Разработка месторождения кварцевого порфира

Метод шпуровых зарядов. Наиболее равномерное распределение взрывчатого вещества в массиве достигается при применении шпуровых зарядов. Шпур -- это цилиндрическая полость в горной породе, имеющая глубину до 5 м и диаметр до 75 мм. За рубежом шпуры имеют диаметры от 25 до 100 мм.

На рудных карьерах метод шпуровых зарядов в основном применяется при разрушении негабаритных кусков в забое, разрушении крепких про-пластков в разнопрочных породах и разработке участков в карьере, рыхление которых затруднительно или неэффективно скважинными зарядами.

Метод плоских зарядов. Под идеальным плоским зарядом понимают заряд, длина и ширина которого значительно больше его толщины. На практике это система камерных или скважинных зарядов, которые располагают в одной плоскости на определенном для этой системы расстоянии. При взрыве таких зарядов взрывная волна от каждого заряда сливается и действует в плоскости их расположения, как и при взрыве идеально плоского заряда.

На карьерах они используются при взрывах на выброс при проведении траншей, на сброс -- при проведении полутраншей на карьерах с косогорным рельефом поверхности и при разработке горизонтальных и пологих месторождений -- при бестранспортных системах разработки. Варьированием угла наклона скважин плоского заряда к горизонту и веса заряда достигается практически полное перемещение горной породы на необходимое расстояние.

Расчет плоских зарядов заключается в определении удельного расхода взрывчатого вещества.

На основании энергетической теории

где

с -- плотность взрываемой породы, кг/м³;

L -- горизонтальное расстояние между центрами тяжести взрываемого и отбрасываемого объемов (рисунок 4.4), м;

Рисунок 4.4- Схема к расчёту плоского заряда на сброс или выброс

S-- вертикальное расстояние между центрами тяжести взрываемого и отбрасываемого объемов, м;

Fвв-- удельная энергия взрывчатого вещества, Дж/кг;

б°-- угол наклона плоского заряда к горизонту, градус;

з - коэффициент полезного действия плоского заряда (0,5-0,8).

Расстояние между скважинами в ряду принимается из условия сближения скважин т = a/W= 0,8.

Угол наклона скважин к горизонту плоского заряда, обеспечивающего наибольшее расстояние перемещения горной массы взрывом, составляет 45 градусов.

4.5 Буровзрывные работы на Матрофановском месторождении

Участок «Восточный» Митрофановского месторождения кварцевых порфиров, где предусматривается карьер I очереди, расположен на возвышенности с незначительной мощностью рыхлых отложений.

Кварцевый порфир относится к очень крепким породам с коэффициентом крепости по шкале проф. Протодъяконова до 16. По буримости он относится к IX-XI категории по двенадцатибальной шкале.

Массив порфиров разбит трещинами различного направления и микротрещинами, что определяет его хрупкость при взрывании и динамических нагрузках. Средняя плотность камня в массиве составляет 2,56 т/м³. По взрываемости кварцевый порфир относится к категории от легковзрываемых до средневзрываемых. Кондиционный кусок в соответствии с типом дробильного и погрузочного оборудования составляет 700 мм.

4.5.1 Буровые работы

Продуктивная толща карьера «Митрофановский» представлена кварцевым порфиром относящимся к крепким скальным породам.

По своим физико-механическим свойствам кварцевый порфир требует при выемке рыхления с помощью буровзрывных работ. Для этого проектом предусматривается бурение наклонных скважин диаметром 130 мм.

Бурение взрывных скважин предусматривается станком ROC L6 фирмы «Atlas Copco» по договору подряда. В качестве бурового инструмента используются буровые коронки диаметром 127 мм и штанги длиной 6,0 м. Кроме предусмотренных проектом буровых станков может быть использовано другое, аналогичное буровое оборудование, имеющее сертификат соответствия требованиям промышленной безопасности и разрешение выданное Ростехнадзором. Основные параметры буровзрывных работ на Митрофановском месторождении приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4- Основные параметры буровзрывных работ

Наименование	Ед.изм	Показатели
		легковзрываемые	средневзрываемые
1	2	3	4	5	6
1	1Высота уступа	м	5	5	5	5
2	Диаметр скважин	мм	130	130	130	130
3	Угол наклона скважин	град	75	75	75	75
4	Длина скважин	м	6	6	6,3	6,0
5	Величина перебура	м	0,9	0,9	0,9	0,9
6	Длина заряда скважины	м	2,5	1,9	3,2	1,9
7	Длина забойки	м	3,5	4,1	3,1	4,1
8	Линия сопротивления по подошве уступа (ЛСПП)	м	5,1	5,1	4,2	4,2
9	Предельная ЛСПП	м	4,9	4,9	4,5	4,5
10	Размер сетки скважин	м х м	3х4	3х3	3х3	2,5х2,5
11	Величина заряда скважины	кг	29,4	22,1	37,4	22,8
12	Выход горной массы: - с одной скважины - с 1 м скважины	м3	60,0 10,0	45 7,5	45 7,1	31,3 5,2
13	Удельный расход ВВ	кг/ м3	0,49	0,49	0,73	0,73
14	Годовой объем скальной горной массы (максимальный)	тыс. м3	50	50	50
15	Годовой объем бурения	м	5000		7042
16	Число полных рабочих смен буровых станков в год	смен	200		200
17	Сменная производительность бурового станка	м/см	100		100
18	Необходимое количество буровых станков: ROC L6	шт	0,25		0,35
19	Принятое количество буровых станков ROC L6	шт	1		1

4.5.2 Взрывные работы

В качестве ВМ могут применяться взрывчатые материалы, допущенные Ростехнадзором к применению на открытых горных работах. В проекте рассчитан удельный расход эталонного ВВ (граммонит 79/21, аммонит №6ЖВ) ( Таблица 4.5).

Таблица 4.5 - Расчетный предельный расход эталонного ВВ

Тип пород	q0, кг/м3	К1	К2	q,кг/м3
Легковзрываемые	0,45	1,17	0,93	0,49
Средневзрываемые	0,67	1,17	0,93	0,73

В качестве средств взрывания применяются СИНВ, детонирующий шнур, пиротехнические реле, электродетонаторы, тротилосодержащие шашки, допущенные к применению на открытых горных работах. Проектом рекомендуется использование СИНВ, обеспечивающее повышение безопасности горных работ и качество взрывания.

Взрывание скважин - многорядное, короткозамедленное. Схема взрывания - диагональная, порядная. Интервал замедления при короткозамедленном взрывании определяется по формуле:

t=k*w, мс

гдеk-коэффициент зависящий от свойств взрываемой горной массы, k =6; w-Л.Н.С

Для условий Митрофановского карьера может быть рекомендован интервал замедления (t) равный 20-35мс. Конструкция зарядов ВВ - сплошная колонковая, гирляндная (при контурном взрывании). Массовые взрывы в карьере производятся по мере необходимости. Вторичное взрывание, включающее дробление негабаритов, взрывание завышений почвы уступов, ликвидацию нависей и «козырьков» на уступах, предусматривается производить методами скважинных, шпуровых, накладных зарядов или бутобоем. Расход взрывчатых материалов в карьере приведен в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Расход взрывчатых материалов в карьере «Митрофановский»

Наименование	Расход на 1000 м3 горной массы	Годовой расход
Объем взрываемой горной массы, т.м3	-	50
Граммонит 79/21, т	0,34	17,0
Эмульсолит А-20, т Эмульсолит П, т	0,34	17,0
Аммонит № 6ЖВ, т	0,05	2,5
Шашки детонаторы ПТ-П500, шт.	22,4	1120
СИНВ, шт.	22,4	1120
ДШ м	72,0	3600
ЭД, шт.	0,24	12
Пиротехническое реле (РП-Д), шт.	0,48	24

4.6 Безвзрывное рыхление строительного камня на карьере Митрофановский

По данным геологического отсчета кварцевый порфир относится к породам I-III категории трещиноватости. Кварцевый порфир, слагающий месторождение, подвергся сильной дислокации, разбит трещинами различного направления на большую глубину, образуя плитчатость. Помимо общей трещиноватости массив кварцевого порфира разбит микротрещинами, что при наличии высокого процентного содержания кварца обуславливает его хрупкость, выражающуюся в раскалывании на части (куски) при динамических нагрузках.

В соответствии с «Нормами технологического проектирования…» (ВНТП 13-1-86 п.п. 2.77, 1.78) в породах I,II категории трещиноватости возможно применение безвзрывного рыхления скальной горной массы с помощью мощных бульдозеров оборудованных рыхлителем, или гидромолота на базе экскаватора.

Проектом предусмотрено применение при отработке карьера бульдозера марки Т-25.01 мощностью 405 л.с. с рыхлителем и экскаватора ZX370МТН с гидромолотом F27 в качестве навесного оборудования.

Технологическая схема работ по данной технологии заключается в следующем. Массив горных пород разрыхляется рыхлителем и гидромолотом. Разрыхленная горная масса бульдозером огребается в валы или кучи, откуда экскаватором грузится в автосамосвалы и транспортируется на ДСК.

5. Выемочно-погрузочные работы

5.1 Общие сведения

Непосредственная разработка горных пород на карьере, представляет собой выемку и погрузу в средства транспорта или выемку, перемещение рабочим органом машины и разгрузку в отвал, носит название выемочно-погрузочных работ или экскавации горной массы. Для механизации этого процесса используются карьерные и универсальные машины с различными технологическими и эксплуатационными качествами, применение которых строго определяется конкретными горнотехническими и природными условиями.

Для разработки мягких вскрышных пород в умеренных климатических условиях при высокой производительности карьера применяют многоковшовые роторные и цепные экскаваторы и драглайны. При коротком периоде работы выемочного оборудования целесообразно применение скреперов с большой вместимостью ковша. При малой производительности карьера, особенно при сезонном режиме, возможно применение в летнее время бульдозеров, скреперов с небольшой вместимостью ковша и башенных экскаваторов. При разработке россыпей используются драги, для производства вскрышных работ -- земснаряды.

Для разработки полускальных и скальных горных пород с предварительным рыхлением в любых климатических условиях применяют механические лопаты.

Все виды машин по принципу действия разделяются на машины непрерывного действия (многоковшовые роторные и цепные экскаваторы, бурошнековые установки, погрузочные машины непрерывного действия, комбайны) и цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, колесные и гусеничные погрузчики, кабельные экскаваторы, скреперы и бульдозеры).

По отношению к средствам транспорта машины могут быть разделены на:

-выемочно-погрузочные, которые предназначены для выемки и погрузки горной массы в средства транспорта в забое (роторные и цепные многоковшовые экскаваторы, механические лопаты, бурошнековые установки, башенные экскаваторы и бурозарядные комбайны);

-экскаваиионные, предназначенные для разработки забоя, пером щения горной массы в ковше на фиксированное конструкт машины расстояние и разгрузки в отвал (драглайны);

-выемочно-транспортируюшие, предназначенные для выемки горной массы и транспортирования ее на экономически целесообразные расстояния (колесные погрузчики, скреперы и бульдозеры)

Выемочно-погрузочные машины являются определяющими по производительности в комплекте горных и транспортных машин технологического потока. Их производительность зависит от подготовки горных пород к выемке и транспортного обслуживания.

Подготовка к выемке мягких и плотных пород заключается в осушении карьерного поля и механическом рыхлении, а полускальных и скальных пород -- в разрушении массива с применением буровзрывных работ для получения горной массы необходимого по крупности состава. Транспортное обслуживание предусматривает сооружение транспортных коммуникаций и ритмичную подачу транспортных средств для перемещения экскавируемой горной массы.

Особое влияние на производительность экскавационных машин оказывают параметры забоя и технология работы.

5.2 Разработка горных пород экскаваторами

Роторные экскаваторы (рисунок 5.1) являются самыми производительными машинами (до 12 тыс. м³/ч). Они предназначены для разработки мягких, а при повышенных удельных усилиях резания (8,3--13,7 Н/см) -- плотных пород и углей. Первый роторный экскаватор был построен в Германии в 1916 г. Рабочий орган экскаватора представляет собой стрелу с роторным колесом диаметром от 2,5 до 21,6 м с ковшами различной вместимости -- до 6,3 м³ с жестким и гибким днищем. Жесткое днище может быть сплошным и перфорированным. Гибкое днище изготовляется из цепей или своего рода кольчуги для предотвращения налипания на него пород.

Рисунок 5.1-Роторный экскаватор ЭР-1250

Принцип работы роторного колеса заключается в снятии стружки горной породы ковшами при его вращении и перемещении в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При докритической скорости вращения роторного колеса (до 5 м/с) порода при достижении ковшом верхнего сектора под действием собственного веса скатывается на конвейер стрелы, расположенной сбоку роторного колеса, а с него через погрузочное устройство - на конвейер погрузочной консоли.

При сверхкритической скорости вращения роторного колеса, когда центробежные силы затрудняют гравитационную разгрузку ковшей, конструкцией колеса предусматривается принудительная разгрузка.

Экскаваторы больших моделей для уменьшения потери времени на книжку в забое имеют выдвижную стрелу, которая обеспечивает отработку забоя на 20--31 м с одного положения. Экскаваторы с жестко закрепленной стрелой после отработки забоя на величину радиуса колеса, обеспечивающего эффективное наполнение ковшей при экскавации, должны перемещаться на это расстояние к забою для проведения следующего цикла.

Экскаваторы малых и средних моделей имеют двухгусеничный ход, конные экскаваторы имеют сложные по конструкции многогусеничные ходовые устройства с трех- или четырехточечной опорной системой или шагающе-рельсовый ход. Роторные экскаваторы, предназначены для работы в комплексе с транспортно-отвальным мостом, выпускаются на рельсовом ходу.

Работа роторных экскаваторов предусматривается в основном с конвейерным транспортом или с отвалообразователем.

Для разработки месторождений строительных материалов, огнеупоров и глин используются роторные экскаваторы малых моделей с диаметру, роторного колеса от 2,2 до 4,7 м и производительностью от 140 ни 600 м³/ч уступами от 5 до 15 м.

Технология разработки забоев зависит от параметров роторных экскаваторов, горнотехнических условий карьера, вида транспорта в комплексе и его конструктивных параметров.

Основными технологическими параметрами роторных экскаваторов являются высота черпания, глубина черпания, радиус черпания максимальный, радиус черпания минимальный, величина выдвижения стрелы, радиус разгрузки, высота разгрузки максимальная, высота разгрузки минимальная, диаметр роторного колеса.

На практике имеется успешный опыт применения роторных экскаваторов ЭРГ-400 и ЭРГ-1600 для разработки взорванных полускальных горных пород с коэффициентом крепости 6-9 (мергели, плотные мергелистые глины и песчаники) при удельном сопротивлении копанию 60-80 Н/см.)

5.3 Разработка горных пород многоковшовыми цепными экскаваторами

Другим видом машин непрерывного действия для разработки горних пород является многоковшовый цепной экскаватор (рисунок 5.2). Его рабочий орган представляет собой жесткую или шарнирно-сочлененную раму, поддерживаемую на канатах стрелы. Принцип работы рабочего органа заключается в том, что при перемещении по поверхности уступа каждым ковшом срезается стружка, заполняя его. При огибании верхнего барабана порода из ковша разгружается в бункер, а оттуда поступает в вагоны или на конвейер.

Рисунок 5.2-Многоковшовый цепной экскаватор Takraf Ers 710

Многоковшовые экскаваторы выпускаются с нижним, верхним или и с верхним и нижним черпанием. Нижнее черпание применяется идя разработки пород вскрыши и полезного ископаемого. Верхнее черпание применяется для вскрышных работ в сочетании с железнодорожным транспортом, транспортно-отвальным мостом или в конструкциях экскаваторов, которые применяются одновременно для производства вскрышных (верхнее черпание) и добычных (нижнее черпание) работ.

Большая часть многоковшовых экскаваторов, предназначенных для вскрышных работ, изготовляется на рельсовом ходу одно- или двухпортальными для подачи железнодорожного транспорта под разгрузку.

В России многоковшовые экскаваторы на рельсовом ходу ЭМ-20Я и гусеничном ходу ЭМ-321 производительностью соответственно Л и 73 м³/ч для небольших карьеров нерудной промышленности и промышленности строительных материалов выпускаются Дмитровским экскаваторным заводом.

Технология разработки забоев многоковшовыми цепными экскаваторами зависит от горнотехнических условий карьера и вида транспорта. Выемка породы может производиться в торцевом забое или с откоса уступа. Шарнирно-сочлененная рама многоковшового экскаватора позволяет эффективно производить раздельную выемку выдержанны но мощности свит пластов.

Область применения многоковшовых цепных экскаваторов несколько меньше, чем роторных вследствие меньших усилий резании на зубьях ковшей, и поэтому они применяются для разработки мягких горных пород в умеренных климатических зонах.

5.4 Разработка горных пород драгами

Многоковшовый рабочий орган имеют драги, предназначенные для разработки россыпных месторождений. Находясь на плаву, драга производит отработку забоя под водой, перемещаясь в сторону вдоль забоя с помощью лебедок с заякоренными канатами на бортах полигона вокруг одной из свай. Во время изменения направления перемещения в забое производится подшагивание драги впусканием одной опоры и поднятием другой. Такое движение драги называется папилионажем. Поднятая многоковшовым органом горний масса подается на оборудование, где полезный компонентизвлекается, а пустая порола (эфеля) сбрасывается в выработанное пространство за драгой.

5.5 Разработка горных пород землеснарядами

Аналогичным с драгой по технологии разработки мягких горны пород под водой является применение земснаряда. Рабочий орган земснаряда представляет собой роторный, черпаковый, шнековый или фрезерный рыхлитель, установленный на стреле. Разрушенная горная порода землесосом через всасывающее устройство, установленное у рыхлителя, перекачивается по плавучему трубопроводу на отвал. Понтон земснаряда представляет собой плоскодонное судии, которое перемещается по заполненному водой котловану, как и драга, папилионированием с помощью лебедок и свай. Производительность землесосных снарядов от 100 до 1000 м³/ч, глубина разработки 3--15 м. Работа земснаряда автоматизирована. Затраты на разработку торных пород земснарядом по сравнению с другими средствами механизации минимальные. Недостатком этой технологии являются большая энергоемкость и необходимость больших площадей под гидроотвалы.

5.6 Разработка горных пород гидромониторами

Впервые в России гидромониторная установка(рисунок 5.3) была применена в 1867 г. для разработки грунта на Восточносибирском золотом прииске. Разработка мягких горных пород гидромониторами основана на разрушении их струей воды из насадки гидромонитора.

Рисунок 5.3-Гидроманиторная установка с дистанционным управлением

Разработка забоя может осуществляться встречным и попутным размывами. Во встречных размывах разработку ведут с образованием вруба в нижней части уступа для обрушения основной массы горной породы. Разрушенная порода насыщается водой и самотеком направляется в зумпф, откуда грунтонасосом по трубопроводу транспортируется на гидроотвал.

В попутном забое разрушенная порода транспортируется до зумпфа этой же струей воды. Возможна разработка горных пород встречным и попутным размывами с направлением пульпы в зумпф по предварительно пройденной траншее.

Физически разрушение горной породы происходит в результате механического воздействия напором струи при лобовом соприкосновении в начале подрезки и по касательной к поверхности забоя в процессе подрезки и её водонасыщении. Благодаря такому комплексному воздействию разрушение горной породы происходит с меньшей энергоемкостью, чем при механическом разрушении.

Разработка породы в забое гидроразмывом состоит из следующих операций: подрезки массива уступа, т.е. образования вруба, его обрушения, водонасыщения обрушенной породы, ее смыв и промывки пульпопроводной канавы.

Наименьшее расстояние монитора or забоя принимается с таким условием, чтобы обрушение после подрезки горной породы было безопасно для работы, обычно оно составляет 1-1,5 высоты уступа. Шаг передвижки монитора принимается кратным длине наращивания секций водовода и составляет 6-12 м. При подрезке массива уступа стремятся иметь минимальную высоту щели, обычно 0,2-0,4 м. Уклон площадки необходим для перемещения пульпы самотеком из забоя в зумпф и приводит к уменьшению высоты разрабатываемого уступа, т.е. образованию недомына. Удаление недомыва выполняется бульдозером или экскаватором, производящими рыхление породы недомыва и его штабелирование. Порода из недомыва смывается гидромонитором. Обычно высота надомыва составляет 1,5-2,0 м.

Для разработки используют гидромониторы ГМП-250с, ГМП-250, ГМД-250,ГМД-300, КУГУ-350 с насадками диаметром от 50 до 150 мм, которые придают струе нужную форму и размер. Цифра в маркировке гидромонитора означает диаметр его входного (отверстия в мм).

5.7 Разработка горных пород драглайнами

Драглайн (рисунок 5.4) является экскаватором цикличного действия. Продолжи- тельность сезона его работы намного превышает продолжительность се юна работы машин непрерывного действия, а во многих климатических зонах страны эффективна его круглогодичная работа.

Драглайном разрабатывают и полускальные породы с предварительным рыхлением буровзрывным способом, производят экскавацию в обводненных горизонтах и при сложной гипсометрии пластов.

Благодаря этим преимуществам разработка горных пород драглайнами у нас в стране в соответствующих условиях нашла широкое распространение. Рабочим органом драглайна является стрела с подвешенным на канатах ковшом. Стрелы отечественных экскаваторов имеют легкую вантовую конструкцию, американских экскаваторов фирмы «Марион» - вид металлической фермы.



Рисунок 5.4-Драглайн

Принцип экскавации заключается в срезании стружки ковшом во время его перемещения экскаватора в забое под действием тягового каната. Ковш заглубляется и производит резание породы под действием собственного веса. Рабочий цикл включает: поворот и одновременное опускание ковша в забой, наполнение ковша, подъем его из забоя с одновременным поворотом на разгрузку.

В горизонтальном положении наполненный ковш удерживается тяговым канатом. Во время работы экскаватор опирается на круглую поворотную платформу большой площади, благодаря чему независимо от массы экскаватор имеет малое давление на грунт -- от 0,4* 10⁵ до 2,3*10⁵ Па, что позволяет ему успешно работать на насыпных породах в отвалах.

Для перемещения все отечественные экскаваторы имеют шагающий или шагающе-рельсовый ход. Основными технологическими параметрами драглайнов являются вместимость ковша, габариты, масса, давление на грунт, преодолеваемый уклон и рабочие параметры, т.е. высота и глубина черпания, радиусы черпания, максимальный с забросом ковша, на уровне стояния, разгрузки, высота разгрузки и радиус вращения кабины

В основном драглайны на карьерах используют для производства вскрышных работ с перевалкой вскрыши в выработанное пространство и при строительстве карьера проведения траншей. В первом случае экскаватор работает в торцевом забое, во втором - в тупиковом с расположением вскрыши на одном или двух бортах траншеи. В исключительных случаях эскаваторы малых моделей применяют для погрузки горной массы и транспортные средства.

Наибольшая производительность драглайна обеспечивается в торцевом забое с нижним черпанием при минимальном угле поворота экскаватора от места черпания к месту разгрузки.

Высота уступа h устанавливается с учетом расположения драглайна на кровле за пределами призмы обрушения при угле наклона плоскости забоя к горизонту в пределах 30-60° по глубине черпания.

Ширина заходки В(м) определяется радиусом черпания с учетом угла разворота драглайна от оси перемещения не более 45°. Разработка забоя драглайном с нижним черпанием производится следующим образом.

В зависимости от шага перемещения драглайна каждый слой вынимается в несколько этапов длиной, соответствующей расстоянию, на котором полностью наполняется ковш. Отработка каждого этапа в слое начинается с откоса уступа, расположенного ближе к отвалу. После отработки слоев на полную высоту забоя выемка оставшейся в забое породы производится наклонными слоями.

Верхнее черпание возможно только драглайнами с ковшами вместимостью более 5 м³. Высота уступа принимается не более h = 0,8А_ч, чтобы исключить задевание ковша за уступ при поворотах драглайна. Угол наклона плоскости забоя для предотвращения скольжения ковша составляет 20-25°. Верхнее черпание менее производительно вследствие меньшей степени наполнения ковша, особенно при высоте уступа от 0,4 до 0,8Л.

При разработке горных пород драглайном с перевалкой вскрыши в выработанное пространство возможно применение технологии с нижним и верхним черпанием поочередно с целью максимальной отработки мощности вскрыши без переэскавации.

При определении параметров этой технологии учитываются горно- технические факторы: высота добычного уступа, углы откосов отвалов, добычного уступа, угол внутреннего трения пород уступа, определяющий берму безопасности, расстояние между нижней бровкой добычного уступа и отвалом, ширина транспортной полосы, а также диаметр базы экскаватора.

Режим работы на некоторых крупных экскаваторах полуавтоматизирован. В систему управления экскаватором включается устройство, которое после выполнения машинистом операции черпания подаст команды управления операциями подъема ковша из забоя, попорота экскаватора к месту разгрузки и поворота обратно в забой в оптимальном режиме при контроле выполнения их машинистом. Эта система стабилизирует работу экскаватора, сокращает цикл экскавации, обеспечивает его высокую производительность.

5.8 Разработка горных пород башенными экскаваторами

Канатная подвеска ковша используется в башенных экскаваторах, которые применяются для разработки небольших и сильно обводненных месторождений.

Одна из башен такого экскаватора располагается на отвале пустых пород, другая - на кровле вскрышной гол щи. Он последовательно производит экскавацию вскрыши с перемещением ее в отвал и добычу полезного ископаемого с погрузкой его и средства транспорта.

Перемещается башенный экскаватор на гусеничном ходу. Его использование наиболее эффективно при разработке сложноструктурных месторождений и свит пластов. Наибольшее применение он имел в Германии для разработки сложных угольных месторождений. Емкость ковша от 2 до 12 м³ при расстоянии между опорами 250--400 м. Теоретическая производительность до 270 м³/ч.

5.9 Разработка горных пород механическими лопатами

Экскаваторы типа механической лопаты -- наиболее распространенные выемочно-погрузочные машины на карьерах.(рисунок 5.5) Конструктивное исполнение позволяет использовать их в тех природных условиях, где выемочно-погрузочные машины непрерывного действия не эффективны.

Рисунок 5.5-Механическая лопата: а - прямая; б - обратная

Они предназначены в основном для разработки плотных горных пород без предварительного рыхления, мерзлых, полускальных и скальных пород с предварительным рыхлением. В специальном северном исполнении механические лопаты обеспечивают выемочно-ногрузочные работы в зонах с суровыми климатическими условиями при низких температурах воздуха. Рабочим органом механической лопаты являются ковш, рукоять, стрела.

Современные карьерные экскаваторы имеют гусеничный ход и электрический или дизельный привод.

Процесс экскавации плотных пород из массива заключается в срезании стружки режущей кромкой ковша, повороте экскаватора к месту разгрузки, разгрузке ковша и возвращении рабочего органа в забой. Выемка взорванной горной массы крепких пород осуществляется заглублением ковша в развал.

По средствам перемещения рукояти с ковшом современные экскаваторы разделяются на канатные и гидравлические.

Черпание у канатного экскаватора происходит благодаря усилию напорного механизма, расположенного на стреле, и его подъемных канатов от подъемных лебедок. Траектория черпания при этом сохраняется постоянной. Начинается она в нижней части забоя. У гидравлического экскаватора траектория черпания может быть разнообразной благодаря особому соединению рукояти со стрелой и дополни тельному механизму поворот ковша на конце рукояти. Этим обеспечивается более эффективное использование энергии для внедрения и наполнении ковша.

В плотных породах и полускальных трещиноватых без предварительного рыхления черпание гидравлическим экскаватором начинается горизонтальным внедрением ковша в верхней части забоя. Во взорванном на сотрясение массиве черпание начинается с нижней части забоя, при этом образуется как бы вруб для дополнительного разрыхления горной массы самообрушением. При разработке песчано-валунной горной массы гидравлическийй экскаватор может удалить крупное включение в любой зоне забоя черпанием с выкапывающей траекторией. При разработке мягких или хорошо взорванных горных пород у гидравлического экскаватора аналогична траектории канатного. При оборудовании гидравлического экскаватора обратной лопатой он имеет возможность обеспечить нижнее черпание.

Существенным достоинством гидравлических экскаваторов является информация через рычаг управления об усилиях на исполнительных органах машины. Это обеспечивает большую надежность их работы и позволяет машинисту выбирать оптимальные траектории для черпания.

Благодаря трем степеням свободы рабочего органа гидравлический экскаватор может работать также с оборудованием «обратная лопата», обеспечивая разработку забоя в мягких и хорошо взорванных породах как выше уровня стояния экскаватора так и ниже.

По назначению механические лопаты делятся на карьерные и вскрышные.

Карьерные экскаваторы предназначены для разработки горных пород с погрузкой в средства транспорта ординарным рабочим оборудованием на уровне стояния экскаватора и удлиненным -- выше уровня его стояния.

Вскрышные экскаваторы имеют большие рабочие параметры п предназначены для разработки горных пород с перевалкой вскрыши и выработанное пространство.

5.10 Разработка горных пород скреперами

Скрепер (рисунок 5.6) относится к землеройно-транспортным машинам, выполняет процессы выемки породы, перемещения ее на расстояние 0,246 км и укладки в отвал. Он используется в дорожном строительстве и на карьерах для разработки мягких или полускальных предварительно разрыхленных механическим способом пород. Скреперы выпускаются прицепные и самоходные.

Рисунок 5.6-Самоходный скрепер МоАЗ-6014

Преимущество скреперов заключается в их мобильности, поэтому применение их эффективно для разработки небольших объемов горных пород или, при значительной концентрации этой техники, для выполнения больших объемов в короткое время.

Скрепер применяется на рекультивационных работах на карьерах, т.е. снятии плодородного слоя, а затем, после отработки карьерного поля и планирования отвалов, - на перемещении и нанесении его на поверхность отвала, производстве вскрышных работ при малой мощности мягкой вскрыши, разработке пропластков полускальных пород, проведении капитальных и разрезных траншей и т. п.

Рабочий цикл скрепера состоит из срезания слоя породы с заполнением ковша, транспортирования породы на необходимое расстояние, разгрузки ковша и возвращения в забой. Загрузка и разгрузки ковша скрепера осуществляются свободно или принудительно. При свободной загрузке слой снимаемой породы заполняет ковш, перемещая части загруженной породы внутрь ковша. В этом случае около 40% тягового усилия скрепера затрачивается на преодоление сопротивления породы в ковше. Принудительная загрузка производится с помощью скребкового погрузчика, который устанавливается вместо передней заслонки и принудительно поднимает породу в верхнюю часть ковша.

В нашей стране скреперы выпускаются с ковшом вместимостью от 8 до 25 м³, за рубежом - от 4 до 60 м³. Ширина полосы резания составляет 2580--3550 мм, величина заглубления -- 200--410 мм, расстояние транспортирования--от 2 до 6 км.

Технология разработки горных пород скреперами на карьерах заключается в срезании последовательных слоев породы на горизонтальной или наклонной поверхности. Разработка горизонтальными слоями применяется при малой мощности вскрышных пород, снятии плодородного слоя, подготовке участка карьерного поля к разработке или проведении неглубоких (до 3 м) траншей.

Выемка пород скрепером на наклонной площадке эффективнее, вследствие снижения усилия на выемку при движении его под уклон. Эта технология применяется при проведении разрезных и глубоких (от 3 до 18 м) капитальных траншей, при разработке мощной вскрыши. Угол наклона забоя устанавливается в зависимости от физико-механическихсвойств разрабатываемых пород и изменяется от 10 до 20°. Длина наклонного забоя должна соответствовать расстоянию, на котором происходит заполнение ковша.

5.11 Разработка горных пород бульдозерами

Бульдозеры (рисунок 5.7) для разработки горных пород применяются на карьерах в основных работах по удалению покрывающих пород, на отвалах, на рекультивационных и вспомогательных работах: зачистке пласта перед выемкой, планировке поверхности забоя и очистке дорог от просыпей и снега.

Рисунок 5.7- Бульдозер Б11

При разработке россыпей бульдозеры применяют для производства вскрышных и добычных работ.

Промышленностью выпускаются бульдозеры, отличающиеся мощностью двигателя, конструкцией и способом крепления отвала (наш воротный и поворотный), на гусеничном или колесном ходу. Поворотный отвал может устанавливаться под углом 54-60° к оси движения бульдозера. Такой бульдозер иначе называется англозером.

Для производства вскрышных работ и для работ на отвале применяются мощные гусеничные бульдозеры с прямым отвалом. Дли зачистки от просыпей дорог, зачистки забоев и там, где требуется быстрая смена объектов работы на карьерах, применяются колесные бульдозеры с прямым или косым отвалом.

Технология разработки горных пород бульдозерами заключается и последовательном снятии стружки толщиной 0,3--0,5 м на горизонтальной или наклонной (до 30°) поверхности. Средняя длина пути, на котором происходит набор породы перед отвалом, составляет 8--16 м. При работе на наклонной поверхности часть веса бульдозера используется для увеличения усилия на резание и перемещение горной породы. Заглубление отвала осуществляется гидравлической системой бульдозера, которая опускает отвал на необходимую величину. После заполнения породой пространства перед отвалом бульдозер поднимается на уровень забоя и транспортирует горную породу на необходимое расстояние. Для уменьшения потерь породы при транспортировании отвалы могут быть оборудованы закрылками. При значительном объеме вскрышных работ применяют спаренную работу бульдозеров или двух бульдозеров с одним широким отвалом. Это позволяет почти в полтора раза увеличить производительность. В плотных породах горные работы бульдозерами производят совместно с рыхлителями или сами бульдозеры оборудуют несколькими зубьями на самом отвале для дополнительного рыхления при движении вперед или назад. Разрыхленную горную породу бульдозер перемещает до бункера, через который она поступает на конвейер или колесный транспорт, или до штабеля, из которого погрузчиком или экскаватором производится погрузка в средства транспорта. Допустимая величина угла уклона пути при транспортировании горной массы составляет 6°.

Работа бульдозеров на отвалахлах заключается в укладке доставленной автотранспортом породы в отвал. Современные мощные автосамосвалы по правилам безопасности разгружаются на расстоянии 3-5 м от бровки отвала. Бульдозер последовательными стружками или частями перемещает эту породу под откос. Производительность бульдозера при разработке горных пород зависит от его мощности размеров отвала, расстоянии транспортирования и свойств разрабатываемых горных пород. Операции рабочего цикла: снятие стружки и набор породы перед отвалом, перемещение с грузом и холостой ход.

5.12 Разработка горных пород ковшовыми погрузчиками

Одноковшовые погрузчики (рисунок 5.8) применяются на карьерах в качестве выемочно-погрузочного, выемочно-транспортного и вспомогательного оборудования.

Рисунок 5.8- Ковшовый погрузчик XCMG

В качестве выемочно-погрузочного оборудования наибольшее распространение они получили на карьерах с автомобильным транспортом.

В качестве вспомогательного оборудования погрузчики используются так же, как и бульдозеры для зачистки забоев, очистки дорог от снега, просыпи и при ремонте дорог.

Основные преимущества погрузчика - мобильность и автономность привода, поэтому его применение наиболее эффективно в период освоения месторождения и на карьерах с непродолжительным сроком существования.

За рубежом погрузчики на карьерах используются достаточно широко. Производительность погрузчика зависит от вместимости ковша, технологии разработки забоя, дальности транспортирования и определяется по тем же зависимостям, что и для экскаватора.

5.13 Разработка горных пород комбайнами

Для разработки плотных и полускальпых пород и особенно угля и руды используются комбайны (рисунок 5.9), обеспечивающие по принципу действия одновременную непрерывную выемку и погрузку горной массы. По аналогии с комбайнами для проходческих работ в подземных условиях они эффективно работают в породах с прочностью на одноосное сжатие до 180-200 МПа. В породах с коэффициентом крепости 12-14 по шкале проф. М.М. Протодьяконова вследствие поточности производства и отсутствия буровзрывной подготовки горной массы затраты на разгрузку почти в 2 раза ниже.

Рисунок 5.9- Фрезерный комбайн

Современные комбайны различаются принципом действия, конструкцией и расположением рабочего органа. Они изготовляются в Германии, США, Англии, Австрии.Японии и Швеции.

К первой группе относятся комбайны с рабочим органом в виде цилиндрической фрезы, расположенной в центре в нижней части опорной рамы между передними и задними гусеницами. Фреза представляет собой шнековый барабан, оснащенный штыревыми зубками, расположенными по винтовой линии и армированными вставками из кобальто-вольфрамового твердого сплава. Вращение фрезы можетосуществляется как в направлении движения комбайна, так и против. Число зубков, их тип, расстояние между ними зависит от физико-механических свойств горных пород. Разрушенная горная порода со средним разром куска до 300 мм конвейером загружается в транспортные средства или в штабель вдоль полосы выемки, из которого горная масса погрузчком или экскаватором м загружается в транспорт.

5.14 Выемочно-погрузочные работы на Митрофановском месторождении

В качестве погрузочного оборудования в проекте принимается гидравлический экскаватор (обратная лопата) фирмы HITACHI ZX370МТН с ковшом емкостью 1,5м³.Погрузка горной массы производится экскаватором ZX370МТН в автосамосвалы грузоподъемностью 13,5 т, кварцевый порфир транспортируется на ДСК, а породы вскрыши вывозятся во внешний отвал.

Для рыхления, перемещения горной массы и зачистки уступов применяется бульдозер типа Т-25.01.Вспомогательные работы и операции в карьере сводятся к следующему: зачистка подошвы уступов; разделка негабаритов; орошение забоев и автодорог в карьере; оборка уступов от нависей, козырьков, ликвидация заколов; очистка предохранительных берм. Перечень основного оборудования для производства горных работ в карьере «Митрофановский» приведен в таблице 5.1. Техническая характеристика основного карьерного оборудования приведена в таблице 5.2.

Таблица 5.2- Техническая характеристика основного карьерного оборудования

Наименование	Кол-во	Модель	Фирма-производитель	Поставщик
оборудования
Гидравлический экскаватор	1	ZX370МТН	HITACHI	Техстройконтракт
(обратная лопата) с ковшом				г. Москва,
емкостью 1,5 м3				г. Санкт-Петербург
Буровой станок	1	ROC L6	ATLAS COPCO
(по договору)
Гидромолот	1	F 27	FURUKAWA
Бульдозер	1	Т-25.01	ОАО «Промтрактор»	ОАО «Промтрактор»
				г. Чебоксары

6. Перевозка карьерных грузов

6.1 Общие сведения

Транспортирование карьерных грузов является наиболее энергоёмким, следовательно, дорогим производственным процессом на карьерах. В общих затратах на разработку месторождений открытым способом на долю транспорта приходится 60--70%.

Исходя из существа открытых горных разработок, перевозке подлежат: пустые породы, полезное ископаемое, некондиционное полезное ископаемое и материалы для производства горных работ.

Транспортирование на карьере отличается большой специфичностью, которая заключается:

-в постоянстве направления перемещения грузов и относительной стабильности расстояния перемещения в течение определенною периода;

-в большой интенсивности движения;

-в сложности трасс как в профиле, так и в плане их нестационарности, т. е. необходимости перемещения их вслед за горными работами в карьере и на отвалах;

-в различии свойств перемещаемой горной массы, характеризующейся в скальных породах большим диапазоном плотности, абразивностью, различной кусковатостью, а в мягких породах - влажностью, налипаемостью, но во всех случаях динамическими нагрузками при загрузке транспортных сосудов.

Для перевозки карьерных грузов используются почти все известные виды транспорта:

-непрерывного действия (конвейерный, трубопроводный, подвесные канатные дороги);

-цикличного действия (железнодорожный, автомобильный, скиповой, гравитационный, грузоподъемные устройства).

Каждый вид транспорта обладает своей специфичностью, поэтому для эффективного использования в зависимости от горнотехнических условий он может применяться в грузопотоках в единственном виде или и комбинации с другими.

И настоящее время наибольшее количество горной массы на карьерах перевозится автомобильным и железнодорожным транспортом.

Транспорт непрерывного действия наиболее эффективный. Он обеспечивает поточность производства горных работ, автоматизацию управления и высокую производительность труда. Сочетание его с выемочно-погрузочной и отвалообразующей техникой позволяет создавать полностью автоматизированные высокопроизводительные комплексы для разработки горных пород. Пример таких комплексов - роторные или многоковшовые экскаваторы, с конвейерным транспортом, с транспортно-отвальным мостом или отвалообразователем, гидравлические комплексы из гидромониторов или земснарядов и трубопроводного гидравлического транспорта, а также драги, которые включают в себя и обогатительное оборудование.

Применение комплексов непрерывного действия для разработки горных пород на карьерах упрощает грузопотоки и повышает степень использования оборудования на карьере. Транспорт цикличного действия (железнодорожный и автомобильным) используется на карьерах как самостоятельно, так и в комбинации с непрерывным. Его применение позволяет обеспечить высокую надежность транспортного обслуживания, маневренность, однако управление им и контроль его сложнее, чем транспорта непрерывного действия.

6.2 Конвейерный транспорт

Конвейерный транспорт является относительно молодым видом транспорта на карьерах, хотя для перемещения пород, особенно сыпучих, он используется давно. На карьерах для транспортирования мягких, дробленых, скальных и полускальных горных пород получили распространение ленточные конвейеры. Принцип их работы заключается в перемещении горной породы на конвейерной ленте, которая приводится в движение тяговым устройством. Лента при своем движении опирается на роликовые опоры, которые скреплены на раме конвейера. Для транспортирования мягких горных пород применяются конвейеры с жесткими неподвижными роликоопорами, для скальных и полускальных пород -- роликоопоры на гибких подвесках или опирающиеся на специальные тележки.

Для уменьшения нагрузки на конвейерную ленту применяют дополнительные тяговые органы в виде канатов (канатно-ленточный конвейер), цепей и тележек (колёсно-ленточный конвейер). В этом случае лента служит только как емкость для размещения горной массы.

Конвейер состоит из отдельных секций (ставов) с приводом и натяжным устройством. Длина конвейерного става зависит от прочности ленты и конструктивных особенностей конвейера.

Перегрузка горной массы с одного става на другой предусматривается через консоль одного става в бункер другого.

По назначению и месторасположению в карьере конвейерный транспорт разделяется на забойный, сборочный, подъемный, магистральный и отвальный (рисунок 6.1).

Забойные конвейеры располагают на рабочей площадке уступа. Они предназначены для транспортирования горной массы от экскаватора до сборочного конвейера.

Сборочные (передаточные) конвейеры pасполагают в торцевых частях карьера. Они предназначены дли транспортирования горной породы от одного или нескольких забойных конвейеров к подъемнику. Сборочные конвейеры перемещают вслед за забойными конвейерами параллельно их оси. Их передвижка предусматривается по рельсам или на гусеничном ходу.

Подъёмные конвейеры располагают в нерабочей или временно нерабочей зоне карьера (в траншеях или подземных наклонных выработках). Они предназначены для доставки горной массы из рабочей зоны карьеpa на поверхность. Подъемный конвейер принимает горную массу oт сборочного конвейера при обычной конструкции под углом до 18°, и при специальной--до 50° и транспортирует ее по борту карьера на поверхность. Подъемный конвейер имеет более мощный привод и конструкцию, предусматривающую практически стационарное его расположение. Магистральные конвейеры располагают на поверхности карьера и имеют стационарную конструкцию. Они предназначены для транспортирования пород вскрыши к отвалам, а полезного ископаемого - ми обогатительную фабрику или к складам.

Рисунок 6.1- Схема размещения конвейерного комплекса на карьере:

1 - роторные экскаваторы; 2 - загрузочные бункера; 3 - забойный конвейер; 4 - сборочный конвейер; 5- консольные отвалообразователи; 6- отвальный конвейер; 7- перегрузочный бункер; 8 - отвалообразователи; 9 - добычной экскаватор; 10 - ось транспортных коммуникаций для доставки полезного ископаемого

Отвальные конвейеры располагают на отвалах. По характеру своей работы они аналогичны забойным конвейерам, т.е. перемещаются вслед за отвальным фронтом. Конструкции конвейеров предусматривают работу их в комплексе, куда входят перегружатели и отвалообразователи. Перегружатель выполняет функцию передаточного органа от экскаватора до забойного конвейера или от забойного конвейера к сборочному с одного горизонта на другой. Он конструктивно выполнен как самоходное устройство на гусеничном или шагающем ходу с приёмным устройством и консольным расположением перегрузочного конвейера, который может принимать угол наклона до 18°. В горизонтальной плоскости приемное устройство и перегрузочная консоль могут разворачиваться на 60°.

При комбинированном автомобильно-конвейерном транспорте полускальных и скальных горных пород в конвейерный комплекс входит стационарная или полустационарная дробилка, которую устанавливают на борту карьера. Горную массу из забоя доставляют автомобильным транспортом до дробилки и после неё пустую породу транспортируют подъемным конвейером на борт карьера и дальше магистральным конвейером на отвал, полезное ископаемое -- на обогатительную фабрику. Степень дробления горных пород в дробилке определяется конструкцией конвейера.

6.3 Трубопроводный (гидравлический) транспорт

Трубопроводный транспорт является транспортом непрерывного действия. На карьерах он представлен гидравлическим транспортом. Являясь самым эффективным, он имеет большие ограничения применения по климатическим условиям (сезонность работы), свойствам транспортируемых пород (мягкие горные породы и частично дробленные полускальные) и наличию водоисточников.

Гидравлический транспорт делится на самотечный и напорный по трубам. Самотечным гидравлическим транспортом человек пользуется с древнейших времен, трубопроводный нашел распространение с появлением мощных средств гидромеханизации для разработки горных пород.

Гидравлический транспорт горных пород на карьере, как и конвейерный, позволяет объединить в непрерывный поток выемку, доставку и отвалообразование, создавая автоматический гидравлический комплекс.

Гидротранспорт -- это перемещение смеси мягких или дробленых полускальных горных пород по трубам в воде с критической скоростью, создаваемой работой землесоса (грунтонасоса).

Смесь воды с породой называется пульпой.

Под критической скоростью понимают скорость потока, при которой частицы данного гранулометрического состава и плотности перемещаются без заиливания трубопровода.

Критическая скорость движения пульпы зависит от степени насыщения потока жидкости твердой породы, крупности фракций и плотности переметаемых горных пород, диаметра трубопровода и шероховатости его внутренних стенок.

Степень насыщения потока жидкости твердой породой называется консистенцией и измеряется отношением твердого материала к воде (Т : Ж). Чем больше консистенция пульпы, тем больше производительность гидравлического транспорта по породе.

Для гидротранспорта горных пород на карьерах применяют труба диаметром от 250 до 800 мм.

Полускальные горные породы или уголь предварительно дробят (чаше всего в роторных дробилках) и через загрузочные аппараты вводят в поток воды, создаваемый насосами.

Вода для гидротранспорта горных пород на карьере подается по трубопроводам насосными станциями. При прямоточном водоснабжении вода полается прямо из водоема, а при использовании оборотной воды - из отстойника на гидроотвале с некоторой подпиткой (из-за неизбежных потерь воды) из водоема (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2- Схемы водоснабжения гидротранспорта горных пород:

а-прямоточное водоснабжение; б - водоснабжение с использованием оборотной воды и подпиткой; 1 - река; 2- перемычка; 3 - разводящий канал; 4 - насосная станция; 5- водовод; 6- карьер; 7- пульповод; 5- отвал; 9- водосбросной колодец; 10- сбросная канава

При перемещении забоя на карьере трубы к гидромониторам и пульповоду наращивают специальным креплением или сваркой очередных секций труб. При перемещении фронта горных работ став труб разбирают (при сварочном соединении разрезают) на плети и перемещают на новую трассу бульдозерами, где вновь соединяют. Землесосные установки с силовой и пусковой аппаратурой перемешают бульдозерами кик при подвигании забоев, так и фронта работ. Шаг передвижки в забое определяется эффективной длиной пути самотечного транспортирования пульпы от забоя до зумпфа. Загрузочные аппараты при транспортировании полускальных горных пород перемещают реже, так как oт забоев до них горную массу доставляют средствами колесного транспорта (погрузчиками и автосамосвалами).

6.4 Транспортирование горной массы по канатным подвесным дорогам

Канатные подвесные дороги применяются в основном как элемент комбинированного транспорта на карьерах со сложными топографическими условиями для доставки полезного ископаемого от перегрузочного пункта, куда оно доставляется автотранспортом, до обогатительной фабрики. Как вид транспорта он представляет собой подвешенные на опорах несущие канаты (рисунок 6.3) диаметром 51 и 65 мм, по которым движутся роликовые ходовые устройства с вагонетками грузоподъемностью 1; 2; 3,2 т и соответствующей вместимостью 0,5-1; 0,5-1,25; 1--2 м³. Все ходовые устройства вагонеток соединены штатом диаметром 27, 30,5 и 32,5 мм, который приводится в действие приводом, расположенным на одной из станций канатной дороги и обеспечивающим скорость 2,5--3 м/с.