Организация добычи нерудных строительных материалов в карьерах.

Горные работы на карьерах подразделяются на две группы: горнокапитальные и добычные работы.

К горнокапитальным работам, связанным с устройством карьера, относятся следующие: осушение участка, организация транспорта, производство вскрышных работ, устройство выездных траншей и др., т. е. работы, связанные с инженерной подготовкой территории карьера.

Добычные работы представляют совокупность основных и вспомогательных работ по добыче непосредственно полезной породы.

К основным работам относятся бурение скважин, производство взрывов, отгрузка полезной породы на транспортные средства, дробление негабаритного материала, устройство отвалов и т. п.

Вспомогательные работы включают энергоснабжение, водопонижение и осушение участков, на которых производится добыча полезной породы, устройство связи и сигнализации, ремонт ^профилактику применяемого оборудования и энергосетей, устройство временных подъездных путей, а также геологоразведочные работы и доставку различных материалов и запасных частей.

Производство вскрышных работ

Разработка карьера открытым способом обычно начинается с производства вскрышных работ, т. е. с удаления верхнего растительного слоя и наносной (пустой) породы. Относительная стоимость вскрышных работ на песчаногравийных карьерах составляет 5,4—9,8%, а на каменнощебеночных — 4,5—5,4% от себестоимости 1 м3 продукции карьера. Поэтому важным является правильный выбор метода производства вскрышных работ, который в свою очередь зависит от характера залегания вскрыши, а также условия транспортирования пустой породы.

Для определения количества пустой породы, приходящейся на единицу добываемого или подлежащего добыче полезного ископаемого, обычно пользуются коэффициентом вскрыши (Кв), который подсчитывается по формуле, где VB—объем вскрышной породы, м3; Vn — объем полезного ископаемого, м3.

Коэффициент вскрышных работ

Обычно коэффициент вскрышных работ на каменных карьерах колеблется в пределах от 0,4 до 0,5, а на песчаногравийных — от 0,17 до 0,25.

Для создания необходимого фронта работы вскрышные работы должны на 3^6 месяцев опережать основные работы, связанные с добычей полезной породы.

При небольшом объеме вскрышных работ, толщине слоя грунта не более 2 м (для грунтов слабой и средней плотности, без скальных включений) и при дальности транспортирования пустой породы в отвал на расстояние не более 0,5—1 км обычно применяются тракторные и самоходные скреперы (Д217, Д147, Д468 и др.), которые успешно конкурируют с экскаваторами как по производительности, так и по стоимости работ. В отдельных случаях возможно применение бульдозеров с тракторами повышенной мощности типа Т130, Т140 и ДЭТ250. Экскаваторы рекомендуется применять только лишь при значительной толщине слоя ,вскрыши и при наличии скальных включений, а также при необходимости транспортирования пустой породы на значительное расстояние автосамосвалами.

Эффективными в этих случаях являются экскаваторы с ковшами емкостью от 0,5 до 1,0 ж3 (Э505, Э652, Э1004 и др.). При больших объемах разработок применяются роторные экскаваторы.

На Вяземском карьере применение роторного экскаватора ЗЭР500 совместно с шагающим консольным отвалообразователем длиной 76 ж позволило в 5 раз увеличить производительность труда на вскрышных работах' по сравнению с экскаваторным способом и снизить их себестоимость в 2—3 раза. Для рыхления твердой вскрышной породы применяются специальные рыхлители типа Д151, Д162А, Д527 на базе трактора либо рыхлители в виде навесного оборудования на бульдозере. Для удаления кустов, корчевания пней применяются специальные машины: корчеватели Д515, Д210Г, Д440, кусторезы Д174В и Д306, а также машины Д514, оснащенные универсальным оборудованием. В отдельных случаях при наличии дешевых и достаточных источников воды для удаления вскрыши может быть использован метод гидромеханизации (см. § 5).

Основные элементы карьера

После завершения вскрышных работ производится отрывка разрезной и капитальной траншей, необходимых для создания первоначального фронта работ на уступе и транспортирования добываемой полезной породы от забоя к поверхности карьера.

Разработка полезной породы ведется горизонтальными или наклонными слоями с переходом от одного слоя к другому уступами (смотреть статью под номером 7).

Уступом принято называть пласт горной породы в карьере, разрабатываемый самостоятельным комплектом землеройных и. транспортных машин. Высота, ширина и угол откоса уступа со стороны выработки назначается в зависимости от способов и средств разработки, а также от категории залегаемой породы.

При ручной разработке высота уступа обычно не превышает 2—3 м; при механизированном же способе она значительно возрастает и может быть равна 6—10 ж, а в отдельных случаях, при разработке скальных пород, даже 20—25 м.

Высота уступа не должна превышать высоту резаНия экскаватора, за исключением случаев разработки развалов взорванной скальной породы, где она может превышать ее на 25—30% (см. смотреть статью под номером 10).

Разработка полезной породы

При высоких уступах стоимость разработки обычно меньше, так как при этом повышается эффективность буровзрывных работ, сокращается число передвижек экскаватора в забое, упрощается транспортная схема карьера, сокращается количество обслуживающего персонала и рабочих.

Часть уступа по его ширине, разрабатываемая при неизменном положении транспортного забойного пути, называется заходкой (смотреть статью под номером 7).

Ширина заходки зависит от типоразмеров применяемых экскаваторов, а также категории добываемой породы. Так, например, для легких пород (песка, глины, мела и т. д.) она равна 1,2—1,3, а для скальных пород — 0,5—1,5 радиуса черпания экскаватора.

Для создания широкого фронта работ при одновременной работе нескольких экскаваторов заходки могут быть разделены на несколько захваток (блоков).

Наиболее эффективным является фронт работ, обеспечивающий наименьшие затраты времени и труда на перемещение транспортных путей в забое, передвижку экскаваторов, а также производство других вспомогательных работ.

Системы горных разработок

Существует несколько систем открытой разработки месторождений (по схеме акад. Н. В. Мельникова): бестранспортная, транспортноотвальная, специальная, транспортная и комбинированная.

Бестранспортная система предусматривает перемещение вскрышной породы во внутренние отвалы непосредственно забойным оборудованием, т. е. экскаваторами. Эта система применяется при ограниченной мощности полезного ископаемого и вскрышных пород и крепости последних не выше средней.

При транспортноотвальной системе вскрышные породы перемещаются во внутренние отвалы при помощи передвижных транспортноотвальных установок. Применяются при мягких покрывающих породах и ограниченной мощности полезного ископаемого.

Удаление вскрышной породы

Удаление вскрышной породы при специальной системе производится скреперами (при малой мощности вскрытия), бульдозерами (на косогорных месторождениях) и средствами гидромеханизации. Эта система применяется при мягких и рыхлых покрывающих породах.

При транспортной системе вскрышные породы перемещаются в отвал средствами железнодорожного, автомобильного или конвейерного транспорта. Эта система наиболее универсальна и в последнее время получила наибольшее распространение. И, наконец, комбинированная система, включающая в себя отдельные элементы описанных выше систем. Применяется при покрывающих породах значительной мощности и ограниченных возможностях внутренних отвалов.

В зависимости от порядка продвижения уступов и расположения разрезных и капитальных траншей разработка карьера может вестись с параллельным продвижением уступа — уступы продвигаются параллельно оси разрезной траншеи (смотреть статью под номером 9, а), с веерообразным продвижением уступа — уступы перемещаются от подготовительной (разрезной) траншеи на разные расстояния с сохранением в качестве постоянной точки пункта поворота (смотреть статью под номером 9, б) и тупиковыми забоями, применяемыми главным образом при немеханизировапных разработках (смотреть статью под номером 9, в).

Система разработки с параллельным продвижением уступов

Наиболее распространенной является система разработки с параллельным продвижением уступов, при которой достигается наиболее четкая организация работ, возможность значительного развития фронта работ и, следовательно, применения более мощного оборудования.

К недостаткам этой системы разработки можно отнести необходимость устройства закруглений и частого переноса путей по мере продвижения забоя в глубь разрабатываемого массива.

Система разработки с веерообразным продвижением уступов встречается довольно редко, так как она обладает существенным недостатком — неравномерностью разработки забоя в точках примыкания уступов к пункту поворота и в точках, отдаленных от этого пункта, что осложняет организацию экскаваторных и взрывных работ в карьере.

К преимуществам веерообразной системы разработок можно отнести малый объем подготовительных работ, сокращение длины откаточных путей и соединение их в одном пункте.

Тупиковая система разработок, как уже отмечалось выше, применяется главным образом при ручной разработке карьера. Забой в этом случае имеет очень малый фронт работ, что затрудняет применение землеройных машин, а также последующее транспортирование породы.

Добыча бутового камня

Важнейшим звеном в технологическом процессе добычи бутового камня являются буровзрывные работы, правильная организация которых в значительной степени влияет на производительность карьера и себестоимость добываемого материала.

Буровзрывные работы должны обеспечить достаточный запас взорванного материала, необходимого для бесперебойной работы экскаваторов и транспортных средств.

В зависимости от способа размещения зарядов взрывчатых веществ и их формы различают методы: шпуровой, скважинный, камерный, малокамерный, наружный и комбинированный3.

Наибольшее распространение в настоящее время получил метод скважинных зарядов. Однако в определенных горнотехнических условиях хорошие результаты дает применение и метода шпурового взрывания.

Выход негабаритного камня

Выход негабаритного камня в этом случае сокращается в 2— 3 раза. Кроме того, шпуровой метод бурения в 1,5 раза производительнее и почти в 3 раза дешевле скважинного.

Бурение шпуров производится перфораторами — ручными и установленными на колонке, бурение скважин — станками ударноканатного, пневмоударногО и вращательного действия. Наиболее производительными являются станки типа П13, «Урал61» и СВП2.

Ударноканатный способ бурения скважин, хотя и является наиболее массовым, не лишен ряда существенных недостатков, главные из которых низкая скорость бурения, обусловленная цикличнопрерывистым характером самого процесса бурения, и большой процент выхода негабаритного камня (до 50%), что затрудняет дальнейшую отгрузку породы и вызывает необходимость производства дополнительных взрывных работ.

Более производительным способом бурения следует считать пневмоударный (для скважин малого диаметра) и вращательный.

Скорость пневмоударного бурения

Скорость пневмоударного бурения в 2—3 раза превышает скорость бурения ударноканатными станками. Одновременно достигается более равномерное дробление породы, выход негабаритного материала снижается до 10%.

На известковых карьерах успешно применяется способ вращательного бурения. Скорость бурения в этом случае в 2,5—3 раза выше, а стоимость проходки скважин ниже, чем на станках канатноударного бурения.

При устройстве скважин в твердых породах наряду с указанными способами применяется способ прожигания скважин (термический способ). Прожигание скважин осуществляется специальной горелкой реактивного типа, в которую подается горючая смесь.

Каждый из рассмотренных способов проходки скважин имеет свои положительные и отрицательные стороны и потому может быть рекомендован только при условии тщательного исследования горногеологических условий района добычи.

Наряду с внедрением новых прогрессивных способов бурения скважин большое влияние на увеличение добычи камня оказывает правильная организация самого взрыва.

В настоящее время все большее применение получает способ взрывания породы при помощи рассредоточенных зарядов с воздушными промежутками между ними, а также короткозамедленный способ взрывания зарядов, который повышает выход взорванной породы с 1 пог. м скважины, уменьшает примерно на 25% удельный расход взрывчатых веществ, а также обеспечивает более равномерное дробление породы и уменьшение ширины развала.

Применение рассредоточенных зарядсв

Применение рассредоточенных зарядсв с воздушными промежутками на Мокрянском гранитном карьере позволило снизить ЕЫХОД негабаритного камня в 2,5 раза, а при применении наклонных скважин под углом 65—80° еще более (в 3,5 раза).

Большое влияние на снижение стоимости взрывных работ оказывает применение НОЕЫХ экономичных взрывчатых веществ и в первую очередь так называемых игданитов.

^Игданиты представляют собой смесь гранулированной аммиачной селитры (96%) с горючими добавками (дизельное топливо 4%).

Использование игданитов позволяет механизировать трудоемкий процесс взрывания скважин, а также значительно снизить опасность ведения самих взрывных работ. Стоимость взрывных работ при этом снижается в 2—2,2 раза.

В результате производства буровзрывных работ горная порода распадается на стандартный бут и крупные глыбы. Стандартный бут либо идет непосредственно на строительство, либо на дробильносортировочную установку, где из него получают щебень. Крупногабаритные нестандартные камни подвергаются вторичному взрыву.

Общая технологическая схема

Общая технологическая схема добычи бутового камня приводится на смотреть статью под номером 10.

Для разработки рыхлой породы, а также погрузки взорванного камня в транспортные средства обычно применяются экскаваторы общестроительного типа с прямой лопатой емкостью 1—2 м3 (Э1003, Э2001). В крупных каменных карьерах при разработке тяжелых пород применяются также более мощные экскаваторы марки СЭ3 с ковшом емкостью 3 м3, а для легких пород — экскаваторы марки ЭКГ4 с ковшом емкостью 4 л3.

Работу карьера, как правило, следует организовывать круглогодично и в две смены. Такая организация работ обеспечивает более полное использование имеющихся машин и оборудования, а также создает условия для комплектования постоянных кадров рабочих, обслуживающих карьер.

В смотреть статью под номером 11 приводятся некоторые техникоэкономические показатели карьеров по добыче известняков и других горных пород

Таблица 11

Слойная срезка грунта с его транспортировкой, грубая планировка и предварительное уплотнение грунта в отвалах).

Наибольшее распространение в карьерах получили колесные прицепные скреперы марки Д147, Д222 с ковшом емкостью 6 м3, а также самоходные скреперы марки Д357Г и Д392 емкостью 9—11 и 15—17 м3.

При разработке легких пород и удалении вскрыши применяются также канатноскреперные установки.

Расстояние от забоя до места выгрузки разрабатываемой породы в транспортные средства в этом случае колеблется в пределах от 150 до 200 м.

Техникоэкономические показатели карьеров по добыче строительных песков производительностью от 250 до 1350 тыс. м3 в год (без обогащения) приводятся в смотреть статью под номером 12.

Добыча глины

Разработка глины в карьерах может производиться двумя способами: валовым и селективным.

При валовом способе глина поступает на склад или в транспортные средства в виде измельченного материала. В качестве землеройных машин в данном случае применяются многоковшовые экскаваторы, глинофрезерные машины и экскаваторы роторного типа.

Многоковшовые и роторные экскаваторы позволяют комплексно механизировать весь процесс добычи глины и отгрузки ее на транспортные средства. Применение этих машин дает возможность производить выборочную выемку глины в случае сложных условий залегания пластов, а также в зимних условиях.

Промышленностью выпускаются многоковшовые экскаваторы на колесном и гусеничном ходу типа ЭМ201 производительностью 36 м31ч и ЭМ503 производительностью 80—90 м3/ч и роторные экскаваторы типа ЭРГ80 и РД1 производительностью 100 и 200 м3/ч. Благодаря непрерывности процесса добычи эти экскаваторы расходуют на 40—50% меньше энергии на единицу продукции, чем одноковшовые.

Эффективно при разработке уступов глубиной от 6 до 21 м применение глинофрезерных машин (смотреть статью под номером 12).

Селективный способ

Селективный способ применяется при наличии прослоек известковых включений, а также при разработке глин для кирпичных заводов, работающих по способу полусухого прессования.

При селективной разработке глин используются экскаваторы, скреперы и бульдозеры, а также канатноскреперные установки.

В зимних условиях и при наличии плотных глин наиболее эффективны одноковшовые экскаваторы.

Применение скреперов позволяет вести послойную разработку глин. Наиболее эффективно организовывать работу скреперов таким образом, чтобы они производили весь комплекс работ: удаление вскрыши, добычу глины и ее транспортирование на склад.

На карьерах небольшой мощности успешно могут также применяться бульдозеры в комплекте с самоходными погрузчиками.

Своё мнение: