Простые, тупиковые и петлевые трассы

Наибольшее распространение для вскрытия глубоких горизонтов получили разнообразные виды внутренних полутраншей (съездов). Они чаще всего являются продолжением траншей внешнего заложения.

Угол в плане ср между осью съезда и откосом уступа может находиться в пределах arcsin i ctga ≤ φ ≤ π/2 (рис. 5.2). При минимальном угле φ = arcsin i ctg а (см. рис. 5.2, а) уменьшается дополнительный разнос нерабочего борта.

Этот угол увеличивают при применении автотранспорта для сокращения длины трассы, расстояния перевозок на горизонтах. Съезды при этом имеют верхнюю траншейную и нижнюю полутраншейную части (см. рис. 5.2, б) или верхнюю траншейную часть, а нижнюю часть в виде насыпи (см. рис. 5.2, в). Часто съездами называют и наклонные внутренние траншеи.

Простая трасса размещается на одном или двух смежных бортах карьера. Трасса может быть стационарной, полустационарной, скользящей или иметь стационарную и скользящую части. Простая трасса характеризуется неизменным направлением движения транспортных средств в ее пределах и наименее сложной конструкцией пунктов примыкания к горизонтам. Следствием этого являются максимальные для внутренних трасс скорость движения транспорта и пропускная способность трассы, минимальный разнос борта карьера.

Участки стационарной трассы образуются сразу же по мере вскрытия рабочих горизонтов или при выходе участков скользящей трассы па нерабочий борт карьера, причем горизонт с новым участком стационарной трассы является рабочим или уже нерабочим. При формировании стационарной простой трассы в зоне отработанных верхних горизонтов целесообразно примыкание съездов к ним устраивать на руководящем подъеме. При этом увеличивается число горизонтов, вскрываемых прямым отрезком трассы, а также уменьшается разнос бортов. При автотранспорте по требованиям безопасности движения на затяжном подъеме необходимо устройство пологих вставок.

Примыкание стационарных съездов к рабочим горизонтам осуществляется обычно на промежуточных площадках.

При железнодорожном транспорте длина площадок L_П, составляет 150—400 м; при автотранспорте –15÷30 м и в основном зависит от требуемой ширины транспортных берм.

Внутренние трассы или траншеи смешанного заложения с простыми трассами при железнодорожном транспорте возможны обычно в карьерах глубиной до 60—100 м. При автотранспорте такие стационарные трассы широко применяются в карьерах вытянутой формы для вскрытия как всех, так и групп верхних горизонтов.

При полускальных породах угол откоса борта, обеспечивающий размещение транспортных коммуникаций, составляет 26—38°. Если он меньше угла, определяемого по условиям устойчивости откоса, то необходим дополнительный разнос борта для размещения стационарных съездов. В общем случае объем дополнительного разноса борта (м³) может быть приблизительно определен для всех форм трассы как объем полупризмы (рис. 5.3):

где Н_к--конечная глубина заложения внутренней трассы, м; К_у —коэффициент удлинения трассы; b — ширина дна траншеи.

Тупиковые трассы могут быть стационарными, полустационарными и скользящими. Длина тупиковых площадок примыкания L_П определяется из условия размещения на них поезда и возможности торможения его перед остановкой; при этом учитывают условия обмена поездов, т. е. схему путевого разви­тия тупиковых разъездов и постов примыкания. Величина L_n изменяется от 250 до 600 м. Ширину тупиковой площадки определяют числом укладываемых путей, габаритами подвижного состава и устойчивостью откосов уступов, обычно она равна 8—20 м.

Типичным при тупиковой трассе является вскрытие рабочих горизонтов одинарными внутренними траншеями (рис. 5.4, а и б). Возможно применение парных траншей с тупиковой трассой (рис. 5.4, в).

Тупиковые трассы разделяются на одноступенчатые и многоступенчатые (поступательно-тупиковые) соответственно при вскрытии прямым отрезком трассы одного и нескольких горизонтов, а по числу путей — на однопутные и двухпутные.

В глубоких карьерах (Н_к=170÷200 м и более) с большими их размерами в плане часто на верхних и средних горизонтах трасса трех- и двухступенчатая, а на нижних — одноступенчатая. При небольшой протяженности борта L_K максимально возможная высота (м) вскрываемых уступов зависит от уклона траншеи i и длины тупиковых площадок примыкания L_n:

а

б

в

Увеличить пропускную способность тупиковой трассы позволяет поточное движение поездов. Для этого требуется устройство телескопических тупиков с двусторонним примыканием или двух трасс соответственно при вскрытии одинарными и парными траншеями (рис. 5.5).

При схемах поточного движения поездов необходима большая протяженность карьерного поля. Так, даже при одноступенчатой телескопической трассе длина одного ее участка равна 1300—1500 м. Значительно больше должна быть длина борта для размещения многоступенчатой телескопической трассы. Обычно при этом прямым отрезком трассы вскрывают не более двух верхних уступов. При схемах с двумя трассами ускоряется подготовка горизонтов за счет одновременного проведения траншей в двух направлениях.

Двухпутная тупиковая трасса даже при телескопических тупиках имеет меньшую пропускную способность, чем простая. Устройство третьего и четвертого путей не приводит к увеличению пропускной способности трассы из-за пересечений путей на горизонтах, поэтому многопутные трассы не применяются.

При поточных схемах движения и автоблокировке пропускная способность двухпутных тупиковых трасс может составлять 200—280 пар поездов в сутки, а годовая производственная мощность карьера по горной массе может достигать при однопутных двух трассах 16—30 млн. т и при двухпутных телеско­пических трассах 25—40 млн. т. Схемы путевого развития простых и тупиковых трасс, при которых обеспечивается поточное движение поездов, возможны практически только при продольной однобортовой системе разработки.

Петлевые трассы характеризуются высокой пропускной способностью. При устройстве трасс на косогоре или борту карьера размещение поворотной площадки возможно в выемке, на насыпи или одновременно в полувыемке и на иолунасыпи (рис. 5.6, а и б). Объемы горных работ (м³) по сооружению выемки или насыпи приближенно рассчитываются по формулам, предложенным Е. И. Васильевым:

для полувыемки

для полунасыпи

Величины φи φ₁ определяются из выражений:

где а — угол откоса борта выемки, градус; γ — угол наклона борта карьера или косогора, градус; ω — угол откоса насыпи, градус.

Коэффициент λ учитывает торцовые участки полувыемки или лолунасыпи. Его значения при определении объема полувыемки принимаются следующими:

Коэффициенты К_В и К_Н учитывают центральный угол, охватываемый полунасыпыо.

Объем горных работ по сооружению площадки для петли пропорционален третьей степени ее радиуса и может достигать нескольких миллионов кубических метров. Поэтому при железнодорожном транспорте целесообразность сооружения петлевой трассы проверяется сопоставлением затрат на дополнительные объемы горных работ и возможной экономии по транспортированию. Петлевое соединение при железнодорожном транспорте применяют, если на флангах карьерного поля имеются выположенные участки бортов; такие соединения при этом могут рассчитываться на расположение спаренных независимых трасс.

При автотранспорте петлевые трассы общеприняты, так как дополнительные объемы горных работ в этом случае намного меньше. Для обеспечения возможности движения автомашин по трассе со скоростью 20 км/ч необходимо, чтобы радиус поворота петлевого соединения составлял не менее 25— 30 м. Для этого разнос бортов карьера или косогора па участках расположения поворотных площадок увеличивается. Только в стесненных условиях (крутые косогоры, нижние горизонты глубоких карьеров) допускается уменьшение радиуса петли до 15—20 м.

Спиральные трассы

При спиральной трассе производительность транспорта больше, чем при тупиковой и петлевой трассах, из-за непрерывного движения по трассе и увеличения радиуса кривых, особенно на верхних горизонтах. Основное преимущество стационарной спиральной трассы состоит в уменьшении разноса постоянного борта карьера для ее размещения. Если хотя бы один из бортов карьера сложен неустойчивыми породами, расположение на нем длительно существующих участков спиральных трасс практически исключается из-за опасности разрушения главных коммуникаций.

При округлой форме карьера в плане спиральная трасса может быть представлена в виде кривой (рис. 12.7), расположенной на боковой поверхности конуса таким образом, что угол наклона ее к горизонту arctg J сохраняется одинаковым. Если обозначить площадь дна карьера через S_Д (м²), периметр его через Р_Д (м), глубину вскрытия спиральной трассы через Н(м) и усредненный угол откоса бортов α, то размеры карьера (площадь S_n, м² периметр Р_П, м) па горизонте начала спиральной трассы могут быть определены из выражений:

Общая протяженность спиральной трассы L_ТР (м)при коэффициенте ее удлинения К_У руководящем подъеме i_p и протяженности ее отдельного участка l_Тр(м), вскрывающего один уступ высотой Н_у(м):

где п- -число вскрываемых уступов.

Так как при постоянных значениях Ку, Н_у и i_p величина l_тр не изменяется по всей глубине карьера, а его размер уменьшается при приближении к дну, центральный угол β, охватываемый одним участком спиральной трассы протяженностью l_тр, увеличивается по мере ее углубления.

Число витков спирали до конечной глубины вскрытия для любой формы карьера приближенно может быть установлено путем деления общей длины трассы на средний периметр контура карьера:

Полученное при этом число витков оказывается заниженным на 5—15% по сравнению с действительной его величиной.

Для устройства стационарной спиральной трассы в период вскрытия рабочих горизонтов первую наклонную траншею проводят с поверхности по конечному контуру карьера. После достижения отметки рабочего горизонта проводят разрезную траншею на участках примыкания и вскрытия второго гори­зонта. Одновременно отрабатывают часть уступа на ширину рабочей площадки, далее от конца площадки примыкания про­водят по конечному контуру карьера следующую наклонную траншею до отметки второго рабочего горизонта и т. д. (рис. 5.8). Горные работы при этом на каждом горизонте разви­ваются по вееру, поворотным пунктом которого является пункт примыкания горизонтальных путей (дорог) данного уступа к путям капитальной траншеи (веерная рассредоточенная система разработки). Такие поворотные пункты легко находятся как точки пересечения спиральной трассы с изолиниями бортов карьера, имеющих высотные отметки рабочих горизонтов.

Число рабочих уступов п_р не может превышать числа уступов n_у, охватываемых одним витком спирали (n_р<n_у). Величина n_Р (без учета уступа, по которому проводится очередной участок трассы) составляет обычно не более 50—65 % от числа уступов, вскрываемых одним витком спирали [n_р<(0,5÷0,65)n_у].

Уменьшение размеров карьера в плане при углублении работ приводит к уменьшению числа уступов на один виток спирали и величины п_р. Общая протяженность фронта работ карьера при веерной системе разработки по мере углубления рабочей зоны уменьшается.

(4)

где Н_х — высота расположения (от дна карьера) нижнего рабочего уступа, м.

Формула (4) справедлива только для трассы, имеющей один виток и более.

Размер горизонта, который может быть вскрыт при использовании железнодорожного транспорта, должен быть не менее минимально допустимого радиуса кривых R_Т (150—200 м, в виде исключения 100—120 м). Так как по условиям производства горных работ вскрытие нижнего горизонта можно произвести участком трассы с центральным углом, не превышающим 180°, то в этом случае должно соблюдаться следующее соотношение между высотой уступа, уклоном и минимальным радиусом железнодорожного пути:

(5)

Если заданы R_т, i_Р ^и Ку, то из соотношения (5) можно определить максимально допустимую по условиям вскрытия высоту уступа.

Веерная система разработки на месторождениях вытянутой формы может применяться только при условии, что календарный план добычных работ выполняется при одном - трех рабочих добычных уступах, так как на торцовых участках трасса резко поворачивается при углублении всего на один-два уступа; вскрытие очередных горизонтов возможно, если к моменту завершения поворота располо­женные выше уступы уже отработаны. При вытянутых карьерных полях и использовании авто­транспорта целесообразна организация карьера первой очереди округленной формы в плане, а разнос бортов по простиранию и переустройство спиральной трассы предусматриваются в будущие периоды.

При разработке крутых залежей рассмотренный порядок вскрытия горизонтов и развития горных работ обусловливает большие объемы горно-капитальных работ, срок строительства и освоения мощности карьера, особенно если залежь находится под мощной толщей пустых пород и ее запасы на верхних горизонтах невелики. Кроме того, обязательно предварительное оконтуривание месторождения.

Веерная рассредоточенная система разработки и первоначальное вскрытие рабочих горизонтов съездами со спиральной формой трассы при железнодорожном транспорте по указанным причинам применяются редко.

Стационарные спиральные трассы обычно создаются:

постепенно при поочередном выходе участков скользящей трассы (с простой, петлевой или спиральной формой трассы) на нерабочий борт карьера (рис. 5.9);

при реконструкции петлевой (иногда тупиковой) трассы, расположенной на постоянном или промежуточном борту карьера, после достижения уступами конечного положения на верхних горизонтах.

Устраиваемые в нерабочей зоне спиральные трассы обычно примыкают к горизонтам на руководящем подъеме и имеют пологие вставки при автотранспорте. Приуклоне 6, 8 и 10 % К_у составляет соответственно 1,04—1,07, 1,08—1,12 и 1,1-1,15.

На мощных карьерах при автотранспорте могут устраиваться иногда парные спиральные трассы. В этом случае внутренняя, более короткая и крутая (i=10—12%) система съездов служит для движения в карьер порожних автомашин, а внешняя, более длинная и с меньшим уклоном (i≤8%) — для выезда груженых машин из карьеров.