Горнодобывающий карьер - описание и характеристики.

• В оглавление
• Горнодобывающий карьер - описание и характеристики.
• Карьерный транспорт.
• Отвалообразование вскрышных пород
• Системы открытой разработки полезных ископаемых
• Подготовка горных пород к выемке
  
• Вскрытие пород
• Выемка и погрузка горных пород
  

Основные понятия и определения

Карьер – горное предприятие, осуществляющее добычу полезного ископаемого открытым способом (открытыми горными работами).

Карьер – выемка в земной коре, ограниченная искусственно созданной поверхностью, являющаяся результатом работ по добыче полезного ископаемого открытым способом.

В практике открытой разработки угольных и россыпных месторождений термин карьер принято заменять соответственно терминами разрез и прииск.

Вскрыша – выемка пород, покрывающих полезное ископаемое, для обеспечения к нему полного доступа. Вскрыша осуществляется горизонтальными или слабонаклонными слоями, при этом боковая поверхность карьера приобретает уступную форму. для вскрыши чаще всего применяются экскаваторный или гидравлический способы.

Уступ – часть боковой поверхности карьера, имеющая форму ступени.

Рисунок 1 – основные элементы уступа:

1 – верхняя площадка уступа.

2 – нижняя площадка уступа.

3 – откос уступа.

4 – верхняя бровка уступа.

5 – нижняя бровка уступа.

6 – забой уступа.

h – высота уступа.

α- угол откоса уступа.

Рабочая площадка уступа – площадка уступа, на которой размещается основное оборудование для его отработки Ширина рабочей площадки уступа превышает его высоту в 2 –4 раза.

Берма – площадка, на которой работа не производится. Различают предохранительные и транспортные (соединительные) бермы.

Откос уступа - наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства.

Угол откоса – угол, образуемый плоскостью уступа и горизонтальной плоскостью.

Забой уступа – часть уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования.

Особенности открытого способа:

• необходимость удаления из карьера значительных объемов вкрышных пород, затраты на разработку которых составляют основную часть общих затрат на добычу полезного ископаемого;
• необходимость соблюдения определенного порядка отработки слоев – выемку нижних слоев можно начинать только после отработки (выемки) вышележащих слоев;
• неограниченная возможность использования крупногабаритного высокопроизводительного специального горного оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию и автоматизацию всех производственных процессов.

Преимущества открытого способа:

• возможность обеспечения высокого уровня автоматизации и механизации горных работ;
• высокая производительность труда;
• низкая себестоимость полезного ископаемого;
• более безопасные условия труда;
• более полное извлечение полезного ископаемого;
• меньшие капитальные затраты.

Недостатки открытого способа:

• зависимость некоторых параметров технологии от климатических условий;
• значительный экологический ущерб при ведении горных работ.

Основные показатели открытых горных работ:

• годовая производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше;
• коэффициент вскрыши;
• месячная производительность труда рабочего по полезному ископаемому;
• затраты на 1 м³ вскрыши;
• производственная и полная себестоимость полезного ископаемого;
• капитальные затраты на 1т (1 м³) полезного ископаемого;
• годовая прибыль и рентабельность карьера.

Для сравнения различных вариантов проектирования карьера используются приведенные затраты

З_п=(С+Е_н К)Q, руб

где С – себестоимость 1 т полезного ископаемого, руб/т;

Е_н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений = 0,1 – 0,2;

к – капитальные затраты на 1 т полезного ископаемого, руб;

Q – годовой объем добычи полезного ископаемого, т.

Понятие о коэффициенте вскрыши

Коэффициент вскрыши определяется отношением объемного или весового количества вскрыши к количеству добытого или подлежащего добыче полезного исокпаемого. В зависимости от размерности коэффициент вскрыши называется весовым (т/т), объемным (м³/м³) и смешанным (вскрыша/полезное ископаемое м³/т).

Различают средний, текущий, контурный, граничный и плановый коэффициенты вскрыши.

Средний коэффициент К_ср определяется отношением объема V_в вскрыши к объему V_и полезного ископаемого в конечных контурах карьера

К_ср = V_в/ V_и

Текущий коэффициент вскрыши К_т определяется отношением объема V_в.т вскрыши, перемещенного из карьера или в пределах его границ за определенный промежуток времени (год, квартал, месяц) к объему V_и.т полезного ископаемого, добытого за тот же промежуток времени

К_т = V_в.т/ V_и.т

Контурный коэффициент вскрыши К_к определяется отношением объема вскрыши к объему полезного ископаемого, извлекаемому при изменении конечных контуров карьера.

Граничный коэффициент вскрыши К_гр характеризует удельный максимальный объем перемещаемых пород, при котором затраты на добычу единицы полезного ископаемого открытым способом не превышают аналогичных затрат С_п при подземном способе, т.е.

С_п

=С_о+К_тС_в

где С_о – затраты на добычу 1 т(м³) полезного ископаемого без учета затрат на вскрышу,

руб;

С_в – затраты на 1 м³ вскрышных работ, руб;

К_т – текущий коэффициент вскрыши.

Граничное значение текущего коэффициента вскрыши определяется из выражений

С_о+К_тС_в=С_п К_т=К_гр=(С_п - С_о)/С_в

Плановый коэффициент вскрыши К_п – значение коэффициента вскрыши, которое принимается для определения себестоимости С полезного ископаемого при погашении затрат на вскрышные работы в период эксплуатации

С=С_и.т+К_пС_в.т

где С_и.т - текущие затраты на добычу 1 м³ полезного ископаемого без учета затрат на

вскрышу, руб;

С_в.т – текущие затраты на 1 м³ вскрыши, руб.

Значения коэффициентов вскрыши являются важными показателями открытых горных работ. Они служат для определения экономически целесообразных границ открытых горных работ и глубины карьеров при разработке наклонных и крутых залежей, залегающих на значительной глубине, а также для планирования и регулирования производства карьера и себестоимости добываемого угля.

Карьер и его элементы. Определение параметров элементов карьера

Карьерное поле – месторождение или его часть, предназначенная для отработки одним карьером. Под этим термином следует понимать геометрическое тело сложной конфигурации, заключенное в конечных контурах карьера.

Борт карьера – боковая поверхность, ограничивающая карьер.

Подошва карьера – поверхность, ограничивающая карьер снизу.

Верхний и нижний контуры карьера – линии пересечения борта карьера соответственно с дневной поверхностью и подошвой.

Угол откоса борта карьера – угол, образуемый бортом карьера и горизонтальной плоскостью, проходящей через его подошву.

Рабочий борт карьера – борт, на котором в настоящий момент ведутся горные работы.

Глубина карьера – усредненное расстояние между подошвой и усредненной отметкой дневной поверхности.

Конечные контуры карьера – контуры, соответствующие моменту окончания открытых горных работ. Им соответствуют конечная глубина карьера и конечные размеры в плане. Конечный контур на дневной поверхности называется также технической границей карьера.

К главным параметрам карьера относятся объем горной массы в контурах, конечная глубина, размеры по подошве, углы откосов бортов, запасы полезного ископаемого в контурах и размеры на уровне дневной поверхности.

Объем V_г.м горой массы в контурах карьера, характеризующий масштаб горных работ. срок существования и производительность карьера можно определить по формуле чл.-кор. АН СССР В.В. Ржевского:

м³ (1)

где Н_к –глубина карьера, м;

S – площадь подошвы карьера, м²;

l_n – длина n-го участка борта, м;

_n – угол откоса n-го участка борта, град;

_ср – средний угол откоса борта, град.

град (2)

Согласно определению текущего коэффициента вскрыши , можно записать

К_т=(V_г.м - V_и)/ V_и, м³/м³ (1.3)

Исходя из формулы (1.1)

(1.4)

Приращение объема полезного ископаемого

(1.5)

где m_г – горизонтальная мощность залежи, м;

L_д – длина дна карьера, м.

Из выражений 1.3, 1.4 и 1.5 получаем

(1.6)

где Р – периметр подошвы карьера.

Преобразуя выражение 1.6 к виду

(1.7)

где _р – угол откоса рабочего борта карьера, град.

и решив квадратное уравнение относительно H_к получим формулу для определения промежуточной глубины карьера, при которой текущий коэффициент вскрыши будет равен граничному коэффициенту

, м (1.8)

или

(1.9)

где

(1.10)

Конечная глубина карьера определяется из выражения

, м (1.11)

Аналитические методы расчета конечной глубины карьеров являются достаточно приближенными, так как они не могут учесть всех горно-геологических, топографических и других особенностей месторождения. Для более точного решения этой задачи применяются другие методы – графические, графо-аналитические и метод вариантов. Технико-экономические расчеты показывают, что ряд месторождений страны целесообразно разрабатывать до глубины 700 – 800 м.

Балансовые запасы – запасы, отвечающие требованиям кондиций, разработка которых экономически целесообразна при современном уровне развития техники и технологии.

Забалансовые запасы – запасы, разработка которых экономически нецелесообразна при современном уровне развития техники и технологии.

Промышленные запасы – часть балансовых запасов, подлежащая извлечению из недр.

Проектные потери – часть балансовых запасов, проектируемая к безвозвратному оставлению в недрах. На карьерах потери составляют 3 – 10 %.

Зависимость открытых горных работ от природных факторов

Обоснование экономической целесообразности использования открытого способа горных работ и выбор их технологии и механизации зависит от:

• рельефа топографической поверхности месторождения;
• положения залежи относительно поверхности;
• угла падения, мощности и формы залежи;
• климатических и гидрогеологических условий.

Рельеф поверхности может представлять равнину, склон, возвышенность, холмистую поверхность, водную поверхность.

В зависимости от положения залежи относительно поверхности она может быть:

• поверхностной – мощность покрывающих пород 25 –30 м;
• глубинной - мощность покрывающих пород более 30 м;
• высотной – выше господствующего уровня топографической поверхности;
• глубинно-высотной.

По углу падения различают следующие залежи:

• горизонтальные;
• пологие – угол падения 0 – 12^о;
• наклонные - угол падения 13 – 30^о;
• крутые – угол падения более30^о.

По мощности различают залежи:

• пологие по вертикальной мощности
• весьма малой мощности – 3-5 м;
• малой мощности – 6 –20 м;
• средней мощности – 20-40 м;
• мощные более 40 м.
• наклонные и крутые – по горизонтальной мощности
• весьма малой – 15 –20 м;
• малой – 25-75 м;
• средней – 75 – 100 м;
• большой мощности более 100 м.

По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи.

Простые залежи имеют однородное строение.

Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого.

Рассредоточенные залежи содержат прослойки полезного ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих пород.

Обводненность карьера

Обводненность карьера определяется из выражения

k_вод =V_вод/Q_и

где V_вод - объем воды, откачиваемый из карьера за время t, м³;

Q_и – добыча полезного ископаемого за то же время, т.

Жесткость погодных условий оценивается показателем жесткости

Ж=t+2v_в, баллы

где t – абсолютное значение температуры, ^оС;

v_в- скорость ветра, м/с.