» » Основные производственные процессы, выполняемые при проведении открытых горных работ
15.05.2015

Буровзрывные работы

В карьерах России применяются различные способы отбойки пород в уступах — шпуровой, скважинами и камерными зарядами (с расположением зарядов в шурфах или штольнях). Основным из них является отбойка скважинами глубиной 10—15 M и диаметром 200—300 мм.
Очень важно при буровзрывных работах установить целесообразные параметры сетки скважин (расстояние между скважинами в ряду и ЛНС — линии наименьшего сопротивления при различных условиях взрывания). От принятых параметров сетки скважин, их диаметра и применяемого взрывчатого вещества зависит выход горной породы на 1 пог. м скважины и вывод негабарита (кусков выше допустимого размера).
За последние годы наблюдается стремление горнорудных предприятий к использованию мощных станков ударно-канатного бурения, позволяющих бурить скважины диаметром до 250—300 м, что особенно важно при крепких и весьма крепких породах. Например, на Коунрадстем руднике после перехода со скважин диаметром 200 мм на 230 мм, при установлении оптимальных размеров сетки скважин и улучшении технологии буровзрывных работ выход руды с 1 пог. м скважины был увеличен до 60—65 м3. Скважины в крепких породах на карьерах в России бурят в настоящее время станками ударно-канатного бурения БУ-2 и БС-1.
Схема такого станка приведена на рис. 10.
Основные производственные процессы, выполняемые при проведении открытых горных работ

Очередная задача повышения производительности бурения станками ударно-канатного бурения — применение двигателей с регулируемыми оборотами вместо двигателей с постоянными оборотами; это позволит повысить скорость бурения на 15—30%.
Большое значение для повышения производительности бурения имеет также своевременная очистка скважин от шлама и рациональный режим бурения.
При проведении указанных мероприятий рабочий на буровом станке т. Шидаев (Коунрадский рудник) добился увеличения производительности станка БУ-2 до 17—18 м вместо средних по руднику 12 м за смену.
Вращательный способ бурения со спиральными сверлами применяется в карьерах для бурения пород крепостью не более 8 по Протодьяконову. Производительность станков вращательного бурения в породах средней крепости значительно превышает производительность станков ударного бурения.
Важной задачей в области бурения скважин является внедрение, станков шарошечного бурения в породах средней и выше средней крепости, агрегатов с погружными перфораторами, а также термического способа бурения скважин в крепких абразивных породах.
Практика зарубежных стран и широкие опытные работы, проведенные в России в лабораториях и в карьере ЮГОК (Кривбасс), показали большие преимущества термического способа бурения крепких пород. Теоретические исследования и непосредственные наблюдения позволяют считать, что разрушение породы при термическом бурении происходит главным образом вследствие разности напряжений в соседних слоях, вызванной неравномерностью нагревания породы при подводе к ней тепла. Эффективность термического бурения зависит от тепловых свойств пород, их структуры и текстуры.
Основным аппаратом для прожигания скважин служит горелка реактивного типа, в которую подается смесь горючего — кислород и керосин. Горелку охлаждают водой; вода под воздействием высоких температур переходит в пар, выносящий на поверхность продукты разрушения. Для прожигания необходимо, чтобы пламя из сопел горелки выходило со сверхзвуковой скоростью (1800 м/сек и более).
При бурении скважин термическим способом в железистых кварцитах и гематитовых рудах достигнуты следующие показатели:
Основные производственные процессы, выполняемые при проведении открытых горных работ

Скорость термического бурения в несколько раз выше скорости ударно-канатного бурения.
В настоящее время в России проводятся испытания новых физических методов разрушения горных пород, основанных на использовании электрических и магнитных колебаний, ультразвука, гидравлической струи со сверхзвуковой скоростью и др.
Основные взрывчатые вещества, применяемые в карьерах России, аммониты (обычные, прессованные и водоустойчивые).
Применяемые способы взрывания — электрический или с детонирующим шнуром. Для наиболее эффективного использования энергии взрыва целесообразно раздельное взрывание отдельных зарядов, заложенных в скважинах, что может быть достигнуто при организации короткозамедленного взрывания отдельных зарядов (с замедлением в миллисекундах). Такой способ взрывания позволяет иметь дополнительные площади обнажений, что способствует лучшему дроблению и большему выходу горной массы с 1 пог. м скважины. Короткозамедленное взрывание позволяет уменьшить сейсмический эффект взрыва, что в условиях открытых работ имеет большое практическое значение для сохранности зданий и сооружений на прилегающей к карьеру местности.
Очередная задача в области взрывных работ — применение более сильных взрывчатых веществ и короткозамедленного (миллисекундного) взрывания на большинстве карьеров с использованием не только специальных аппаратов и приспособлений, но и специальных электродетонаторов с большим количеством ступеней замедления.
Экскавация

Горную массу в забоях при открытых горных работах на горнорудных карьерах России грузят в основном экскаваторами различных типов. Основные из них — одноковшовые или механические лопаты. Широкое применение на карьерах получили экскаваторы ЭКГ-4 (рис. 11).
Основные производственные процессы, выполняемые при проведении открытых горных работ

Признано целесообразным использовать экскаваторы ЭКГ-4 с ковшами большой емкости (с емкостью ковша 4 при породах средней и выше средней крепости и с емкостью 5 при мягких породах), что позволяет увеличить производительность экскавации.
Большое значение для развития вскрышных работ имел выпуск отечественных шагающих экскаваторов — драглайнов марки ЭШ-4/40, ЭШ-14/75, ЭШ-25/100 и механических лопат марки ЭГЛ-15 с емкостью ковша 15 Схема шагающего экскаватора приведена на рис. 12. В настоящее время в России выпускаются экскаваторы ЭШ-4/40. ЭШ-50/125 и проектируется новый экскаватор ЭШ-50/125.
Готовятся к выпуску или испытываются и другие одноковшовые экскаваторы. Большое значение будет иметь широкое внедрение при соответствующих условиях мощных экскаваторов типа ЭКГ-8 с ковшами 6—8—10 м3.
Основные производственные процессы, выполняемые при проведении открытых горных работ

Использование экскаваторов на горных предприятиях России за последние годы значительно улучшилось: так, число рабочих дней экскаватора на ряде предприятий увеличилось до 300—310 (вместо 150—200 в 1940 г.), использование списочного парка экскаваторов повысилось до 70%. Производительность экскаватора на 1 м3 емкости ковша при мягких породах достигла до 300—350 тыс. в год (передовой Kaрагандинский угольный разрез, Вахрушевуголь); при скальных породах (Коунрадский рудник) — до 150 тыс. м3, а на Кургашинканском руднике — до 170 тыс. м3.
Задачей работников карьеров является создание лучших условий для высокой производительности работы экскаваторных бригад. Должны быть широко распространены методы работы лучших экскаваторщиков нашей страны: П.И. Быкова, П.И. Кочкина, Ф.Е. Германа и др., добившихся высоких показателей производительности одночерпаковых экскаваторов.
Многочерпаковые экскаваторы имеют сравнительно ограниченную область применения на горнорудных предприятиях России. Они, как правило, применяются при разработке мягких пород, не требующих предварительного рыхления, и не могут работать на мерзлых породах.
Такие экскаваторы имеют большую производительность по сравнению с одноковшовыми. Непрерывность процесса черпания и выдачи добываемой породы многочерпаковыми экскаваторами позволяет сочетать их работу с работой наиболее совершенного конвейерного транспорта. Так, на Байдаковском буроугольном разрезе средняя себестоимость 1 м3 вскрыши составила при работе многоковшовых экскаваторов с транспортно-отвальным мостом 1 руб. 65 коп. вместо 5 руб. 61 коп. при работе одноковшового экскаватора с транспортом.
Важной задачей в области открытой разработки мягких пород является внедрение роторных экскаваторов (рис. 13), обладающих рядом существенных достоинств. При работе этих машин рабочий процесс экскавации разделяется на два процесса: черпание породы роторным колесом и доставка ее ленточными конвейерами в разгрузочный бункер. Это позволяет значительно сократить расход энергии и уменьшить вес машины. Большим достоинством роторного экскаватора является возможность применения его при селективной (раздельной) разработке неоднородных уступов (полезное ископаемое, порода).
Основные производственные процессы, выполняемые при проведении открытых горных работ

Роторные экскаваторы в настоящее время успешно работают на добыче огнеупорных глин для металлургических заводов черной металлургии.
Удельный расход энергии у многоковшовых экскаваторов меньше, чем у одноковшовых на 15—20%. Средняя часовая выработка в кубических метрах на 1 л. с. установленной мощности приблизительно составляет: для одноковшовых экскаваторов 0,8—1,25; для многоковшовых — 1,0—1,5; для роторных — 1,2—1,8.
В проектах новых карьеров при выемке мягких пород предусматривается использование многочерпаковых экскаваторов, в том числе и роторных, в сочетании с ленточными транспортерами и транспортно-отвальными мостами (при соответствующих климатических условиях). В России в настоящее время изготовляются как многоковшовые, так и роторные экскаваторы.
Транспорт

На открытых разработках в России, как указывалось, применяется рельсовый и автомобильный транспорт. Для рельсового транспорта используется паровая и электрическая тяга; электрическая эффективнее паровой вследствие более высокого к. п. д. и большей маневренности— возможности преодоления больших уклонов и малых радиусов закруглений, возможности увеличения скорости движения. Стоимость транспорта при электрической тяге, по данным работы карьеров, значительно ниже стоимости его при паровой тяге.
Все новые карьеры в России, проектируемые с рельсовым транспортом, рассчитаны, как правило, на применение электрической тяги. Примерами успешного использования электровозов являются Коунрадский меднорудный карьер. Магнитогорский железорудный карьер и ряд других (колея 1524 мм). При двухпутевых схемах съездов между рабочими горизонтами пропускная способность при электротяге может достигать до 80 пар поездов за восьмичасовую смену. Пути в больших карьерах устраиваются из тяжелых рельсов типа Р-43 — Р-50 с количеством шпал на 1 км 1840 и толщиной балластного слоя 0,3—0,35 м.
Руководящие уклоны главные путей на большинстве карьеров принимаются в пределах 0,025—0,035 (при электровозной тяге).
Рудные карьеры России большой производительности оснащены электровозами сцепным весом 80—150 г, с нагрузкой на ось 20—25 г, с тяговым усилием 23—45 тыс. кг (макс.) и 13—22 тыс. кг (при часовом режиме), со скоростью до 60—65 км/час (при часовом режиме). Напряжение постоянного тока на токоприемнике 750—1650 в. Применяются два основных типа вагонов: с опрокидным кузовом (думпкары) грузоподъемностью от 40 до 90 т (рис. 14) и гондолы — до 100 г.
В последние годы в России для перемещения руды и породы широко используются грузовые машины — самосвалы, автотягачи с полуприцепами и тракторы с прицепами.
Основными преимуществами автотракторного транспорта являются: 1) возможность пользоваться им при больших подъемах и уклонах пути и малых радиусах закруглений (подъем до 6—8% в грузовом направлении и до 15—20% в порожняковом направлении, радиусы закруглений пути до 30 м. в исключительных случаях — до 12—15 м), что позволяет значительно уменьшить объем породных работ, особенно при разработке небольших и неправильно залегающих месторождений; 2) простота организации движения и независимость работы отдельных автомашин; 3) высокая маневренность подвижного состава; 4) возможность разработки месторождений с небольшими запасами, удаленных от железнодорожных магистралей.
На работу автотранспорта влияют климатические условия. К недостаткам автотранспорта следует отнести значительные затраты на содержание автодороги, малые расстояния транспортирования (дальность транспортирования ограничивается обычно расстоянием до 4—6 км).
В карьерах чаще пользуются дизельными автомашинами — самосвалами с задней разгрузкой (рис. 15) грузоподъемностью 10 и 25 т (мощность двигателей соответственно 168 и 300 л. с.).
В настоящее время в России изготовлены и проходят промышленные испытания 40-т автосамосвалы. В зарубежной практике емкость самосвалов достигает до 70 г. Реже используются автотягачи с полуприцепами и тракторные тягачи с прицепами.
Кроме указанного автотранспортного оборудования, в России в опытном порядке применяют троллейвозы грузоподъемностью 10 т. по-казавшие при эксплуатации на Богураевском карьере свои технические и экономические достоинства (простота конструкции, снижение капитальных и эксплуатационных затрат).
Эффективность работы автотранспорта в карьере в значительной степени зависит от состояния дорог, поэтому устройству дорог в карьерах и их содержанию уделяется большое внимание.
Основные производственные процессы, выполняемые при проведении открытых горных работ

При расчете ширины проезжeй части дороги учитывают допустимые зазоры между двумя встречающимися машинами и расстояние от каждой машины до обочины дороги. Ширина проезжей части однопутевой дороги принимается равной 3,5 м, двухпутевой — 6,5 м. Толщина слоя дорожной одежды стационарных дорог должна быть не менее 0,15—0,20 м; дорожную одежду в карьерах устраивают из щебня, гравия или шлака. От качества дорожной одежды в основном зависит удельное сопротивление движению автомашин, выражаемое в килограммах на 1 т общего веса машины (асфальт, бетон — 9—10 кг/т, булыжная дорога — 30—40 кг/т, песчаная дорога — 100 кг/т).
На отечественных карьерах средняя производительность машин-самосвалов за машино-смену составляет: для автомашин МАЗ-205 до 625 т/км полезного груза при расстоянии перевозки в один конец 2,5 км (Балаклавский карьер); автомашин МАЗ-525 до 2370 т/км полезного груза при расстоянии перевозки в один конец 2,6 км (Жерновский карьер, Волго-Дон). Средний расход горючего при работе дизельных машин 5—6 л на 100 т/км (полезных).
При съемке наносов, проходке траншей и проведении ряда вспомогательных работ при ограниченных расстояниях доставки (от 100—200 до 1000—1200 м. чаще до 500 м) и небольшом объеме работ (до 1500—2000 м3 в смену) эффективно используются колесные скреперы. Колесный скрепер перемещается с помощью трактора или тягача. В мягких и сыпучих породах скреперы работают без предварительного рыхления, тогда как при плотном грунте требуется предварительное рыхление плугами и специальными рыхлителями. Колесные скреперы с емкостью ковша 6—10 м3 имеют тросовое управление и перемещаются трактором С-80; колесные скреперы большой емкости (15 м3 и более) перемещаются мощными гусеничными тракторами или тягачами на пневматических шинах. В последнее время стали применяться самоходные скреперы.
Для разравнивания породы на отвалах, для планировки площадок при устройстве дорог и для зачистки породы на подошве уступов карьеров в России широко используют тракторные струги-бульдозеры, являющиеся необходимым вспомогательным оборудованием при автотракторном транспорте. Ho иногда их применяют и при рельсовом транспорте.
Отвальное хозяйство и проведение работ на отвалах

Наиболее целесообразно размещать пустые породы в выработанном пространстве (в отработанной части карьера), однако во многих случаях пустые породы приходится вывозить за пределы карьера (Коунрадский, Магнитогорский и большинство других карьеров, где применяются транспортные системы разработки). Для отвалов либо используют рельеф местности (склон горы или оврага), либо насыпают пустую породу на горизонтальную площадку с помощью эстакады, терриконника или экскаваторов. Работы на карьерных отвалах отечественных горнорудных предприятий механизированы.
Отвалам придают конусообразную (при терриконниках), а чаще секторную или веерообразную форму. Высота отвала в зависимости от физико-механических особенностей пород и способа отвалообразования может быть от 7—8 до 60 м; меньшая высота принимается при глинистых породах и работе отвального плуга, большая — при песчаных породах и работе отвальных многочерпаковых экскаваторов и мостов.
Породу профилируют отвальными плугами (рис. 16). Радиус действия крыла отвального плуга колеблется от 1,5 до 3,5 м. Пути на отвалах передвигают вручную (при малом объеме пустых пород), а чаще с помощью путепередвигателей.
Основные производственные процессы, выполняемые при проведении открытых горных работ

В последние годы на ряде отечественных карьеров применяется экскаваторное отвалообразование, вагоны в этом случае разгружают в специальные приемные канавы у откоса отвала. Практика последних лет показывает, что это один из эффективных способов отвалообразования.
Устройство отвалов при автомобильном транспорте простое: порода в этом случае разравнивается бульдозерами. Постоянные отвалы пустых пород устраивают на территории, не имеющей рудных проявлений.
При определении емкости отвалов коэффициент начального разрыхления принимают 1,10—1,50, коэффициент остаточного разрыхления 1,05—1,10.
Для размещения отвалов при соответствующих условиях успешно применяются отвальные мосты и транспортеры (Камышбурунский железорудный карьер, Никопольский марганцевый карьер — проект и др.). Схема разработки с транспортно-отвальным мостом показана на рис. 17.
Основные производственные процессы, выполняемые при проведении открытых горных работ