Технологические способы регулирования режима горных работ

Как уже отмечалось, построенные графики горно-геометрического анализа и соответствующие им календарные графики справедливы только для принятых варианта вскрытия, порядка развития и технологии горных работ. Эти варианты были заданы при исследовании режима горных работ углами бортов карьера, положением дна разрезной траншеи на горизонтах и ее размерами.

Поэтому решения о переносе объемов горных работ с одного периода на другой, принимаемые при построении рационального календарного графика, должны быть обоснованы с точки зрения возможности их технической реализации.

Один из способов сглаживания пиковых объемов вскрышных работ заключается в удлинении периода их выполнения, что достигается уменьшением производительности карьера по полезному ископаемому. Естественно, это приводит к снижению скорости развития горных работ.

Случай, когда выравнивание календарного графика вскрышных работ осуществляют путем переноса пиковых объемов на более ранние периоды, технологически реализовать достаточно просто увеличением объемов вскрышных работ в группе верхних уступов в первый период эксплуатации карьера.

Реализацию наиболее сложного варианта выравнивания календарного графика, когда выполнение пиковых объемов работ переносят на более поздние периоды, осуществляют посредством формирования определенной последовательности ведения горных работ. Для такого регулирования календарного графика режима горных работ применяют следующие технологические способы

I. Выделение промежуточных этапов разработки в плане и по глубине. При продолжительном сроке эксплуатации в отдельных случаях может быть рациональным выделение этапов работы карьера или промежуточных его контуров с запасами, обеспечивающими работу в течение первого периода (этапа) продолжительностью 12—15 лет с более благоприятными условиями разработки: меньшими коэффициентом вскрыши и дальностью откатки, лучшим качеством руды и т.д. Порядок установления промежуточных контуров карьера определяется поставленной целью — улучшением в первый период его работы того или иного, а иногда и нескольких показателей разработки.

При выделении промежуточных контуров очень важно определить конечные границы карьера с учетом их перспективного расширения. Поэтому в проектах крупных и глубоких карьеров следует принимать во внимание возможность выделения этапа, на котором можно добиться максимального сокращения текущего коэффициента вскрыши, а также учитывать работоспособность схемы вскрытия карьера в период перехода от одного этапа к другому.

При проектировании работы карьера этапами необходимо помнить, что переходы от одного этапа к другому обычно сопровождаются весьма трудоемкими работами по реконструкции транспортных коммуникаций карьера, замене и увеличению числа единиц горного и транспортного оборудования, увеличению численности работающих.

При проектировании разработки карьера этапами в пределах конечных контуров намечают промежуточный контур — этап разработки. На этом контуре предусматривают формирование временно нерабочего борта с углом наклона 25-30°, разносимого по мере углубления карьера, или организуют карьер первой очереди, отрабатываемый с опережением. Это дает возможность перенести (законсервировать) выполнение части объемов вскрышных работ на более поздние периоды разработки.

При разработке глубоких карьеров можно предусматривать развитие горных работ с выделением нескольких этапов (рис. 6.11) и последовательным формированием временно нерабочих бортов карьера.

При проектировании карьера с временно нерабочими бортами прежде всего устанавливают параметры элементов этих бортов; число уступов, ширину берм на уступах и длину части борта, подлежащей консервации.

Порядок ведения горных работ при формировании промежуточных этапов показан на рис. 6.12.

В пределах конечного контура карьера ABCD выделяют промежуточный контур EFMN. В начальный период горные работы ведут внутри этого промежуточного контура с формированием по линии EF временно нерабочего борта с транспортными бермами на нем. Развитие горных работ при этом, естественно, не следует планировать в буквальном смысле до промежуточного контура, так как это фактически означало бы их консервацию.

Поэтому разнос временно нерабочего борта начинается не с момента достижения им конечного положения EF, а тогда, когда объемы вскрышных работ в пределах промежуточного контура на­чинают снижаться или когда уменьшение длины фронта добычных работ затрудняет добычу полезного ископаемого в запланированных объемах, например, при достижении горными работами положения ELGHPD. После этого в верхней зоне карьера, начиная с верхних уступов, рабочие площадки расширяют до нормальных размеров, что приводит к постепенному уменьшению высоты временно нерабочего борта карьера, в нижней зоне работы развивают с сохранением временно нерабочего борта (линия LF). Промежуточное положение горных работ при этом показано на рис. 6.12 пунктиром.

С начала разноса временно нерабочего борта от контура ELGHPD до достижения контура ASFMND (см. рис. 6.12) вертикальное углубление по основному участку (по борту со стороны лежачего бока залежи) составит Н₀. За это же время вертикальное понижение горных работ (по борту со стороны висячего бока залежи) равно Н_В. При вертикальной годовой скорости углубления по основному участку У₀ и временно нерабочему борту У_в

Таким образом, высота временно нерабочего борта, а следовательно, объем консервируемой вскрыши и срок консервации определяются интенсивностью отработки временно нерабочего борта.

Параметры временных целиков, расположенных над добычной зоной карьера, рассчитывают из условия недопустимости сокращения разрабатываемых рудных площадей за счет целиков. Расчетная схема для определения текущих параметров временных целиков приведена на рис. 6.13, а. Здесь линии ABCD и ETF — последовательные положения борта. Точка Т лежит на пересечении рудного контакта с продолжением откоса борта временного целика. К моменту достижения этой точки добычными работами сюда же должны опуститься из точки С работы по разносу целика, иначе говоря, целик должен быть сработан. Исходя из этих соображений, текущая высота целика может быть определена по формуле

(5)

где H₁ — высота целика в момент t,м; l_i — расстояние в плане между нижним основанием целика и рудным контактом в момент t, м; α_Р и β — углы откоса рабочего борта и борта целика, градус; γ — угол падения рудного тела, градус; h_Ц— скорость углубки горных работ по разносу целика, м; h_Р— скорость углубки добычных работ (вертикальная со­ставляющая) вдоль рудного контакта, м.

При падении рудного тела, близком к вертикальному (γ= 90⁰), выражение (5) можно упростить:

Для крупных карьеров, имеющих значительные глубины и размеры в плане, рекомендуется передвижение временных целиков в направлении к конечному боргу через несколько промежуточных положений. При этом рабочий борт карьера в поперечном сечении изображают ломаной линией, отрезки которой представляют чередующиеся по высоте откосы временных целиков и откосы рабочих зон по разносу этих целиков (рис. 6.14, б). Высота временных целиков и шаг их передвижения длятакого порядка ведения работ определяют из выражений

где H_Ц- высота передвигаемого участка целика, м; L — длина рабочей зоны в плане между двумя соседними по высоте участками целика, м; X — шаг передвижения целика, м.

При γ = 90⁰ высота временного целика

Величина L может быть установлена, исходя из рациональной концентрации горных работ по разносу целика и рациональной продолжительности работ на каждом горизонте, с учетом необходимости систематического перегона погрузочного и бурового оборудования с горизонта на горизонт.

Подобный порядок ведения горных работ часто называют перемещением рабочей зоны с чередующимися временными целиками.

При проектировании разработки карьера с временными целиками должны быть установлены сроки начала их формирования и срабатывания с тем, чтобы была обеспечена возможность перемещения на заданное расстояние.

Расстояние перемещения уступов целика определяется необходимостью создания на всех горизонтах рабочих площадок нормальной ширины (в этом случае временный целик перестает существовать) или сохранения рудных площадей.

При применении железнодорожного транспорта возможно последовательное подвигание уступов временно нерабочего борта по всей его длине, что требует значительного времени, необходимого для отработки временных целиков, и, как следствие этого, не позволяет получить высокую скорость их перемещения.

При применении автомобильного транспорта горные работы в зоне целиков можно вести с высокой интенсивностью, что обеспечивает высокую скорость их отработки и перемещения. Этого можно достигнуть благодаря следующему порядку ведения горных работ.

Фронт работ на первой полосе верхнего (во временном целике) уступа перемешается на минимальное расстояние, необходимое для образования рабочей площадки и первичного фронта на нижележащем уступе, после чего начинают его выемку.

Минимальное опережение верхнего уступа (длина рабочей площадки) определяют из условия размещения горнотранспортного оборудования и развала взорванной породы, а также создания полутора-двухнедельного запаса готовой к выемке породы на нижележащем горизонте. При наиболее распространенной высоте уступа 15 м длина рабочей площадки находится в пределах 200-250 м. Длина первичного фронта на уступе определяется шириной отрабатываемой полосы (около 50-60 м) и углом ее ориентации по отношению к протяженности уступа.

При разработке рыхлых и полускальных пород возможно применение варианта описанной выше системы с выемкой горной массы тонкими слоями.

Горные работы на всех остальных нижних уступах целика осуществляют по аналогичной схеме. В результате перемещения рабочих фронтов по вышеописанному способу все уступы временного целика отрабатывают до намеченных границ, благодаря чему происходит его перемещение в следующее положение.

Следует подчеркнуть, что определение рациональных границ этапов — сложная многовариантная задача, решение которой зависит от многих разнообразных факторов, таких как конфигурация залежей и пространственное положение полезных компонентов в них, глубина карьера и форма карьерного поля, режим горных работ, система разработки, вскрытие месторождения, технология работ, типы и параметры применяемого оборудования и др. Стабилизацию объемов вскрышных работ целесообразно планировать на достаточно продолжительный период, соизмеримый со сроком амортизации основного горного и транспортного оборудования.

Разработку месторождений этапами целесообразно предусматривать в следующих случаях.

При разработке крутопадающих залежей с углами падения 25—30⁰. Наиболее эффективна она при углах падения залежи 55-60⁰.

На глубоких карьерах число выделяемых этапов, объем законсервированной вскрыши и сроки консервации устанавливают в зависимости от их глубины. Так, при конечной глубине карьера 200-300 м возможна консервация отдельных участков на срок до 4—5 лет; при глубине 300— 400 м выделяют 2—3 этапа со сроком консервации вскрыши 5-10 лет; при глубине 400 — 500 м возможно выделение 4-5 этапов со сроком консервации вскрыши до 15-20 лет. В этих случаях можно предусматривать формирование временно нерабочих бортов попеременно со стороны висячего и лежачего боков залежи. Транспортные коммуникации размещают полустационарно на временно нерабочем борту и периодически переносят.

При разработке карьерных полей округлой формыцелик целесообразно расположить по периметру рабочей зоны, что позволяет увеличить его длину.

При разработке неоднородных залежейвыделение этапов преследует цель вовлечь в первоначальную разработку участки с более высоким качеством полезного ископаемого и низким коэффициентом вскрыши.

При разработке нескольких сближенных залежейэтапы формируют для достижения сбалансированной очередности и интенсивности их отработки.

При разработке месторождения группой карьеровэтапы разработки на разных карьерах группы следует устанавливать во взаимосвязи таким образом, чтобы снижение производительности по полезному ископаемому на одном карьере при достижении границ этапа и проводимой при этом реконструкции компенсировалось повышением произ­водительности на смежных карьерах.

Кроме возможности выравнивания пиковых объемов вскрышных работ, этапная разработка месторождения позволяет уменьшить размеры карьера в границах первого этапа и объемы горно-капитальных работ, сократить сроки строительства.

Рациональное распределение объемов вскрышных работ по периодам разработки, уменьшение первоначального объема горно-капитальных работ позволяют снизить общие затраты на разработку месторождения на 10-15%. Вместе с тем способ разработки месторождения этапами вызывает необходимость дополнительных затрат на формирование и последующую расконсервацию временно нерабочего борта.

Переход к очередному этапу разработки карьера вызывает необходимость проведения его реконструкции - переноса транспортных коммуникации с разносимого временно нерабочего борта, выполнения на нем значительного объема горных работ по расширению транспортных берм до рабочих площадок нормальной ширины по усложненным, существенно менее эффективным схемам. В связи с этим требуется найти и детально проработать порядок осуществления и организации горных работ, который обеспечивал бы поддержание установленной производительности карьера по полезному ископаемому.

Карьерные поля значительной протяженности можно отрабатывать по очередям. В этом случае разработку месторождения ведут последовательно рядом относительно независимых участков. Их размер выбирают таким образом, чтобы обеспечить нормальные показатели скоростей подвигания фронта работ. Продолжительность периода работ на каждом участке устанавливают по скорости подвигания фронта и возможности создания необходимого объема вскрытых запасов полезного ископаемого. Для обычных условий ее можно принимать в диапазоне 1,5-3 года.

2. Применение в первый период иди постоянно систем разработки с меньшими размерами рабочей зоны (поперечных, поперечно-продольных и кольцевых).

3. Сокращение длины активного фронта работ уступов при оставлении на остальных участках фронта минимальных рабочих площадок.

Сокращение действующей части рабочей зоны, как в плане, так и по высоте осуществляется за счет, временной остановки работ на части фронта группы уступов и последующего чередования участков отработки. Этот способ применяют при разработке мощных крутых залежей по достижении карьером глубины 80—120 м и более. Способ связан с необходимостью полустационарного размещения экскаваторных складов при применении комбинированного автомобильно-железнодорожного транспорта. С целью сокращения расстояния перевозок автомобильным транспортом на мощных карьерах на рабочих бортах располагают до 4-7 перегрузочных пунктов. При этом временно консервируется 30-50% обшей длины добычного фронта и до 20-30% общей длины вскрышного фронта. Продолжительность остановки работ и расположения на одном месте перегрузочного пункта составляет 1 -3 года, что позволяет создавать на рабочих бортах полустационарные железнодорожные съезды. Чередование работ в плане и по высоте рабочей зоны вызывает необходимость интенсивного углубления работ на отдельных участках карьерного поля.

Сокращение действующей части рабочей зоны может быть достигнуто также за счет чередования работ на смежных по глубине уступах в пределах допустимого сокращения ширины рабочей площадки. При уменьшении ширины рабочей площадки с 40-60 м до бермы шириной 10-20 м и обычной скорости подвигания фронта 40-70 м/год период поочередной работы устанавливают в пределах 0,5-1 года.

Нужную протяженность фронта вскрышных работ и устойчивость фронта добычных работ можно обеспечить уменьшением числа одновременно отрабатываемых уступов до 2-3 при ведении работ на средних и глубоких горизонтах. В пределах отработанной зоны карьера по отстроенному постоянному или временно законсервированному борту может быть проложена спиральная трасса. Вскрытие двух-трех уступов осуществляют исключительно скользящими съездами, что способствует созданию лучших условий для раздельной разработки.

Естественно, возможно одновременное применение и двух-трех рассмотренных способов регулирования размеров рабочей зоны карьера. При этом следует ставить задачу не только добиться необходимого режима горных работ, но и улучшить транспортное обеспечение глубоких горизонтов при комбинированном транспорте.

Во всех случаях сокращение действующей части рабочей зоны карьера (при полном ее развитии) улучшает показатели использования экскаваторов и транспортных средств за счет концентрации горных работ.

4. Увеличение углов откосов рабочих бортов или рабочей зоны на разных этапах разработки месторождения. Это может быть достигнуто изменением элементов системы разработки или заменой, где это возможно, вида транспорта (например, железнодорожного на автомобильный).

Так, в начальный период, когда желательно форсировать вскрышные работы с целью усреднения их годовых объемов и создания вскрытых запасов, не следует увеличивать высоту уступов на верхних горизонтах карьера. Созданный резерв в переходящих объемах вскрышных работ дает возможность в последующие годы замедлить или даже временно приостановить работы на этих горизонтах и вести добычные работы за счет увеличения углов откосов рабочих бортов.

Можно также планировать уменьшение ширины рабочих площадок и увеличение высоты уступов. В последнем случае следует предусматривать применение экскаваторов с большими линейными (технологическими) параметрами.

5. Поочередное вовлечение в разработку участков месторождения с минимальными коэффициентами вскрыши и последующим их объединением. Такой способ применим при разработке протяженных залежей значительных размеров по площади со сложной структурой и т.п.

6. Применение варианта вскрытия, позволяющего снизить пиковые объемы вскрышных работ. Важнейшее значение здесь имеют способ вскрытия, местоположение и стационарность вскрывающих выработок.

Вскрытие рабочих горизонтов полустационарными и скользящими трассами позволяет регулировать объемы вскрышных работ во времени в достаточно широких пределах, сокращать сроки подготовки новых горизонтов в период строительства.

Напротив, вскрытие крутых залежей стационарными съездами, сразу располагаемыми в конечном положении, существенно увеличивает объемы вскрышных работ в период строительства и развития мощности карьера-Возможность сокращения объемов горно-капитальных работ и сроков строительства карьеров особенно важно учитывать при проектировании карьеров по разработке месторождений с большой мощностью покрывающих пород. В таких случаях при выборе направления развития горных работ вскрывающие выработки располагают, возможно ближе к выходам залежей. Внутренние наклонные траншеи при этом нестационарны.

Перечисленные технологические способы регулирования режима горных работ характеризуются сокращением контуров отработки горной массы в течение определенного календарного периода за счет увеличения угла откоса рабочих бортов карьера или совокупности участков рабочих и временно нерабочих бортов. Для их реализации создают резервы по­вышения интенсивности ведения горных работ для ускоренного разноса временных бортов.

Ряд способов обусловливает сокращение вскрытых и подготовленных к выемке запасов полезного ископаемого, усиление зависимости работ на смежных горизонтах или их группах.

В качестве технических средств регулирования режима горных работ может быть рекомендовано более широкое применение автотранспорта; на глубоких мощных карьерах для своевременного выполнения больших объемов горных работ можно применять железнодорожный и конвейерный транспорт.

Во всех случаях регулирование режима горных работ, осуществляемое за счет изменения скорости развития уступов на верхних горизонтах или за счет изменения порядка их вскрытия и подготовки, или другими аналогичными способами, фактически означает изменение направления развития работ или принятой исходной характеристики бортов карьера (в первую очередь угла их наклона). Поэтому для этих измененных условий построение графиков горно-геометрического анализа, их трансформация и регулирование должны быть проведены заново.

В конечном итоге получают рациональный календарный график горных работ, который показывает объемы и сроки выполнения вскрышных и добычных работ и, в определенной степени, места выполнения этих работ в карьере.