Основные технологические процессы на разрезе "Томусинский"

Из природных факторов наибольшее влияние на выбор основного оборудования структур комплексной механизации оказывают крепость пород, условия залегания полезного ископаемого, вид и назначение полезного ископаемого, топография поверхности карьерного поля и климатические условия района.

Крепость пустых пород и полезного ископаемого предопределяет способ бурения скважин. Она оказывает влияние на выбор буровых станков, погрузочного оборудования и определяет конструктивные требования к транспортным сосудам. Мощность экскаваторов и емкость их ковша также зависят от крепости пород. Влияние крепости пород на выбор транспортных сосудов проявляется через их плотность и абразивность. Так, для перевозки более крепких пород, обладающих большими плотностью и абразивностью, используются более прочные транспортные сосуды, как правило, с большим коэффициентом тары. Условия залегания полезного ископаемого оказывают влияние на выбор вместимости ковша экскаватора и вида карьерного транспорта. Как правило, для разработки рассредоточенных и маломощных залежей наиболее приемлемы экскаваторы с ковшом небольшой вместимости и более маневренный вид транспорта, что позволяет снизить потери и разубоживание.

Наибольшее влияние на выбор вида карьерного транспорта оказывают размеры карьерного поля, расстояние транспортирования, топография поверхности и климатические условия района.

Из технологических и технических факторов на выбор оборудования основных процессов наибольшее влияние оказывают производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше. В определенных условиях существенное влияние на выбор оборудования могут оказать требования к восстановлению поверхности.

Производительность карьера в наибольшей степени влияет на выбор параметров горных и транспортных машин (вместимости ковша экскаватора, грузоподъемности и вместимости транспортных средств, диаметра скважин и др.).

На более мощных карьерах, как правило, рационально использовать более мощное горное и транспортное оборудование, обеспечивающее наибольший экономический эффект.

Из экономических факторов на выбор оборудования оказывают влияние капитальные и эксплуатационные затраты.

Рациональное использование комплексов оборудования технологических грузопотоков базируется на необходимых технологических качественных и количественных взаимосвязях в работе оборудования смежных процессов.

Пример таких взаимосвязей при использовании наиболее распространенных комплексов оборудования с экскаваторами цикличного действия, железнодорожным и автомобильным транспортом приведен в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – необходимые технологические качества

Выбор оборудования отдельных технологических процессов и формирование структур комплексной механизации карьеров с учетом изложенных выше принципов и влияния приведенных групп факторов базируются на следующих основных положениях:

1. Формирование структур комплексной механизации на карьерах основывается на рациональном формировании основного и вспомогательного оборудования грузопотоков.

2. В состав комплексов могут входить только те машины, технические характеристики которых соответствуют физико-техническим характеристикам пород и условиям их залегания.

3. Для обеспечения успешного функционирования комплексов оборудования необходимо предусмотреть обоснованный численный ее резерв или резерв по производительности.

4. Мощность, параметры, производительность и число машин и механизмов смежных основных и вспомогательных производственных процессов должны быть взаимоувязаны.

5. Ведущими машинами в общем технологическом процессе, с которыми увязываются параметры, производительность и число машин других звеньев грузопотоков, являются, как правило, погрузочные и транспортные машины.

6. Выбор машин для механизации вспомогательных работ определяется типоразмером оборудования и организацией работ основных процессов, производительностью карьера и условиями залегания полезного ископаемого.

Выбор структуры комплексной механизации для конкретного месторождения осуществляется в следующем порядке:

На первом этапе исключаются структуры, которые не могут быть применены в данных условиях по техническим и природным факторам.

Из оставшихся выбирают наиболее вероятные структуры, которые в наибольшей степени удовлетворяют природным, технологическим, техническим и организационным факторам.

Наиболее вероятные структуры рассматриваются по их технико-экономическим показателям. Технико-экономическая оценка структуры должны производится по всему производственному циклу при рациональном качественном сочетании и численным соотношении машин для выполнения основных и вспомогательных работ в реальных условиях разрабатываемого месторождения.

Глава 4 ПОДГОТОВКА ГОРНЫХ РАБОТ К ВЫЕМКЕ

4.1 Общие сведения

Горные породы, слагающие месторождения полезных ископаемых, разделяются на коренные (магматические, метаморфические и осадочные), залегающие в толще земной коры по месту своего образования, и наносы (переотложенные или перенесенные измельченные породы), покрывающие коренные породы. Горные породы могут находиться в естественном (нетронутый массив) или искусственно измененном (посредством взрыва, механическим или химическим способом и др.) состоянии. 11ри разработке горные породы подвергаются различного рода воздействиям (удару, сдвигу, уплотнению, перемещению и др.), в результате чего изменяется их состояние.

К физико-техническим характеристикам горных пород, характеризующих их как объект открытой разработки, относятся плотность, пористость, влажность, сопротивление различным усилиям, абразивность, вязкость, хрупкость, устойчивость, увеличение объема при разрушении и др. При воздействии на нетронутый массив пород горному инженеру необходимо знать свойства пород в их естественном состоянии. Для выполнения других процессов (погрузка, перемещение, складирование, дробление и др.) необходимо знать свойства искусственно измененных пород в их естественном состоянии, от способа воздействия на них и от стадии разработки.

Свойства горных пород изменяются в большом диапазоне, поэтому породы принято объединять в группы, категории и классы с определенным диапазоном свойств, обусловливающих условия их разработки. При открытой разработке все горные породы разделяются на следующие группы: неразрешенные, скальные и полускальные (в естественном состоянии), разрушенные (искусственно или естественно измененные), скальные и полускальные, плотные, мягкие (связные) и сыпучие. В зависимости от группы пород используются различные способы их разработки и технические средства.

К скальным относятся породы, характеризующиеся пределом прочности при одноосном сжатии в куске в насыщенном водой состоянии (до 3-5 %) более 50 МПа. Сюда относятся большинство пород изверженных и метаморфических (кварциты, граниты, базальты, габбро и др.), а также некоторые осадочные (прочные известняки, песчаники, песчанистые сланцы, кремнистые конгломераты и др.).

К полускальным относятся породы, характеризующиеся пределом прочности при одноосном сжатии в куске в насыщенном водой состоянии в интервале 20-50 МПа. Сюда относятся породы изверженные выветренные, метаморфические и коренные осадочные (глинистые и песчано-глинистые сланцы, глинистые и известковистые песчаники, руды гематитовые, мергели, известняк-ракушечник, аргиллиты, алевролиты, гипс, каменная соль, каменные и прочные бурые угли и др.).

Для погрузки и перемещения скальных и полускальных пород обычными техническими средствами необходимо их предварительное разрушение взрывным или механическим способом.

Разрушенные породы характеризуются степенью связности и кусковатостью.

Связность отражает характер связей между кусками породы. Она зависит от степени разрыхления породы, ее кусковатости и характеризуется сцеплением kз (связи природного характера), зацеплением к3 (связи механического характера разрушения) и углом внутреннего трения пород р. Степень разрыхления пород характеризуется коэффициентом разрыхления kр, равным отношению объема разрыхленной породы к объему, занимаемому в массиве.

По степени связности разрушенные породы делятся на три категории.

Сыпучие разрушенные породы (kр = 1,4/1,65), характеризующиеся наличием многочисленных воздушных промежутков между кусками (возможно зажатие отдельных кусков и зацепление между ними). Они склонны к осыпанию и образованию четко выраженных откосов.

Связно-сыпучие разрушения породы (kр =1,2/1,3) характеризующиеся наличием небольших воздушных промежутков (пустот) между отдельными блоками и кусками (куски зажаты между собой и между ними сохраняется зацепление и сцепление по нарушенным природным трещинам в кусках). Насыпь таких пород не имеет четко выраженных откосов.

Связно-разрушенные породы (kр = 1,03/1,05), представленные не полностью разделенными между собой отдельностями. Естественная трещеноватость массива при этом увеличивается, но сохраняется и значительной степени сцепление между блоками. Насыпь имеет круткой откос.

Кусковатость разрушенных пород с достаточной степенью точности может быть оценена по среднему размеру кусков dср. По кусковатости разрушенные породы подразделяются на пять категорий.

Очень мелко разрушенные породы с dср <= 10 см (размер наиболее крупных кусков 40-60 см).

Мелко разрушенные породы с dср =15/25 см (размер наиболее крупных кусков 60-100 см).

Среднеразрушенные породы с dср = 25/35 см (размер наиболее крупных кусков 100-140 см).

Крупноразрушенные породы с dср = 40/60 см (размер наиболее крупных кусков до 150-200 см).

Весьма крупноразрушенные породы с dср = 70/90 см (размер наиболее крупных кусков 250-300 см).

Взорванные породы могут быть связными, связно-сыпучими и сыпучими в зависимости от условий взрывания и местонахождения после нарыва. Куски, имеющие размер больше допустимого по технологическим условия м разработки, называются негабаритными. Негабаритные куски принадлежат дополнительному дроблению.

Плотные породы характеризуются пределом прочности на одноосное сжатие в интервале 5-20 МПа. Сюда относятся твердые глины, мел, бурые и каменные угли средней плотности и др. Они способны сохранять! в массиве откосы под углом 60 - 70° при высоте уступов 10-20м. Их можно! разрабатывать горными машинами без предварительного рыхления при! усилиях копания > 0,3—0,4 МПа.

Мягкие породы имеют предел прочности на одноосное сжатие в интервале 1-5 МПа и представлены песчаными глинами, суглинками, супесями, мягкими углями и др. Они разрабатываются без предварительного рыхления выемочными машинами при усилиях копания 0,2-1 0,3 МПа и способны сохранять откосы под углом 50—60° при высоте ] уступов 7-15м.

Сыпучие породы представлены однородными песками, угол откоса | которых в насыпях не превышает угла внутреннего трения = 19-^37°. I Они разрабатываются при усилиях копания 0,03-0,05 МПа.

Сопротивление горных пород разрушению акад. В.В. Ржевский предлагает оценивать показателем трудности разрушения породы, определяемым по формуле

Пр =5*10 -8 (Qсж +Qсдв+Qрас) kтр + 5*10-1*y ,

где: kтр – коэффициент, учитывающий трещеноватость пород ;

y – плотность пород в естественном состоянии, г/см3;

Qсж, Qсдв, Qрас – предел прочности пород соответсвенно сжатию, сдвигу, растяжению, Па.

По трудности разрушения породы разделяются на пять классов.

Каждый класс включает пять категорий.

I класс – полускальные, плотные и связные мягкие породы с 1-й по 5-ю категорию (Пр = 1/5).

II класс – легкоразрушаемые скальные породы с 6-й по 10-ю категорию (Пр = 5,1/10).

III класс – скальные породы средней трудности разрушения с 11-й по 15-ю категорию (Пр = 10,1/15).

IV класс – трудноразрушаемые скальные породы с 16-й по 20-ю категорию (Пр = 15,1/20).

V класс – весьма трудноразрушаемые скальные породы с 21-й по 25-ю категорию (Пр = 20,1/25).

Редко встречающиеся породы с показателем Пр> 25 относятся к внекатегорным.

4.2 Способы подготовки горных пород к выемке

Подготовка горных пород к выемке осуществляется с целью создания технической возможности и наилучших условий для выполнения последующих процессов выемки и погрузки горной массы, транспортирования, отвалообразования и переработки. В зависимости от типа и состояния пород подготовка их к выемке может в основном осуществляться следующими способами: предохранением от промерзания, оттаиванием мерзлых пород, гидравлическим ослаблением или разупрочнением, механическим или взрывным рыхлением.

Предохранение пород от промерзания вызвано тем, что при отрицательных температурах их возможно или нерационально разрабатывать без предварительного рыхления. Расчеты показывают, что удельные усилия копания при промерзании пород на глубину до 2 м увеличиваются для мягких пород в 5-5,5 раза, для бурых углей в 3-3,5 раза. Крепость промерзших пород соответствует крепости полускальных! пород. По данным практики, карьерные мехлопаты с ковшом вместимостью 4м3 могут разрабатывать без предварительного рыхления слой мерзлой породы мощностью 0,5-0,6м. Бульдозерами, скреперами и цепными многоковшовыми экскаваторами в большинстве случаев невозможно или нерационально разрабатывать мерзлые породы без предварительного рыхления. Для предохранения пород от промерзания применяются вспышка, рыхление, боронование и утепление (теплоизоляционными материалами поверхностного слоя, создается снеговой или искусственный воздушный покров, устраиваются специальные навесы и тепляки). Вспашка, рыхление и боронование значительно уменьшают теплопроводность поверхностного слоя пород благодаря образованию в нем пустот, заполненных воздухом. Вспашка и рыхление, производятся специальными плугами и разрыхлителями на глубину 40-50 см, а боронование – на глубину до 20 см. Снегозадержание осуществляется путем образование снежных валов или установки снегозадерживающих щитов. В качестве теплоизоляционных материалов для предохранения поверхностного слоя от промерзания используются мох, опилки, минеральная вата. Устройство навесов и тепляков практикуют на карьерах по добыче глин и керамических заводов.

Оттаивание пород осуществляется паром, водой, глубинным или поверхностным электрообогревом, поверхностным пожогом и др. При глубинном электрообогреве электроды размещаются в шампурах, пробуренных на глубину промерзания на расстоянии 0,5-0,7 м друг от друга. Электрическая цепь замыкается по талой породе и ее оттаивание осуществляется снизу вверх. Расход электроэнергии на оттаивание 1 м 3 породы составляет 8-10 кВтч. При поверхностном электрообогреве электроды в виде полс или металлических сеток располагаются на поверхности оттаиваемого участка. Питание осуществляется от высококачественного генератора.

При оттаивании паром применяются стальные трубы внутренним диаметром 19-22 мм и длиной 1,5-3 м, которые помещаются в шпуры (расстояние между шпурами 2-2,5м) или забиваются в породу по мере ее оттаивания. Продолжительность оттаивания 4-6 ч при расходе пара 24-27 кг на оттаивание 1м3 породы. Аналогично осуществляется оттаивание холодной и горячей водой. Оттаивание водой и паром (гидрооттаивантие и пароотаивание) широко применяется при разработке многолетнемерзлых пород.

Сущность оттаивания поверхностным пожогом заключается в сжигании слоя угля, торфа или дров на поверхности мерзлых пород. Примерный расход топлива на оттаивание 1м породы составляет 30-60 кг угля, 120-140 кг торфа и 0,14-0,17 м дров. Поверхностный пожог используется при оттаивании небольших объемов глины.

Гидравлические способы подготовки пород к выемке основаны на свойствах пород пропускать воду и растворы. При этом ослабление прочности пород при просачивании воды проявляется в снижении сил сцепления отдельных частиц и вымывании скрепляющего их цемента. Гидравлическое разупрочнение используется при разработке плотных глин способом гидромеханизации.

Механическое рыхление пород, осуществляется специальными рыхлителями (см. раздел 2.13).

Сущность взрывного рыхления состоит в отделении пород от массива и дроблении их до заданной крупности. Взрывное рыхление нашло широкое применение при подготовке полускальных пород к выемке. Оно является практически единственным способом при подготовке скальных пород к выемке на карьерах.

Глава 5 ВЫЕОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫЕ РАБОТЫ

5.1 Общие сведения

Выемочно-погрузочные работы заключаются в выемке горной массы из забоя и погрузке ее в средства транспорта или перемещении в отвал. В качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах используются экскавационные машины цикличного и непрерывного действия (рис. 5.1.). В машинах цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, погрузчики, колесные скреперы, бульдозеры и др.) рабочий орган состоит только из одного ковша или режущего элемента(лемех бульдозер), периодически выполняющего функции выемки и перемещения горной массы. В машинах непрерывного действия (многоковшовые цепные и роторные экскаваторы и др.) ковши (черпаки) перемещаются по замкнутой траектории и создают непрерывный поток груза. Забой представляет собой торец, откос или площадку уступа. По структуре пород забои могут быть однородными (пористыми) и разнородными (сложными). В однородных забоях горные породы имеют одинаковые свойства, а в разнородных – различные (вскрышные породы с различными свойствами, вскрышные породы и полезное ископаемое, полезное ископаемое разных сортов). Разработка простых забоев осуществляется валовым (сплошным) способом. В сложных забоях выемка полезного ископаемого и вскрыши или полезное ископаемого различных сортов осуществляется раздельно (селективно).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12