Элементы и параметры карьера и уступа

При открытой разработке месторождений полезное ископаемое добывают непосредственно с земной поверхности. Чтобы приступить к разработке неглубоко залегающего пласта, необходимо создать к нему доступ, удалив покрывающую его толщу пустых пород. Для этого проводят различные открытые горные выработки.

Горное предприятие, представляющее собой совокупность горных выработок и осуществляющее разработку месторождения полезного ископаемого открытым способом, называют карьером. Карьер, предназначенный для добычи угля, называется разрезом.

Месторождение (или его часть), разрабатываемое одним карьером, называют карьерным полем.

Границами карьерного поля являются поверхности, проходящие через верхний и нижний контуры карьера (рис. 1.1). При этом верхним контуром карьера называют линию пересечения борта карьера с земной поверхностью, а нижним контуром карьера — с плоскостью дна карьера. Дном карьера называется нижняя, обычно горизонтальная, поверхность карьера.

Рисунок 1.1 - Границы карьерного поля

Участок, занимаемый основными объектами карьера, называется земельным отводом. Площадь земельного отвода во много раз превышает площадь карьерного поля. На рис. 1.2 представлена схема основных объектов карьера в границах земельного отвода.

Рисунок 1.2 - Схема основных объектов карьера:
1 — карьерное поле; 2 — отвал породы; 3 — обогатительная фабрика;
4 — промплощадка; 5 — граница земельного отвода

При открытой разработке месторождение разделяют на отдельные горизонтальные слои. Слои вынимают сверху вниз с опережением верхнего слоя по отношению к нижнему.

Горизонтальный слой толщи пустых пород или полезного ископаемого, разрабатываемый самостоятельными средствами отбойки, погрузки и транспортирования горной массы, называют уступом. Уступ — основной технологический элемент карьера (рис. 1.3).

Часть уступа по его высоте, которая разрабатывается самостоятельными средствами выемки, но обслуживается транспортом, общим для всего уступа, называют подуступом.

Горизонтальная часть поверхности уступа называется площадкой уступа.

Различают нижнюю 1 и верхнюю 2 площадки уступа. Кроме того, площадки уступа подразделяются на рабочие и нерабочие. Площадка называется рабочей, если на ней располагается выемочно-погрузочное оборудование. Нерабочие площадки остаются свободными.

Комплекс площадок и откосов уступов от поверхности земли до дна карьера называют бортом карьера (рис. 1.1). Поверхность, проходящую через верхний и нижний его контуры, называют откосом борта карьера.

Наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства, называется откосом уступа 7.

Угол наклона откоса уступа к горизонтальной поверхности называется углом откоса α. Углы откосов карьера зависят от многих факторов, в том числе от физико-механических свойств пород и полезного ископаемого, высоты уступов, времени их стояния и пр. и находятся в пределах 25—85°.

К основным параметрам уступа относятся угол наклона откоса уступа и высота уступа, равная расстоянию между площадками уступа но нормали.

Рисунок 1.3 - Основные элементы уступа:
1,2 — соответственно нижняя и верхняя площадки уступа; 3, 4, 5, 6 — заходки; 7 — откос уступа; 8 — нижняя бровка уступа; 9 — верхняя бровка уступа; 10, 11 — соответственно забои угольного и породного уступов; 12 — направление перемещения фронта работ; 13 — направление перемещения забоя заходки; 14 — развал породы после взрыва; α — угол откоса уступа; 15 — погрузка породы экскаватором в железнодорожный состав; 16— подготовка заходки к взрыву, бурение и заряжание скважин; А —рабочая площадка; Б— нерабочая площадка

Линия пересечения откоса уступа с его площадкой называется бровкой уступа. Различают верхнюю 9 и нижнюю бровки уступа 8. Торец, или откос, уступа, являющийся непосредственным объектом горных работ, называется забоем 10, 11.

Уступ разрабатывают последовательными параллельными полосами — заходками 3,4,5,6 с применением или без применения буровзрывных работ 16. Часть заходки по ее длине, разрабатываемая самостоятельными средствами отбойки и погрузки, называют блоком.

Открытую горную выработку, имеющую значительную длину по сравнению с шириной и глубиной, называют траншеей (рис. 1.4). Траншея имеет трапециевидное поперечное сечение. Ограничивается она с боков бортами, а снизу — почвой.

Рисунок 1.4 - Общий вид (а) и план (б) капитальной и разрезной траншеи
1-2 - разрезная траншея; 2-3 - капитальная траншея; 4 - контур карьерного поля

Наклонная траншея, при помощи которой земная поверхность связывается с рабочими уступами карьера, называется капитальной траншеей. Горизонтальная траншея, предназначенная для создания первоначального фронта работ на уступе, называется разрезной траншеей.

Главные параметры карьера характеризуют масштабы открытых горных работ. К ним относятся:

• запасы полезного ископаемого в карьерном поле, которые определяют возможный масштаб добычи, срок существования карьера и экономические результаты разработки;
• конечная глубина карьера, которая определяет возможную производственную мощность, размеры по поверхности, общий объем извлекаемой горной массы. Современные карьеры имеют глубину до 450 м;
• размеры карьера по простиранию и вкрест простирания по поверхности. Они определяются размерами залежи и влияют на глубину и размеры дна карьера, углы откоса его бортов;
• размеры дна карьера, которые устанавливаются оконтуриванием разрабатываемой части залежи на отметке конечной глубины карьера;
• углы откосов борта карьера, определяемые условиями устойчивости пород прибортового массива и размерами транспортных коммуникаций;
• общий объем горной массы в контурах карьера — показатель, определяющий производственную мощность и срок его службы.

Добыча полезных ископаемых открытым способом сопровождается удалением из контуров карьера определенного объема вскрышных пород. Количество вынимаемой пустой породы, приходящееся па единицу добываемого полезного ископаемого, называется коэффициентом вскрыши. В зависимости от единиц измерения различают коэффициенты вскрыши объемные (м³/м³); весовые (т/т); смешанные (м³/т).

В практике проектирования и эксплуатации карьеров наиболее широко используют коэффициенты вскрыши:

• средний;
• эксплуатационный;
• текущий;
• контурный;
• граничный.

Средним коэффициентом вскрыши k_СР называется отношение общего объема пустых пород в конечных контурах карьера V_В к отрабатываемым запасам полезного ископаемого V_И в этих же контурах:

1.1

Эксплуатационный коэффициент вскрыши k_Э выражает отношение объемов пустых пород V_ВС к запасам полезного ископаемого V_ИС отрабатываемым за период эксплуатации карьера:

1.2

Текущий коэффициент вскрыши k_Т выражает отношение объема пустых пород V_ТВ к запасам полезного ископаемого V_ТИ, отрабатываемым в определенный период времени (год, квартал, месяц):

1.3

Контурный коэффициент вскрыши k_К определяет отношение объемов пустых пород ΣΔV_В к извлекаемым запасам полезного ископаемого ΣΔV_И, прирезаемым к карьеру при расширении его контуров в плане или при его углублении:

1.4

Граничным коэффициентом вскрыши называется максимально допустимый коэффициент вскрыши по условиям экономичности открытых горных работ на данном месторождении. Он определяет максимально допустимый объем вскрыши, который может быть удален из карьера для добычи единицы полезного ископаемого. Величина граничного коэффициента вскрыши определяется па основании сравнения допустимой себестоимости полезного ископаемого С_Д и полной себестоимости полезного ископаемого при открытом способе разработки месторождения С_П. В качестве допустимой себестоимости может приниматься прогнозируемая цена полезного ископаемого на рынках минерального сырья или полная себестоимость подземной разработки данного месторождения.