Технология разработки месторождений

Технология разработки месторождения – это совокупность способов и приемов механизированного осуществления взаимосвязанных процессов горных 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. Соответственно весь комплекс горных работ можно разделить на связанные между собой основные производственные (технологические) процессы: подготовку пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, перемещение (транспортирование) горной массы, складирование (отвалообразование) пустых пород и разгрузку или складирование полезных ископаемых. Если на карьере производится первичное обогащение или переработка полезного ископаемого до конечного продукта, они также входят в состав основных производственных процессов.

Технологическим называют процессы, при которых разрабатываемые горные породы изменяют свое агрегатное состояние и местоположение.

Каждому основному производственному процессу соответствуют вспомогательные работы, которые позволяют планомерно осуществлять основной процесс или облегчают его.

Помимо этого на карьерах выполняются ряд общих вспомогательных процессов – электроснабжение, вентиляция, водоотлив, опробование полезных ископаемых, ремонты оборудования и др. – способствующих производству горных работ.

Выемочно-погрузочные работы, перемещение и разгрузка (складирование) горной массы объединяют основные и вспомогательные процессы горных работ, составляя единый и по существу, непрерывный технологический комплекс горных работ, в котором организация одного процесса влияет на организацию других связанных с ним процессов.

Все основные производственные процессы на карьерах механизированы. В настоящее время преобладающими способами механизации производственных процессов являются экскаваторный, гидравлический и комбинированный (их сочетание). При экскаваторном способе применяют различные механические средства (экскаваторы, скреперы, механические виды транспорта и др.), а при гидравлическом основные производственные процессы осуществляются с помощью воды и специального гидромеханизированного оборудования. Экскаваторный способ универсален, посредством его выполняется до 95% объемов горных и массовых земляных работ; гидравлический способ применяется преимущественно при разработке пород, легко поддающихся размыву и транспортированию водой, при наличии источников воды и достаточно дешевой электроэнергии.

Средства механизации производственных процессов должны в первую очередь соответствовать характеристикам пород, в противном случае выполнение этих процессов становится технически невозможными или весьма затруднительными. Важно не только иметь техническую возможность выемки и перемещения горных пород, но и обеспечить высокую производительность средств механизации в каждом процессе, их надежность в работе и долговечность эксплуатации.

Большие объемы разрабатываемых и перемещаемых горных пород, измеряемые на карьерах нередко десятками и сотнями миллионов тонн в год, вызывают необходимость подбора технических средств механизации основных процессов, соответствующих по производительности, размерам, развиваемым усилиям (мощности) друг другу. Такая цепь взаимосвязанных машин и механизмов обеспечивает надежную и эффективную разработку и перемещение пород, называется комплексом карьерного оборудования.

Комплексная механизация предусматривает полную механизацию не только

основных, но и вспомогательных процессов. Комплекс карьерного оборудования

включает соответствующую основному оборудованию по мощности и производительности средства механизации вспомогательных работ. Из всех операций вытеснен тяжелый ручной труд.

Наиболее дорогостоящим и трудоемким процессом при открытой разработке является перемещение горных пород. Минимальные затраты средств достигаются либо при перемещении пород в конечное положение по кратчайшему расстоянию, либо при перемещении их на большие расстояния более дешевыми видами транспорта.

В комплексы оборудования добычных и вскрышных работ, как правило, включаются транспортные средства. Они отличаются наличием разгрузочных устройств на поверхностном технологическом комплексе или у потребителей.

Наиболее эффективная и планомерная эксплуатация горного и транспортного оборудования достигается при поточном производстве горных работ, характеризующем выполнение всех процессов в одном темпе, непрерывностью общего процесса разработки и равномерностью во времени (ритмичностью). Поточность производства легче достигается при использовании оборудования непрерывного действия (роторных экскаваторов и конвейеров и др.).

Основными принципами, на которых базируются технология и механизация горных работ являются: поточное производство, совмещение основных процессов, независимость процессов, кратчайшее расстояние перемещения горной массы, сокращение числа и объемов вспомогательных работ.

Понятие о карьере

В результате производства открытых горных работ на земной поверхности образуются большие выемки, совокупность которых называют карьером.

В административно-хозяйственном понимании карьером называют горное предприятие, осуществляющую открытую разработку месторождения. В угольной промышленности карьер называют разрезом.

При производстве открытых горных работ для добычи полезного ископаемого горизонтальной или пологой залежи необходимо удалить покрывающие пустые (вскрышные) породы. При разработке наклонных и крутых залежей помимо покрывающих пород необходимо удалить и часть вмещающих пустых пород для создания транспортного доступа к различным частям залежи по глубине и для обеспечения устойчивости массива вмещающих пород после выемки полезного ископаемого. Так для этих целей угол откоса породного массива должен быть не более 25-30°, при открытой разработке наклонных залежей удаляются только пустые породы со стороны висячего бока залежи, а породы лежачего бока не вынимают. При разработке крутых залежей вынуждены вынимать породы со стороны висячего и лежачего ее боков.

Удаление больших масс покрывающих и вмещающих вскрышных пород является характерной особенностью открытых разработок угольных и рудных месторождений, когда годовые объемы перемещаемых пород могут в несколько раз превышать объемы добываемого полезного ископаемого. При разработке строительных горных пород объемы работ по удалению пустых пород невелики, а в некоторых случаях и совершенно отсутствуют.

При ведении горных работ с земной поверхности создается техническая возможность, а большие объемы горных работ обуславливают необходимость применения в карьерах мощного оборудования для разрушения, выемки и транспортирования пород.

Выемка полезного ископаемого, покрывающих и вмещающих пород производится слоями с опережением верхними нижних; в результате разрабатываемый массив горных пород принимает форму уступов. Между смежными слоями (уступами) оставляют площадки для размещения экскаваторов, транспортных коммуникаций и других производственных целей. В результате выемки полезного ископаемого и вскрышных пород в земной коре образуется ступенчатая поверхность уже выработанного пространства. Размеры выработанного пространства при разработке горизонтальных месторождений увеличиваются в плане, а при разработке наклонных и крутых месторождений – одновременно в плане и по глубине, так как постепенно создаются (нарезаются) новые слои (уступы) по глубине залежи. Глубина выработанного пространства при разработке мощных крутых залежей может достигать несколько сотен метров.

Выемка пород и полезного ископаемого в нижнем слое или создание (нарезка) нового слоя возможна только после выемки горной массы во всех вышележащих слоях или части их. Поэтому выемка вскрышных пород должна опережать во времени и пространстве выемку полезного ископаемого.

Для того чтобы уменьшить затраты на перемещение пород, покрывающих или вмещающих залежь, при разработке горизонтальных и пологих залежей стремятся перемещать вскрышные породы по кратчайшем расстоянию в ранее созданное выработанное пространство. При наклонном и крутом падении залежей в большинстве случаев отсутствует возможность размещения вскрышных пород в выработанном пространстве и их вывозят за пределы карьера.

Насыпи пустых пород и некондиционных полезных ископаемых, извлекаемых и удаляемых при открытой разработке месторождения, называют отвалами. Отвалы, размещаемые в выработанном пространстве, называют внутренними, а вне контуров карьера – внешними.

При неустойчивых породах откосы выемок выполаживаются, что увеличивает объем работ и затраты на них. При большой мощности неустойчивых покрывающих пород открытая разработка месторождения может оказаться сложнее и дороже подземной.

Для производства открытых горных работ необходимы большие размеры горных выработок (широкие площадки, большая длина уступов и др.) с целью применения оборудования большой мощности и производительности. Производительность карьерных экскаваторов может достигать десятков миллионов кубически метров породы в год, для чего необходимы высококвалифицированный персонал и четкая организация производства.

Безопасность производства открытых горных работ достигается осуществлением мероприятий по отводу поверхностных и подземных вод, снегозащите, укреплению и выполаживанию откосов уступов, склонных к оползанию и обрушению и др. На карьерах нередко возникают запыленность и загазованность атмосферы из-за бурения скважин, многократных перевалок горной массы экскаваторами, местных пожаров (при разработке угля), работы дизельных машин, интенсивного движения карьерных автосамосвалов и других причин. В таких случаях необходимы проветривание рабочих мест и проведение мероприятий по борьбе с пылью и пожарами.