ТЕМА 13. ТЕХНОЛОГИЯ И МЕХАНИЗАЦИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ.

Открытый способ всегда имел преимущественное применение. Он остается наиболее перспективным и в настоящее время. В России открытым способом в настоящее время добывается более 80% руд черных металлов, 75-80% руд редких, цветных и благородных металлов, более 50% угля и горнохимического сырья и около 100% строительных горных пород.

Преимущества открытых горных работ по сравнению с подземными состоят в следующем.

1. На карьерах обеспечивается более высокая безопасность труда и лучшие санитарно-гигиенические условия.

2. Производительность труда на карьерах в 5-10 раз выше, а затраты в 2-4 раза ниже. При этом на горных работах проще изменять производительность труда в зависимости от потребности в минеральном сырье.

3. Срок строительства карьера меньше срока строительства шахты равной производительной мощности.

4. При открытой разработке меньше потери полезного ископаемого и легче производить раздельную добычу различных горных пород.

Недостатки открытой разработки месторождений полезных ископаемых:

1. Производство открытых горных работ требует отчуждения больших земельных площадей, приводит к негативным воздействиям на окружающую среду на значительных территориях.

2. На открытые горные работы значительно влияют климатические и породные условия.

3. Необходимость удаления значительного количества пустых пород, покрывающих и вмещающих залежь полезного ископаемого.

Основные понятия и терминология

Горные работы, проводимые в открытых горных выработках, называются открытыми горными работами. Открытые горные выработки проходят непосредственно на земной поверхности.

Способ разработки ПИ с применением ОГР называют открытым способом разработки.

Горное предприятие, осуществляющее добычу ПИ открытым способом, называется карьером. Карьером называется также выработка, в которой производится добыча полезных ископаемых открытым способом. В угольной промышленности предприятие и выработку называют разрезом. При разработке россыпных месторождений предприятие называется прииском, а выработка, в которой ведут открытую разработку - разрезом.

Разработка массива горных пород в карьере производится горизонтальными или слабонаклонными слоями. Верхние слои отрабатываются с опережением по отношению к нижним слоям. Таким образом, боковая поверхность карьера приобретает ступенчатую форму.

Часть массива горных пород в контурах карьера в форме ступени, отрабатываемая самостоятельными средствами выемки и транспорта, называется уступом. Один уступ могут обслуживать несколько средств выемки. Уступ может быть разделен на подуступы, если средства выемки размещены на промежуточном горизонте.

Уступ имеет следующие элементы. Боковая наклонная поверхность уступа называется откосом 1. Снизу и сверху уступ ограничен соответственно нижней 2 и верхней 3 площадками уступа. Линии пересечения откоса уступа с верхней и нижней площадками называются соответственно нижней 4 и верхней 5 бровками откоса уступа.

Месторождение или его часть, намеченная (запроектированная) для разработки одним карьером, называется карьерным полем.

Карьер состоит из следующих элементов. Ступенчатые боковые поверхности карьера называются бортами. Борт карьера, на котором ведут горные работы, называется рабочим бортом. Борт, на котором горные работы завершены, называется нерабочим бортом. Борт, на котором горные работы не ведутся и не завершены, называется временно нерабочим или промежуточным.

Горизонтальная площадка на рабочем борту называется рабочей площадкой. На рабочей площадке размещаются горное и транспортное оборудование и необходимые коммуникации. На нерабочем и промежуточном бортах карьера горизонтальная площадка называется бермой. Бермы служат для улавливания кусков породы, скатывающихся с откосов. Некоторые бермы служат для размещения на них транспортных коммуникаций. Они называются транспортными. Остальные бермы называются предохранительными. Бермы могут устраиваться на каждом уступе или одна берма на 2-3 уступа.

Поверхность, ограничивающая карьер снизу, называется подошвой или дном. Линии пересечения борта карьера с подошвой и земной поверхностью называются соответственно нижним и верхним контурами карьера. Углы наклона бортов карьера к горизонту называются углами откосов соответственно рабочего и нерабочего бортов карьера.

Вертикальное расстояние между подошвой карьера и земной поверхностью называется глубиной карьера. Понятие глубины карьера имеет смысл при равнинном рельефе местности. При сложном рельефе местности вместо понятия глубины карьера используют термин «высота борта карьера».

Положения верхнего и нижнего контуров карьера, а при разработке наклонных и крутопадающих месторождений и положение подошвы карьера, по мере развития горных работ изменяются.

Контуры карьера, соответствующие моменту окончания ОГР, называются границами карьера. Им соответствуют конечная глубина и конечные размеры карьера в плане.

Участок земной поверхности, занимаемый карьером, отвалами, службами карьера и его цехами, называется земельным отводом. Площадь земельного отвода может в 5-10 раз превышать площадь карьера. В пределах земельного отвода выделяются площади горного отвода, на которых может нарушаться верхний почвенно-растительный слой и рельеф местности.

По углу падения различают залежи:

1. горизонтальные и пологие (до 10°)

Рис. Открытая разработка горизонтальной залежи.

Характерными особенностями разработки таких залежей является то, что отрабатываются пустые породы только висячего бока залежи, после выемки части полезного ископаемого возможно размещение вскрыши в выработанном пространстве карьера

По мощности месторождения горизонтального и пологого залегания делятся:

-на весьма малой мощности - до 2...3 м;

- малой мощности -до 10...20 м;

- средней мощности - до 20.. .40 м;

- мощные - более 20.. .40 м.

Обычно высота уступа на открытых горных работах составляет 10-20 м. Поэтому месторождения малой мощности отрабатываются одним уступом, месторождения средней мощности - двумя уступами, мощные месторождения -более чем двумя уступами. Месторождения весьма малой мощности отрабатываются селективно или для их отработки используют мобильное выемочно-транспортное оборудование (скреперы, бульдозеры, одноковшовые тракторные погрузчики).

2. Наклонные до 25...30°. Характерной особенностью разработки является выемка пустых пород только' висячего бока, но вскрышу нет возможности размещать в выработанном пространстве карьера, потому что дно постоянно углубляется, а размещение отвалов внутри контура карьера будет препятствовать развитию горных работ.

Рис. Разработка наклонной залежи.

3. Крутопадающие более 25 - 30°.

Особенностью разработки таких залежей является необходимость удаления вскрыши висячего и лежачего боков.

Наклонные и крутопадающие залежи различают по горизонтальной мощности:

- весьма малой мощности -до 15...30 м;

- малой мощности - до 40...60 м;

- средней мощности - до 80...120 м;

- мощные - более 80...120 м.

Рис Разработка крутопадающей залежи.

Обычно ширина рабочей площадки на карьерах составляет 40...60 м. В соответствии с этим при разработке наклонных и крутопадающих залежей малой мощности возможен только один добычной уступ, при разработке месторождений средней мощности - два добычных уступа, а для мощных залежей - более чем два добычных уступа.

4. Сложного залегания. К ним относят месторождения жильные, складчатые, с разрывными нарушениями или свиты пластов. Для таких залежей возможны комбинированные системы разработки, селективная выемка полезного ископаемого.

По строению залежи месторождения различают:

- простые залежи с однородным строением без прослойков и включений, в этом случае всё полезное ископаемое отрабатывают валовым способом;

- сложные, содержащие наряду с кондиционным полезным ископаемым некондиционные сорта, прослойки пустых пород, неравномерное распределение качества по глубине и в плане. Такие залежи могут разрабатываться валовым способом с последующим разделением на обогатительной фабрике или селективно с разделением полезного ископаемого на типы и сорта в забое. При разработке строительных горных пород чаще всего наиболее целесообразной бывает селективная разработка сложных залежей. При разработке рудных месторождений применяется как селективная, так и валовая разработка. В последнем случае при разработке может стоять задача усреднения качества руды, подаваемой на обогатительную фабрику.

Периоды и производственные процессы открытых горных работ

Разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом включает четыре периода: подготовительный, строительный, эксплуатационный и восстановительный.

В первом периоде создаются условия для работы горного и транспортного оборудования в последующих периодах. Задачами этого периода являются подготовка поверхности горного отвода, осушение рабочих горизонтов карьера, ограждение карьера от вод поверхностного стока. Подготовка поверхности заключается в вырубке леса, кустарников, корчевке пней, удалении почвенно-растительного слоя с поверхности карьера, основания отвалов, промплощадки, дорог, подготовке поверхности промплощадки, отводе рек, ручьев, переносе дорог, линий электропередач и других коммуникаций, сносе зданий, сооружений и других работах.

Осушение заключается в удалении воды, поступающей в карьер из водоносных горизонтов и выпадающей в виде атмосферных осадков. Работы по осушению могут не производиться, если месторождение не обводнено, а также в тех случаях, когда предусмотрена подводная разработка месторождения. В сложных гидрогеологических условиях осушение могут начинать за несколько лет до начала эксплуатации карьера. В простых гидрогеологических условиях, если обводненность горных пород не влияет на устойчивость массива, осушение рабочих горизонтов проводится одновременно с горными работами с использованием открытого водоотлива, при котором для сбора грунтовых вод в разрезной траншее устраивают водосборник (зумпф). В сложных гидрогеологических условиях для осушения рабочих горизонтов применяют специальные выработки (скважины, подземные горные выработки, дренажные траншеи).

Ограждение карьера от вод поверхностного стока осуществляется путем проведения на небольшом расстоянии от его бортов нагорной канавы с целью перехвата и отвода стекающих вод.

В строительном периоде создается начальный фронт добычных и вскрышных работ. Этот период включает работы по вскрытию рабочих горизонтов карьера и созданию первоначального фронта вскрышных и добычных работ. Работы по вскрытию представляют собой проведение капитальных траншей и строительство транспортных коммуникаций. Работы по созданию первоначального фронта работ заключаются в проведении разрезных траншей и удалению первоначального объема вскрыши. В строительный период может быть начата добыча полезного ископаемого и пущена в работу обогатительная фабрика. Горные работы первого и второго периодов финансируются в соответствии со сметой капитальных затрат и называются горно-капитальными работами. По окончании строительного периода карьер сдается в эксплуатацию и начинает функционировать как хозрасчетная производственная единица.

Третий период - эксплуатационный. Горные работы этого периода подразделяются на вскрышные (удаление пустых пород из контура карьера) и добычные (извлечение полезного ископаемого). При разработке наклонных и крутопадающих месторождений в этот период продолжают выполнять горно-капитальные работы, заключающиеся в подготовке фронта работ на нижележащих горизонтах и вскрытие этих горизонтов.

Четвертый период - восстановительный. В этот период производится рекультивация площадей, нарушенных горными работами.

Основными работами при открытой разработке месторождений являются горно-капитальные, вскрышные и добычные. Содержание и объем работ характеризуются технологией разработки и применением определенного оборудования. По определению В.В. Ржевского: «технология разработки месторождения - это совокупность взаимосвязанных процессов, способов и приемов механизированного производства работ, основанная на фундаментальных знаниях закономерностей разработки и возможностей технических средств».

Непосредственно горные работы на карьерах заключаются в выемке, перемещении и складировании полезных ископаемых и вскрышных пород. В соответствии с этим вскрышные и добычные работы включают следующие основные производственные процессы: подготовку горных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, транспортирование горной массы, отвалообразование вскрыши и разгрузку или складирование полезного ископаемого. Если в контурах карьера осуществляется переработка полезного ископаемого, то эту работу тоже включают в состав основных производственных процессов карьера.

В процессе горных работ одна и та же горная порода последовательно участвует в ряде основных производственных процессов, в результате чего каждый раз изменяются ее состояние и местоположение.

Каждому основному производственному процессу соответствуют вспомогательные работы, позволяющие планомерно осуществлять основной процесс или облегчающие его. Например, планировка площадки перед бурением скважин, зачистка площадки при выемочно-погрузочных работах, передвижка транспортных коммуникаций в процессе транспортирования горной массы и другие. Кроме того, на карьерах выполняется ряд общих вспомогательных процессов: энергоснабжение, водоотлив, вентиляция, освещение и другие, способствующие выполнению всех производственных процессов (основных и других вспомогательных). Все рассмотренные производственные процессы являются взаимосвязанными и составляют звенья единого технологического комплекса открытых горных работ. В определенных условиях отдельные звенья этого комплекса могут отсутствовать. Например, при разработке рыхлых необводненных пород может отсутствовать подготовка к выемке, при разработке горизонтальных залежей с перевалкой вскрыши в выработанное пространство - процесс транспортирования вскрышных пород.

Понятие о коэффициенте вскрыши

Технические решения в области открытых разработок и их экономические результаты зависят от соотношения объемов вскрышных и добычных работ. Количественная оценка этих соотношений производится с помощью коэффициентов вскрыши. Коэффициент вскрыши показывает, сколько единиц вскрышных пород необходимо переместить в контурах карьера или удалить за контуры карьера, чтобы добыть единицу полезного ископаемого. В зависимости от единицы измерения различают коэффициенты вскрыши весовой (т/т), объемный (м³/м³) и смешанный (м³/т). Кроме того, различают средний, средний эксплуатационный, контурный, текущий, граничный и другие коэффициенты вскрыши.

Средний коэффициент вскрыши К_ср,равен отношению объема вскрыши V к запасам полезного ископаемого Q в конечных контурах карьера

K_ср=V/Q.

Если запасы полезного ископаемого определены по данным геологической разведки, то в этом случае коэффициент вскрыши называется средним геологическим. Если при определении коэффициента вскрыши использованы промышленные запасы, то коэффициент вскрыши называется средним промышленным.

К моменту сдачи карьера в эксплуатацию объемы вскрыши и полезного ископаемого уменьшаются, так как в период строительства удаляется первоначальный объем вскрыши V_c и попутно добывается объем полезного ископаемого Q_c. Коэффициент вскрыши, определенный в этом случае, называется средним эксплуатационным К_э,

K=(V-V_с)/(Q-Q_с).

Слоевой коэффициент вскрыши К определяется как отношение объема пустых пород V_с к запасам полезного ископаемого Q_с в границах горизонтального слоя карьера

Мощность горизонтального слоя обычно принимается равной высоте уступа. Данный коэффициент вскрыши имеет смысл только для наклонных и крутопадающих месторождений. Практически он используется в транспортных расчетах для определения объема перевозок по транспортным коммуникациям, проложенным на транспортных бермах и капитальных траншеях.

Контурный коэффициент вскрыши К_к определяется как отношение объема вскрышных пород AV к извлекаемым запасам полезного ископаемого AQ, прирезаемых к карьеру при расширении его контуров,

K_к=AV/AQ.

Контурный коэффициент вскрыши используется при проектировании границ открытых горных работ.

Текущий коэффициент вскрыши К_т определяется как отношение объема вскрыши V_т, отработанной за определенный период, к добыче полезного ископаемого Q_т за этот же период (год, месяц, смену и т.д.). Геометрически он может быть определен как объем между смежными положениями горных работ в контурах карьера. Текущий коэффициент вскрыши используется в экономических расчетах для определения себестоимости полезного ископаемого (текущих затрат).

В течение срока отработки месторождения значение текущего коэффициента вскрыши обычно изменяется. Это изменение является следствием варьирования мощности вскрыши и полезного ископаемого, условий их залегания, наличия геологических нарушений, неравномерного содержания полезного компонента, а также экономических причин.

Граничный коэффициент вскрыши К_гр - это максимально допустимый коэффициент вскрыши по условиям экономичности открытых разработок. По своей величине он соответствует объему вскрышных работ, которые допустимо выполнить на добычу единицы полезного ископаемого. Определение К_гр сложно из-за множества факторов, влияющих на его величину. Причем эти факторы изменяются с течением времени.

Граничный коэффициент вскрыши используется при проектировании границ открытых горных работ. При этом граничный коэффициент вскрыши сравнивается со средним, максимальным текущим или контурным коэффициентами вскрыши. При проектировании границы перехода открытой разработки месторождения на подземную разработку в качестве допустимых затрат на единицу полезного ископаемого С_д принимают затраты на добычу полезного ископаемого подземными горными работами. В других случаях допустимую величину затрат на единицу полезного ископаемого определяют в зависимости от цены на минеральное сырье. Затраты на добычу единицы полезного ископаемого и удаление единицы вскрыши изменяются с течением времени за счет изменения глубины карьера, под влиянием технического прогресса, вследствие изменения экономической ситуации на предприятии, в стране, в мировой экономике.

Определение главных параметров карьера

Главными параметрами карьера являются конечная глубина, углы откоса бортов, объем горной массы в контурах карьера, запасы полезного ископаемого и объемы вскрышных пород, размеры карьера по подошве и на уровне земной поверхности. Все эти параметры взаимосвязаны между собой. Объем вскрышных пород, вычисляют как разность объемов горной массы и полезного ископаемого, м³/м\

Технологические требования к подготовке горных пород взрывом

Взрывные работы широко применяют в карьерах для рыхления скальных и полускальных пород. От качества взрывных работ в значительной степени зависят затраты последующих производственных процессов, выход и качество продукции карьера. К взрывным работам на карьерах предъявляют следующие требования.

Взрывание массива должно обеспечить требуемую степень дробления горных пород. Для улучшения показателей работы последующих процессов требуется интенсивное и равномерное дробление. При интенсивном дроблении снижаются затраты последующих технологических процессов, а равномерное дробление позволяет увеличить выход продукции с единицы горной массы. Однако увеличение степени дробления требует повышенных затрат на взрывные работы, приводит к переизмельчению горной породы и увеличенной ширине развала горной массы. Практика горных работ показала, что наиболее экономичной для всего технологического потока является минимальная степень дробления взрывом, достаточная для последующих процессов, так как последующее дробление горной массы на обогатительной фабрике более экономично.

В результате взрыва должен быть получен компактный навал взорванной горной массы. Компактный навал обеспечивает большую производительность выемочно-погрузочного оборудования. При разработке уступов сложного строения компактный навал обеспечивает лучшие условия для селективной разработки. Взрыв должен обеспечить полное разрушение взрываемого блока. Это относится главным образом к хорошему разрыхлению подошвы и откосов уступов. Неровная поверхность уступа ухудшает условия работы горного и транспортного оборудования, повышает потери и разубоживание полезного ископаемого. Нависи на откосах создают опасные условия работы.

Разрушения за пределами взрываемого блока должны быть минимальными. Разрушения за пределами взрываемого блока - это потери энергии на дробление горных пород. Заколы на верхнюю площадку уступа повышают опасность работ на этой рабочей площадке. Повышенное дробление в подошве уступа повышает вероятность обрушения стенок скважин, пробуренных на нижнем уступе.

Взрывные работы должны обеспечить достаточный объем взорванных пород для бесперебойной работы карьера. Запас взорванной горной массы позволяет избежать простоев оборудования из-за неподготовленной горной массы, а также сократить затраты на перегон экскаваторов и восстановление коммуникаций после взрыва. Однако чрезмерно большой объем взорванной горной массы «омертвляет» эксплуатационные затраты и удорожает производство. Выполнение перечисленных требований к взрывам обеспечивается правильным выбором метода, параметров, порядка взрывания и организацией взрывных работ, которая должна быть увязана со всеми другими работами в карьере.

Обычно на карьерах взрывные работы ведут в две стадии. На первой стадии (первичное дробление) происходит отделение породы от массива. На второй стадии (вторичное дробление) производят разрушение негабаритных кусков, выравнивание подошвы уступа, обрушение нависей и другие работы. Ведение взрывных работ в две стадии не следует считать обязательным и нормальным. Взрывные работы, проводимые в одну стадию более производительны и экономичны. Необходимость второй стадии возникает вследствие трудных природных условий, когда увеличение расхода взрывчатых веществ (ВВ) на первичное дробление приводит к чрезмерному увеличению ширины развала горной массы без существенного снижения выхода негабарита.

Буровые работы

Целью бурения на горных работах является создание в породном массиве полостей для размещения в них зарядов ВВ. Для различных условий на карьерах применяют различные способы бурения: вращательный, ударный, ударно-вращательный, вращательно-ударный, шарошечный и термический.

Преимущественное применение на карьерах получило шарошечное бурение. В настоящее время на карьерах России около 70% объема буровых работ выполняют станками шарошечного бурения. В качестве бурового инструмента используют шарошечные долота с зубьями или штырями, армированными твердыми сплавами. При вращении долота под большим осевым давлением зубья или штыри внедряются в горную породу на забое скважины и скалывают ее. Затем частицы породы выносятся на поверхность сжатым воздухом или смесью воды и воздуха. Станки шарошечного бурения характеризуются высокой производительностью, причем с увеличением диаметра скважины скорость ее проходки не снижается. Основными недостатками шарошечных станков являются их большая металлоемкость и стоимость, а также высокая стоимость и низкая стойкость долот. Стойкость шарошечных долот снижается при уменьшении их диаметра. Поэтому шарошечное бурение применяют для проходки скважин диаметром не менее 90 мм в породах различной крепости.

В породах слабых и средней крепости предпочтительнее применять вращательное бурение. В качестве бурового инструмента при вращательном бурении используют коронки с резцами, армированными твердыми сплавами. Для бурения скважин в карьерах применяют шнековые станки, у которых разрушенная на забое порода удаляется на поверхность шнеком. Станки вращательного бурения характеризуются небольшой массой и стоимостью, просты по устройству, обладают высокой производительностью. Недостатком вращательного бурения является значительное снижение производительности с увеличением крепости пород и диаметра скважин. Поэтому они применяются для бурения скважин диаметром до 160 мм в породах с коэффициентом крепости по М.М. Протодьяконову f< 6. Для бурения шпуров в породах с f < 8 используют сверла.

Ударно-вращательное бурение скважин пневмоударными станками основано на разрушении породы пневмоударным механизмом, работа которого состоит в следующем. Сжатый воздух, поступающий по буровой штанге в скважину, приводит в возвратно-поступательное движение поршень с бойком, который наносит удары по хвостовику буровой коронки. Буровая коронка поворачивается на некоторый определенный угол после каждого удара. Разрушен­ная ударом горная порода удаляется из скважины воздухом или смесью воды и воздуха. Станки пневмоударного бурения в крепких породах могут конкурировать с шарошечными. По сравнению с шарошечными станками они просты по конструкции, недороги. Недостатком пневмоударного бурения является существенное снижение скорости проходки скважины с увеличением ее диаметра. Поэтому в настоящее время пневмоударное бурение применяют в скальных породах при проходке шпуров и скважин диаметром до 160 мм. Для бурения шпуров используют перфораторы, имеющие ударный механизм на поверхности. Ударная нагрузка на забой шпура передается по буровой штанге.

Вращательно-ударное бурение отличается от ударно-вращательного тем, что удары наносятся по буровому инструменту, находящемуся под осевым давлением. Это позволяет повысить производительность проходки шпуров и скважин. Вращательно-ударное бурение получило преимущественное применение на подземных горных работах для бурения скважин диаметром до 90 мм. На открытых горных работах станки вращательно-ударного бурения используются для бурения шпуров.

Расчет параметров скважинных зарядов

Параметрами скважинных зарядов являются диаметр заряда d, глубина скважины 1_с, величина перебура l_п длина колонки заряда 1_заб, длина забойки l_з, сопротивление по подошве уступа W, расстояние между скважинами в ряду а, расстояние между рядами скважин в, коэффициент сближения скважин по, масса заряда в скважине Q, выход горной массы с 1 м скважины V.

Диаметры скважин выбирают с учетом физико-механических свойств горных пород, требуемой степени их дробления и других условий. На карьерах применяют преимущественно скважины диаметром 100 - 320 мм.

Глубина для вертикальных скважин l_с=h + l_n, м,

где h - высота уступа, м; 1_п - величина перебура, м.

Для наклонных скважин l_c=h/sinα + l_п,

где а - угол наклона скважины к горизонтальной плоскости.

Перебур необходим для хорошего разрыхления горной массы в подошве уступа. Для определения величины перебура предложены различные эмпирические формулы. Ориентировочно величина перебура составляет l_п=(10...15)d.

Большее значение величины перебура принимают для более крепких пород.

Забойка необходима для лучшего использования энергии взрыва. При уменьшении величины забойки увеличивается энергия ударной воздушной волны и увеличивается разлет отдельных кусков породы. При дальнейшем увеличении длины забойки нерационально используется объем выбуренной скважины и ухудшается качество дробления пород. Однако с целью уменьшения ширины развала породы длину забойки иногда увеличивают до l_заб=40d.

При дроблении шпуровыми зарядами в негабаритном куске пробуривают один или несколько шпуров длиной l_ш = (1/3...1/2)D, где D - толщина негабаритного куска. Количество шпуров определяют из условия размещения в них требуемого количества ВВ. ВВ размещают в нижней части шпура. Длина заряда l₃ = (2/3.. .3/4)l_ш, остальную часть шпура заполняют забойкой. Взрывание негабаритов обычно выполняют одновременно с производством массового взрыва.

При дроблении накладными зарядами на негабаритный кусок насыпают требуемое количество ВВ, сверху помещают забойку из мелкозернистого грунта и взрывают. Дробление негабарита накладными зарядами более производительно, однако при этом расход ВВ приблизительно в 5 раз выше и больше опасность по действию ударной воздушной волны и разлету осколков породы.

Относительно безопасна разделка негабарита накладными кумулятивными зарядами. Кумулятивными зарядами разделка негабарита может производиться на колосниковых грохотах, в рабочем пространстве щековой дробилки, в вагонах-думпкарах, на лотке выбропитателя и др.

Механические способы разделки негабарита основаны на разрушающей силе удара. Преимущества этих способов: возможность производить ликвидацию негабаритов, не останавливая других производственных процессов, меньше потери полезного компонента. В качестве установок для механической разделки негабарита используют краны-бутобои. А также пневмо- и гидробутобои. Для использования этого оборудования негабариты должны быть уложены на спланированной площадке так, чтобы к каждому из них был обеспечен доступ рабочего органа.

Классификация выемочно-погрузочного оборудования

Выемка и погрузка осуществляются одной машиной или одним комплексом забойных машин, и поэтому рассматриваются как единый производственный процесс. Исключение составляют горные работы по добыче штучного камня.

По принципу действия различают выемочно-погрузочное оборудование непрерывного и цикличного действий. В машинах цикличного действия рабочий орган состоит из одного черпака или одного режущего элемента, выполняющего следующий рабочий цикл: выемку, перемещение к месту разгрузки, разгрузку и возвращение в забой. В машинах непрерывного действия конструктивно объединено несколько рабочих органов, каждый из которых выполняет такой же цикл, как рабочий орган машины цикличного действия. Непрерывность рабочего процесса обеспечивается тем, что за счет нескольких черпаков в любой момент времени выполняются все элементы рабочего цикла отдельного черпака.

По функциональному признаку различают оборудование выемочно-погрузочное и выемочно-транспортное. К выемочно-погрузочному оборудованию относятся все экскаваторы, выемочно-транспортному - скреперы и бульдозеры. Одноковшовые погрузчики могут работать выемочно-погрузочным или выемочно-транспортным оборудованием.

В практике открытых горных работ применяют самые разнообразные машины с широким диапазоном технологических свойств. Разнообразие горных машин объясняется разнообразием условий ведения горных работ. Место и участок местности, где работает выемочно-погрузочная машина, называется забоем. В зависимости от положения разрабатываемой поверхности относительно выемочно-погрузочной машины забои различают: торцовый (боковой), продольный (фронтальный), тупиковый (траншейный) и забой-площадка.

Рис. Типы забоев выемочно-погрузочных машин:

а - торцевой; б - продольный; в – тупиковый

В торцовом забое (рис. а) выемочно-погрузочная машина расположена в пределах заходки, по краям заходки с одной стороны находится выработанное пространство, с другой стороны - ненарушенный массив. В продольном забое (рис. 6) выемочно-погрузочная машина перемещается за пределами отрабатываемой ею заходки. В тупиковом забое (рис. в) выемочно-погрузочная машина перемещается в пределах заходки, по обе стороны которой расположен ненарушенный массив. В забое-площадке выемка производится на горизонтальной поверхности. После каждого вынутого слоя поверхность забоя понижается. Забой-площадка характерен для мобильного выемочно-транспортного оборудования.

В зависимости от взаимного расположения забоя и горизонта установки выемочно-погрузочной машины различают выемку верхним, нижним и смешанным (верхним и нижним) черпанием. В зависимости от взаимного расположения транспортного горизонта и горизонта установки выемочно-погрузочной машины различают нижнюю и верхнюю погрузку.

Рис. Способы выемки и погрузки: а - верхнее черпание и нижняя погрузка;

б - нижнее черпание и нижняя погрузка; в - верхнее черпание и верхняя погрузка

Особенности работы карьерного транспорта

Задача карьерного транспорта состоит в перемещении горной массы от забоя до пункта приема карьерного груза на поверхности. Кроме карьерного транспорта на горном предприятии работают транспортные средства внешнего транспорта, производящие транспортирование готовой продукции, и вспомогательного транспорта для обслуживания отдельных процессов (перевозки людей, оборудования, перемещения горной массы по обогатительной фабрике и др.). Если качество горной массы удовлетворяет потребителя, то функции карь­ерного и внешнего может выполнять одно транспортное средство.

Перемещение горной массы происходит во всех процессах: при подготовке к выемке, выемочно-погрузочных работах и т.д., но основной объем работ по перемещению горной массы выполняют средства карьерного транспорта. Иногда в благоприятных условиях перемещение горной массы может производиться без использования транспортных средств (перевалка вскрыши в выработанное пространство экскаватором, отработка вскрыши взрывами на выброс или сброс).

Транспортирование горной массы - наиболее важный производственный процесс в том отношении, что обычно затраты на транспортирование составляют не менее 50% общих затрат на горные работы. Иногда доля этих затрат составляет до 70-80% общей стоимости горных работ.

Характерные особенности карьерного транспорта:

- массовость и односторонняя сосредоточенная направленность основных карьерных грузов;

- относительно короткие расстояния перемещения;

- значительная плотность, абразивность, неоднородная кусковатость горной массы, ударные воздействия при погрузке и разгрузке;

- нестационарность пунктов погрузки горной массы и разгрузки вскрышных пород;

- большая крутизна подъема или спуска;

- стесненность пространства для маневров.

На карьерах используются почти все известные виды и технические средства перемещения грузов. Все виды транспорта различают по ряду признаков. По принципу действия: цикличные и поточные. По характеру работы: подвижные и стационарные. По функциональному признаку: самостоятельные и специальные. Первыми возможно перемещение горной массы от забоев до пунктов приема, а вторые могут использоваться только на отдельных участках перемещения груза, являясь звеном комбинированного транспорта. По типу ходового и путевого устройства: железнодорожный, автомобильный, конвейерный, гидравлический и др.

Грузооборотом называют количество полезного груза, перемещаемого в единицу времени от пункта погрузки до пункта разгрузки.

Под грузопотоком понимается поток грузов, характеризующийся сравнительно устойчивым направлением и объемом.