящегося в общей рабочей зоне, когда горные работы на верхних горизонтах будут сдерживать добычные работы и влиять на выполнение предприятием производственной программы, необходим другой, более гибкий порядок расширения.

На комбинате «Ураласбест» испытана схема расширения рабочих площадок с применением взрывания совмещенных уступов.

По проекту борт карьера Центрального было предусмотрено расширять погоризонтно сверху вниз (см. схему на рис. III.6, а). При этом линия ОС при результирующем угле консервации борта ф = 24°30' должна перемещаться в положение O'С'' при угле откоса борта карьера а = 19°20'. Такой порядок последовательного развития горных работ существенно задерживал возобновление работ на нижележащем горизонте.

Для ускоренного ввода в эксплуатацию восточного участка карьера было предложено расширить восточный борт при помощи взрывания совмещенных уступов. В этом случае борт карьера перемещается из положения ОС в положение O'C' (рис. III.6, а). Кроме того, для ускорения подготовки массовых взрывов, проходки трасс для укладки железнодорожных путей и организации погрузки взорванной горной массы весь фронт горных работ на восточном борту карьера разбивался на отдельные участки (рис. III.6, б). Поскольку фронт работ по восточному борту составлял 3 км, въезд в карьер осуществлялся по двум траншеям внешнего заложения. Как показали расчеты, выполненные в работе, благодаря применению предложенной схемы развития горных работ период реконструкции Центрального карьера был существенно сокращен.

Анализ рассмотренной схемы возобновления горных работ на погашенных бортах карьера показывает, что период реконструкции может быть уменьшен за счет увеличения угла наклона рабочего борта карьера.

В работе было отмечено, что угол откоса рабочего борта может быть увеличен путем групповой отработки горизонтов (рис. III.7). Число одновременно отрабатываемых уступов и ширина предохранительных площадок зависят от производительности экскаватора. Благодаря групповой отработке уступов угол наклона рабочего борта карьера увеличивается до 24°30'.

Принцип разделения карьера по высоте на рабочие зоны, состоящие из нескольких уступов, был использован институтом Гипроникель в проекте реконструкции Ждановского карьера и в проекте строительства карьера Мукуланского. В этом случае карьер по высоте разбивается на 60-метровые рабочие зоны, объединяющие четыре уступа.

Порядок формирования и отработки рабочего борта карьера, состоящего из отдельных зон, показан на рис. III.8, из которого видно, что каждая 60-метровая рабочая зона разделяется по высоте на два уступа высотой 30 м. Между уступами оставляется 20-метровая предохранительная площадка, выполняющая также функции транспортной бермы. Между 60-метровыми зонами оставляется рабочая площадка шириной 50 м.

Данный способ отработки карьерного поля позволяет увеличить угол наклона рабочего борта до 34°, что значительно сокращает период реконструкции в связи с расширением рабочих площадок на погашенных бортах карьеров.