Етапи відкритої розробки

Відкрита розробка проходить наступні етапи (періоди):

вибір ділянки, тобто визначення контуру гірничого відводу і напрямок експлуатаційних робіт;

підготовка поверхні родовища, що полягає у видаленні природних (ліса, струмки, озера, болота і т. п.) і штучних (будинки, спорудження) перешкод для ведення гірничих робіт;

попереднє осушення родовища — дренаж;

розкриття родовища;

розкривні і видобувні роботи;

рекультивація.

Перші три етапи, а саме — вибір ділянки, підготовка поверхні родовища і попереднє його осушення не вимагають роз’яснень. Тому перейдемо до розгляду основних виробничих процесів, тобто до розкривних, відвальних і видобувних робіт.

Розкриття кар'єрних полів

Раніше було показано, що розробка гірських порід кожного шару кар'єру починається з проведення розрізної траншеї. Глибина цієї траншеї дорівнює товщині розроблювального шару порід. Але, щоб вийти на рівень підошви розрізної траншеї, необхідно пройти відкриту гірничу виробку з денної поверхні. Такою виробкою є капітальна траншея — похила відкрита гірнича виробка, проведена з денної поверхні до нижньої площадки уступу. Проведення такої траншеї забезпечує розкриття кар'єрного поля.

Поперечний переріз капітальної траншеї, як правило, має форму трапеції, розміри якої визначаються шириною нижньої основи, кутом укосів бортів і глибиною самої траншеї. В залежності від виду кар'єрного транспорту, ширина нижньої основи траншеї коливається від 3−4 до 14−15 м. Більші значення відносяться до автомобільного і залізничного транспорту, менші - до конвеєрного.

Кути укосів бортів траншей приймаються в межах 15−50^° — при піщано-глинистих породах і 45−70^° при тривких монолітних породах.

Ухили капітальних траншей складають 0,020…0,030 при залізничному транспорті і 0,060…0,100 при автотранспорті. Проходка траншеї може здійснюватися екскаватором з укладанням породи на одному чи двох бортах траншеї (рис. 3), тобто безтранспортний спосіб. При транспортному способі проходки породу вивозять у зовнішні відвали (рис. 4). Може застосовуватися і комбінований спосіб проведення траншеї, при якому частина породи розміщається на бортах траншеї, а іншу вивозять за її межі.

Капітальні траншеї можуть бути внутрішніми і зовнішніми. Внутрішні траншеї розташовують усередині контуру кар'єру, на його бортах; зовнішні - за межами його контуру. У свою чергу капітальні траншеї можуть бути окремими, коли на кожен уступ проводиться своя траншея і загальні, коли одна траншея обслуговує кілька уступів.

На рис. 5 показаний приклад розкриття кар'єрного поля, представленого двома уступами (розкривним і видобувним), при розкритті двома окремими зовнішніми траншеями, а на рис. 6 — при розкритті однією загальною зовнішньою траншеєю.

Рис. 13₃ — Безтранспортний спосіб проходки траншей: а — драглайном; б — механічною лопатою

Рис. 4 — Транспортний спосіб проходки траншей з залізничним транспортом: а — з нижнім укладанням; б — з верхнім укладанням

Рис. 13₅ — Розкриття окремими зовнішніми траншеями: 1 — капітальна траншея першого уступу; 2 — вибій першого уступу; 3 — вибій другого уступу; 4 — капітальна траншея другого уступу; 5 — рейкові шляхи

Рис. 6 — Розкриття загальною внутрішньою траншеєю

В другому випадку капітальна траншея має поперечний переріз східчастої форми, для двох доріг, кожна з який виходить на свій уступ.

При розробці похилих і крутих покладів на великих глибинах у кар'єрах глибиною 300−400 м місце закладення зовнішньої траншеї повинне розташовуватися на значному видаленні від контуру кар'єру, що незручно. У цих випадках застосовують внутрішні траншеї. Вони проводяться по неробочому борті кар'єру і не виходять за його межі. Як і зовнішні, внутрішні траншеї можуть бути окремими і загальними. На рис. 7 показані принципові схеми розкриття внутрішніми, окремими і загальною, капітальними траншеями.

Рис. 7 — Розкриття внутрішніми траншеями, а — окремими; б — загальною; 1 — вибій нижнього уступу; 2 — вибій верхнього уступу; 3 — дорога

Розкривні і видобувні роботи Розкривні і видобувні роботи містять у собі наступні виробничі процеси:

підготовку гірських порід до виїмки;

виймальні-навантажувальні роботи;

переміщення гірської маси з вибоїв;

відвалоутворення, тобто складування розкривних порід.

Підготовка тривких гірських порід до виїмки полягає в створенні найкращих умов для виконання наступних процесів — виїмки, навантаження, транспортування. При необхідності здійснюється розміцнення порід розкриву за допомогою буропідривних робіт.

Буропідривні роботи застосовуються на скельних і напівскельних породах. Верстатами ударного чи обертального буравлення пробурюють один чи два ряди свердловин діаметром 150−200 мм на глибину до 30−40 м (рис. 8, 9).

Рис. 13₈ — Станок обертального буравлення СОБ на гусеничному ходу

Як вибухові речовини застосовують в основному гранульовані ВР (грануліти, ігданіт і ін.), рідше порошкоподібні ВР (амоніти, амонали). Заряди в свердловинах підривають вогневим чи електричним способами.

Рис. 9 — Схема блока

а б.

в г.

д Рис. 10 — Екскаватори: а — пряма механічна лопата; б — зворотна механічна лопата; в — драглайн; г — роторний; д — багатоківшевий ланцюговий

Висаджена порода розкриву повинна роздрібнитися на шматки, розмір яких визначається ємністю ковша екскаватора, ємністю і міцністю залізничних вагонів, вимогами споживача й ін.

Виїмка рихлих і м’яких порід здійснюється спеціальними гірничими машинами — екскаваторами. Розрізняють екскаватори циклічної дії (механічна лопата, драглайн) і безупинної дії (роторні і багатоковшові) (рис. 13−10).

Екскаватор типу «механічна лопата» має робочий орган у вигляді ковша ємністю від 4 до 40 мі, укріпленого на стрілі. Екскаватор установлюється на нижній площадці уступу (рис. 10, а) чи на верхній площадці (рис. 10, б) і подачею ковша робить черпання породи. Потім екскаватор повертає стрілу убік установленого транспортного засобу і, зробивши вивантаження ковша, повертається у вихідне положення.

Екскаватори типу драглайн (рис. 10, в) не мають твердого зв’язку ковша зі стрілою. Ківш, ємністю від 6,5 до 100 мі, укріплений на канатах і «закидається» стрілою на породний масив, що виймається. Підтягуючи за допомогою канатів по масиву порід, ківш заповнюється породою, після повороту екскаватора здійснюється розвантаження ковша.

Виконавчим органом роторного екскаватора (рис. 10, г і рис. 11) є, установлене на стрілі, роторне колесо діаметром від 6 до 18 м з укріпленими на ньому ковшами. При обертанні роторного колеса й одночасній подачі його на масив порід відбувається завантаження ковшів. Матеріал з ковша вивантажується на конвеєр, що проходить по стрілі, і потім занурюється на транспортні засоби. Продуктивність екскаватора від 1200 до 12 000 мі/годину.

Рис. 1 — Роторний екскаватор: а — загальний вид; б — ротор

Багатоковшеві ланцюгові екскаватори (рис. 10, д і рис. 12) мають робочим органом ковшовий ланцюг, що переміщається по прямуючій рамі. Одним кінцем рама шарнірно укріплена на корпусі екскаватора, другий її кінець утримується канатами. При русі ланцюга уздовж рами ковші наповняються породою, що вивантажується в бункер екскаватора. Далі порода перевантажується на транспортні засоби. Продуктивність екскаватора від 1000 до 6000 мі/годину.

Рис. 12 — Ланцюговий багатоківшевий екскаватор нижнього черпання

Переміщення кар'єрних вантажів Для транспортування порід розкриву і корисної копалини в кар'єр застосовують наступні транспортні засоби:

автотранспорт;

конвеєрний транспорт;

залізничний транспорт.

Вид застосовуваного транспорту залежить від довжини перевезень, продуктивності кар'єру, рельєфу поверхні і кліматичних умов.

Автомобільний транспорт застосовують на кар'єрах із продуктивністю до 20 млн. т/рік і відстанню перевезення до 4−5 км. Для перевезення вантажів використовують автосамоскиди КрАЗ, БелАЗ вантажопідйомністю до 180 т (рис. 13). Цьому транспорту властиві гнучкість, маневреність, здатність працювати в стиснутих умовах, переборювати з вантажем значні підйоми, забезпечувати високі експлуатаційні показники. Разом з тим він деякою мірою залежить від кліматичних умов і дорогий в експлуатації.

Конвеєрний транспорт — стрічковий дозволяє мати кут нахилу траншеї до 18°, при цьому забезпечується потоковість транспортування. Транспорт легко піддається автоматизованому керуванню. Разом з тим він пред’являє більш жорсткі вимоги до кусковатості матеріалу, що транспортується, має місце високий знос стрічки. Конвеєрний транспорт застосовують при транспортуванні м’яких сипучих порід.

Рис. 13 — Автосамоскид БелАЗ

Залізничний транспорт має основне значення на відкритих розробках. Він забезпечує високі техніко-економічні показники при великих вантажообігах і відстанях перевезення. Застосовують при продуктивності кар'єру більш 25 млн. т/рік і довжинах перевезення більш 4−5 км. На робочих площадках уступів споруджують рейковий шлях із шириною колії 1520 мм, що у міру посування уступу переміщають на нове місце. Як локомотиви використовують тепловози і контактні електровози (рис. 14, а).

Рухомий склад представлений вантажними вагонами — думпкарами (рис. 14, б), що розвантажуються шляхом перекидання кузова, «гондола» і «хопер», розвантаження шляхом відкривання днища вагона. Ємність вагонів від 60 до 180 т. На рис. 13−15 на загальному фоні кар'єру показане навантаження поїзда екскаватором. Залізничний транспорт — самий економічний вид транспорту.

Рис. 14 — а — контактний електровоз; б — думпкар ємністю 160 т

Рис. 15 — Завантаження поїзда екскаватором