Освоение месторождений с большим объемом вскрыши

Наибольшие объемы капитальной вскрыши среди меднорудных карьеров присущи тем, которые были сданы в эксплуатацию в течение последних лет. К таким относятся карьеры Твин Бьютте, Сиеррита, Тирон, Меткалф и Пинто Валли.

Карьер Твин Бьютте является уникальным по объему капитальной вскрыши. В период его строительства было удалено более 214 млн. т. пород.

Месторождение представлено залежью неправильной формы, находящейся на глубине 120—180 м от поверхности в осадочных кварцитовых известняках, глинистых пластах алевритов и аргиллитов и туфоносных арказитах.

Проектирование и строительство карьера Твин Бьютте производилось в пять этапов.

Проектом были рассмотрены пять технологических схем удаления первоначальной вскрыши с использованием:

- экскаваторов с ковшом емкостью 11,5 м3 и автосамосвалов грузоподъемностью 85 т;

- мощного роторного экскаватора с разгрузкой породы в автосамосвалы или железнодорожные вагоны;

- фронтальных погрузчиков с разгрузкой в железнодорожные вагоны;

- бульдозеров с доставкой породы на передвижные конвейерные установки с последующей перегрузкой в железнодорожные вагоны;

-самоходных скреперов, работающих совместно с тракторными тягачами.

Сравнение этих схем показало, что наиболее рациональной является схема с использованием самоходных скреперов, конвейерного и автомобильного транспорта. При этом экономический эффект составил приблизительно 5,8 цента на 1 т. Однако работа комплекса скрепер — конвейер — автосамосвал уже на протяжении нескольких месяцев показала, что фактические эксплуатационные расходы на 4—5% ниже расчетных.

В соответствии с принятой технологией ведения вскрышных работ на карьере Твин Бьютте породу доставляли самоходными скреперами и бульдозерами-толкателями к четырем приемным бункерам ленточного конвейера, расположенным на отметках гор. 960, 930, 915 и 870 м.

От приемных бункеров по восточному борту карьера породу транспортировали наклонным конвейером длиной 439 м с лептой шириной 1524 мм. На поверхности ее перегружали па горизонтальный конвейер длиной 2532 м и доставляли к бункеру вместимостью 900 т. Затем из него породу перевозили тракторами тягачами-полуприцепами с донной разгрузкой грузоподъемностью 100 т в отвалы и дамбы хвостохранилищ. Дамбы обваловывали три крупных хвостохранилища. На их сооружение ушло примерно 90% всей капитальной вскрыши; они имели форму трапеции шириной у основания 305 м и поверху 76 м, при максимальной высоте 70 м.

В случае выхода из строя основного конвейера на одном из бортов карьера был установлен запасной конвейер производительностью 3600 т/ч.

По проекту период удаления капитальной вскрыши был рассчитан на четыре года, в сутки предполагали перемещать до 135 тыс. т породы. Однако, когда уже были установлены конвейеры по восточному борту карьера, график его строительства был пересмотрен с тем, чтобы убрать всю вскрышу за 30 мес. Суточная производительность карьера по породе увеличилась до 245 тыс. т.

Для выполнения программы по ускорению строительства на противоположном фланге карьера разработка вскрыши велась с помощью 22 самоходных скреперов, которые вывозили породу в отвал независимо от применяемой системы конвейеров.

Для транспортирования капитальной вскрыши было использовано 52 72-тонных самоходных скрепера фирмы «Катерпиллер», в том числе 30 скреперов Катерпиллер 666 со спаренными двигателями суммарной мощностью 662 кВт и остальные модели Катерпиллер — 660, 651, 641 и 631 В с одним двигателем мощностью 228 кВт. Кроме того, были использованы 29 тракторных полуприцепов фирм «Аттей» и «Катерпиллер» грузоподъемностью 100 т каждый, 13 сдвоенных бульдозеров-толкателей Катерпиллер D9G, управляемые одним оператором, пять бульдозеров Катерпиллер D9G, шесть тракторов Катерпиллер Д8Н и 834, восемь колесных фронтальных погрузчиков Катерпиллер 988, Хоут Н400 и Эвклид 72-40, один передвижной конвейерный перегружатель Колман 330, пять грейдеров и три автосамосвала Катерпиллер 769 грузоподъемностью 35 т.

Конвейерная система компании «Стефенс-Адамсон Манью-фэкчуринг» состоит из двух конвейеров: первый имеет угол наклона 14° и приводится в движение тремя двигателями; второй — горизонтальный с первоначальной длиной 1000 м и конечной — 2532 м, приводится в движение двумя двигателями мощностью 916 кВт.

Конвейерная лента фирмы «Гудеир» шириной 1524 мм имеет высокое сопротивление растяжению, ее толщина 31,7 мм; лента армирована стальными канатами и хорошо располагается на роликах, установленных под углом 35°. Скорость движения ленты 4,7 м/с. За срок ее службы перемещают 136 млн, т.

При строительстве карьера были использованы самоходные колесные скреперы Катерпиллер 666 и Катерпиллер 660. Примерно 15% вскрыши разрушали с помощью рыхлителей. Для увеличения усилия резания скреперов использовали тракторы-толкатели; цикл черпания ковша грузоподъемностью 75 т составлял немногим меньше минуты; время разгрузки в бункер — 12—15 с. Груженый скрепер движется под уклон со скоростью 40 км/ч, среднее расстояние транспортирования составляет не более 600 м.

Использование для удаления капитальной вскрыши системы скрепер — конвейер — автосамосвал позволяет:

- быстрее начать работы по удалению пустых пород из карьера;

- снизить общую продолжительность выемки первоначальной вскрыши;

- организовать более гибкую работу колесных скреперов;

- вести горные работы в безопасных условиях благодаря отсутствию взрывных работ и применению простого в эксплуатации оборудования;

- достичь высокой производительности труда.

При отработке капитальной вскрыши работы велись в три смены по 8 ч, пять дней в неделю. Сменная производительность составила 81,6 тыс. т, а суточная — 244,9 тыс. т. За весь период строительства из карьера было вынуто 214 млн. т породы, в том числе 185,5 млн. т аллювиальных наносов. Динамика удаления капитальной вскрыши в карьерах по годам показана на рис. 26.

В районе Пима Канти на юге штата Аризона (США) был построен карьер Сиеррита, с пуском которого в эксплуатацию компания «Дьювал» стала занимать четвертое место по производству меди и второе — по производству молибдена.

Запасы рудного тела составляли 372,6 млн. т со средним содержанием меди 0,35% и 0,036% молибдена. Чтобы добыть такое количество руды, из карьера необходимо удалить 575 млн, т породы, в том числе 114,2 млн, т в период его строительства. Средний коэффициент вскрыши по карьеру составит 1,54 т/т.

Работы по удалению капитальной вскрыши на месторождении были начаты в конце 1967 г. и к ноябрю 1969 г, они были полностью выполнены. В среднем суточная производительность составила 181,4 тыс. т породы, для чего потребовалось 12 экскаваторо-смен. При этом в каждую из трех смен работали четыре экскаватора с ковшом емкостью 11,5 м3. Среднесменная производительность экскаватора 15 117 т породы. Порода представлена кварц-диоритом, кварц-монцонитом и кварц-монцонит-порфиром и требует предварительного рыхления, которое осуществляют взрывным способом.

Транспортирование породы осуществляется автосамосвалами грузоподъемностью 120 т с обмоторенными колесами. Машины поставлены компаниями «Кенворт-Дарт» и «Вабко». Автосамосвалы имеют 12-цилиндровые дизельные двигатели мощностью 736 кВт.

В период строительства карьера парк насчитывал 28 машин со сроком службы каждой из них 5—7 лет: шесть станков вращательного бурения, 11 бульдозеров, в том числе три колесных, две ID-тонные установки для монтажа колес, три крана грузоподъемностью 11,3 и 54,4 т и три водополивочные машины вместимостью баков 31,8 и 54,6 тыс. л.

На карьере Тирон, находящемся в юго-западной части штата Нью-Мексико, за два года было удалено 86,2 млн. т породы и попутно добыто 3,6 млн. т руды, сведениями о существовании которой ранее не располагали.

Весьма благоприятными для освоения месторождения явились геологические и топографические условия: ни на одном месторождении подобного типа нет столь мощной рудной зоны, обогащенной вторичным халькозином. Месторождение находится на возвышенности с абсолютными отметками поверхности около 2000 м над уровнем моря. Вследствие этого пустую породу удобно располагать на склонах горы таким образом, чтобы каждый уступ имел свой отвал, связанный с забоем горизонтальной дорогой.

Вся капитальная вскрыша разрабатывалась с помощью экскаваторов с ковшами емкостью 7,64 м3 и транспортировалась автосамосвалами грузоподъемностью 85 т. Работы проводили в три смены, семь дней в неделю. Среднесуточные объемы вскрыши составили 106,4 тыс. т. Парк насчитывал 27 автосамосвалов.

Спустя три-четыре года та же корпорация «Фелпс Додж» приступила к освоению очередного месторождения низкосортной медной руды Меткалф, разведочные работы на котором велись в течение 15 лет. В результате было оконтурено рудное тело с запасами 376 млн. т со средним содержанием меди 0,77%.

Работы по удалению капитальной вскрыши были начаты в 1970 г. и продолжались по декабрь 1974 г. За этот период было отработано 68,9 млн. т горной массы, включая породу, окисленную руду и руду, предназначенную для выщелачивания.

Ввиду сильно изрезанной дневной поверхности 59% объема капитальной вскрыши были использованы на строительстве полотна для автомобильных и железных дорог. Вскрышу отрабатывали экскаваторами с ковшом емкостью 11,5 м3 и транспортировали автосамосвалами грузоподъемностью 100 т каждый с обмоторенными колесами. Расстояние транспортирования вскрыши около 1,6 км. Парк насчитывает 34 машины. Среднесуточная производительность карьера по вскрыше 82,8 тыс. т.

Месторождение Пинто Валли, расположенное в штате Аризона, известно с начала прошлого столетия. Однако из-за низкого содержания меди в руде оно продолжительное время не вызывало интереса.

Вскрышные работы на карьере этого месторождения были начаты в 1972 г. с удаления наносов с вершины горы Порфири на гор. 1448 м. В течение 2,5 лет было удалено 54,4 млн. т вскрыши. Работы производила по контракту компания «Джон Меркер», Всего было отработано около 5,4 млн. т породы с вершины и южного склона горы. Из них около 1,8 млн. т использовали для строительства откаточных дорог. Для погрузки и транспортирования мягкой вскрыши применяли одноковшовые погрузчики в сочетании с автосамосвалами грузоподъемностью 30 и 50 т.

В 1972 г. начал работать первый экскаватор на гор. 1412. По мере поступления нового оборудования суточная производственная мощность карьера увеличивалась и в 1973 г, она составила 116,1 тыс. т породы. Суточные объемы при отработке мягкой вскрыши составили 63,5 тыс. т при пятидневной рабочей педеле.

В карьере работали четыре буровых станка фирмы «Марион М-4», три экскаватора фирмы «Харнишвегер», в том числе два с ковшами емкостью 11,5 м3 и один с ковшом емкостью 15,3 м3 и 13 автосамосвалов с обмоторенными колесами фирмы «Вабко» грузоподъемностью 150 т, Вспомогательное оборудование состояло из бульдозеров, грейдеров и одноковшовых погрузчиков фирмы «Катерпиллер», а также одного погрузчика фирмы «Дарт» с ковшом емкостью 9,2 м3.

Наибольший объем капитальной вскрыши характерен для железорудных карьеров Ири, Тилден, Миннтак, Хиббинг Таконит и Минорка. По сравнению с меднорудными карьерами па железорудных количество капитальной вскрыши несравненно меньше. Так, в карьере Ири, где было убрано самое большое количество породы, объем вскрыши составил 8,6 млн. м3, или немногим более 29 млн. т. Это объясняется тем, что большинство железорудных месторождений, и особенно таконитовых, имеют непосредственный выход пластов на поверхность или же небольшую мощность покрывающих пород, изменяющуюся от 6—9 до 18—21 м. Поэтому удаление капитальной вскрыши на железорудных карьерах производится с помощью стандартного горнотранспортного оборудования — мехлопат и автосамосвалов различной грузоподъемности. Если вскрыша состоит из крепких пород, нуждающихся в предварительном дроблении, то используют буровые станки, как правило, шарошечные.

В карьерах, вступивших в строй в последние 8—10 лет, применяют одинаковое оборудование для удаления капитальной и эксплуатационной вскрыши.

На месторождениях региона Лейк Сьюпериор, где капитальная вскрыша представлена в основном мягкими аллювиальными породами, широко распространена система драглайн—бункер—конвейер. Она применяется на карьерах, занимающих площадь 30—45 га; ширина карьера при этом кратна целому числу экскаваторных заходок, а мощность слоя наносов — кратна глубине черпания экскаватора.

Впервые эта система была применена в карьере Саут Эгнью (рис. 27), где был использован шагающий экскаватор Бьюсайрус Эри 1150-В с ковшом емкостью 19,1 м3, передвижной бункер, смонтированный на базе вскрышной мехлопаты Бьюсайрус Эри 550-B, и конвейерные секции (табл. 36).

Карьер (рис. 28) занимает площадь в 33 га и расположен на местности с абсолютными отметками 270—290 м. Кровля руды выходит на отметку 230 м, при этом мощность аллювиальных наносов составляет 40—60 м, в среднем — 46 м. Всю толщу наносов убирают двумя уступами высотой по 30 м каждый. Бункер-грохот смонтирован на базе экскаватора типа вскрышной механической лопаты модели 550-В, ранее имеющего ковш емкостью 16 м3. Он имеет индивидуальный привод каждой гусеничной тележки и поэтому обладает требуемой маневренностью. Первая заходка длиной 305 м и шириной 70 м проходится вдоль западного борта карьера; расстояние между центральными линиями заходки и забойным конвейером 81 м.

С применением новой системы продолжительность вскрышных работ снизилась более чем в 2 раза. Производительность в летний период в среднем составила 450 тыс. м3 в месяц, или около 6000 м3/смену. В зимнее время, когда работы конвейеров из-за погодных условий прекращаются, погрузку в бункер про-изводят автосамосвалами грузоподъемностью 20 т. Данная система оказалась настолько эффективной, что в последующие годы стала широко применяться на ряде других карьеров.

В карьере Maccep мощность аллювиальных наносов достигает 30 м. Для отработки их использовали шагающий экскаватор с ковшом емкостью 5,3 м3. Общая длина конвейерных лент шириной 762 мм составила 412 м.

Необходимо отметить, что вскрышная система имеет достаточно хорошую транспортабельность: по мере завершения работ в одном карьере ее можно использовать на другом. Так, оборудование вскрышной системы, используемое в карьере Cayт Эгнью, затем было использовано в карьерах Мартон, Норпэк и Пирс. Объем капитальной вскрыши отрабатываемой с помощью этой системы, на отдельных карьерах доходит до 26-27 млн. м3 (карьер Мартой), а общая длина конвейеров — до 4,4 км (карьер Норпэк).

Таким образом, приведенные выше примеры свидетельствуют о том, что объем капитальной вскрыши на меднорудных карьерах, как правило, в 7—8 раз больше, чем на железорудных; наиболее распространенной является технологическая схема отработки вскрыши одноковшовыми экскаваторами в сочетании с автомобильным транспортом (карьеры Сиеррита, Тирон, Меткалф, Пинто Валли и все железорудные карьеры). Такая схема одинаково приемлема для удаления как крепких, так и мягких пород вскрыши. Отличие заключается в том, что при выемке крепких пород их предварительно дробят взрывным способом, после чего грузят и транспортируют в отвал или на специальные сооружения (автодороги, дамбы, плотины и т. п.).

Буровые и взрывные работы производят следующим образом: скважины бурят в основном станками шарошечного бурения с диаметром долота до 229 мм, а в качестве взрывчатого вещества используют смесь аммиачной селитры с дизельным топливом; в железорудных карьерах достаточно широко используют водонаполненные взрывчатые вещества.

Технологическая схема удаления вскрыши, предусматривающая применение одноковшовых экскаваторов и автомобильного транспорта, приемлема практически при любых объемах первоначальной вскрыши. Так, при строительстве карьеров с применением одноковшовых экскаваторов и автосамосвалов удаляли от 4 до 8 млн. м3 и от 10 до 110 млн. т вскрыши соответственно для железорудных и меднорудных карьеров. Главное отличие в этом случае заключается в размерах применяемого оборудования: при небольших объемах вскрыши применяли экскаваторы с ковшами емкостью 3,8—4,6 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 27—35 т. Их параметры увеличивались одновременно с увеличением объема капитальной вскрыши и достигли соответственно 15—20 м3 и 150—170 т.

Для удаления капитальной мягкой вскрыши известны случаи, когда для этой цели использовали самоходные скреперы в сочетании с бульдозерами-толкателями.

При объемах капитальной вскрыши, превышающих 200 млн. т и состоящей в основном из аллювиальных наносов, используют систему скрепер—конвейер—автосамосвал, позволяющую применять три способа удаления пород:

- самоходными скреперами с кузовами вместимостью 30 м3 и бульдозерами-толкателями, которые доставляют породу к бункеру магистрального конвейера;

- самоходными скреперами Катерпиллер грузоподъемностью 75 т в сочетании со спаренными бульдозерами-толкателями Катерпиллер, которые доставляют породу в отвал;

- экскаваторами с ковшами емкостью 11,5 м3 и с погрузкой в автосамосвалы грузоподъемностью 85—120 т, которые доставляют породу в отвал или на специальные сооружения.

С расширением области применения открытых работ для добычи полезных ископаемых, чему в большой степени способствовало систематическое совершенствование техники и технологии, наблюдается рост текущего коэффициента вскрыши. На отдельных карьерах он достиг в последние годы 4—6 т/т. Характерно, что к этим карьерам относятся и такие карьеры, как Бингам (Юта), Чино, Багдад, Либерти, которые эксплуатируются давно со значительно меньшим коэффициентом вскрыши. Большие текущие коэффициенты вскрыши свидетельствуют о высокой степени механизации вскрышных работ, позволяющей экономически выгодно разрабатывать месторождения с большим объемом текущей вскрыши (Тирон, Твин Бьютте, Сакатон).

Карьер Бингам (Юта) является старейшим и глубочайшим карьером мира. В течение многих десятилетий в карьере использовали только железнодорожный транспорт. Однако в начале 60-х годов появилась необходимость расширить карьер за счет разноса его восточного борта для получения ежегодна около 300 тыс. т меди. При этом две трети всех уступов перевели на автотранспорт, который отличается высокой маневренностью и гибкостью. Автотранспорт используют в основном на верхних горизонтах, а на нижних по-прежнему применяют железнодорожный транспорт (ширина колеи 1435 мм), которым через тоннели вывозят руду на фабрику.

В зону прироста верхнего контура карьера вошли восточный и юго-восточный отвалы, которые переносятся в три новых отвала на восточном склоне горы Окиррх. Для сокращения расстояния транспортирования породы на отвалы были приведены две новые траншеи глубиной от 76,2 до 91,5 м. Общий объем работ, выполняемых по контракту корпорацией «Вестерн Констрактинг», включает 6,3 млн. м3 породы. Для отработки вскрыши было приобретено около 80 автосамосвалов фирм «Ле-Турно Вестингауз» типа Хаулпэк и «Кенворт-Дарт» типа KW-Дарт грузоподъемностью от 65 до 110 т.

В настоящее время для вывозки породы используют 94 автосамосвала, в том числе 20 автосамосвалов Хаулпэк и KW-Дарт грузоподъемностью 65 т, Лектра Хаул с обмоторенными колесами грузоподъемностью 85 т и восемь автосамосвалов Кенворт-Дарт грузоподъемностью 100 т. В сутки вывозят около 280тыс. т породы. Для их загрузки используют экскаваторы с ковшами емкостью 9,2 и 11,5 M3 вместо ранее применявшихся экскаваторов грузоподъемностью 3,82 м3.

Из карьера Либерти, находящегося в горном районе Рут, штат Невада, ежесуточно вывозят примерно 85 тыс. т породы. Вначале всю горную массу транспортировали в железнодорожных вагонах. Однако по мере углубления работ, дальнейшее применение железнодорожного транспорта становилось неэкономичным ввиду резкого увеличения объема вскрыши, затем стали использовать автотранспорт в сочетании со скиповым подъемом.

В 1975 г. были начаты вскрышные работы в карьере Багдад со снятием как наносов, так и окисленной руды. Для обнажения залежей сульфидной руды, расположенных на глубине, были разработаны наносы и сульфидные руды. В этом же году поступило новое карьерное оборудование: станок вращательного бурения Марион М-4, экскаватор PaH с ковшом емкостью 15,3 м3, восемь автосамосвалов Вабко грузоподъемностью 170 т и обслуживающее вспомогательное оборудование. К концу 1977 г. в карьере дополнительно стали работать три станка Марион М-4, три экскаватора Харнишвегер PaH с ковшами емкостью 15,3 м3 и 12 автосамосвалов Вабко с обмоторенными колесами грузоподъемностью 170 т. Все это оборудование совместно с имеющимися автосамосвалами Дарт грузоподъемностью 55 т используется для разработки вскрыши.

В карьере Тирон ежесуточно разрабатывают 106 тыс. т породы, для чего используют экскаваторы с ковшами емкостью 7,64 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 85 т.

Вскрышные работы в карьере Сакатон характеризуются высоким темпом их выполнения. По проекту капитальная вскрыша должна быть разработана за два года. Однако была принята новая программа, которая предусматривала сокращение этого срока на шесть месяцев. За указанное время из карьера было вывезено 13,6 млн. т аллювиальных наносов и 22,7 млн. т скальной вскрыши. Аллювиальные наносы разрабатывали с помощью 11 колесных скреперов, трех тракторов-толкателей, двух грейдеров и двух бульдозеров. Для удаления скальной вскрыши были дополнительно использованы три экскаватора PaH 1800 с ковшами емкостью 6,88 м3. Эти экскаваторы грузили породу в автосамосвалы Халупэк грузоподъемностью 85 т.

В первые месяцы эксплуатации карьера его ежесуточная производительность по вскрыше достигала 72 тыс. т. Аллювиальные породы рыхлили и удаляли колесными скреперами Терекс S-24 с кузовом вместимостью 18,3 м3, с помощью бульдозеров Катерпиллер Д8 и Катерпиллер Д9G. Кроме того, для разработки эксплуатационной вскрыши использовали технику, ранее применявшуюся для разработки капитальной вскрыши. Крепкую породу дробят взрывным способом, для чего бурят скважины диаметром 305 мм на расстоянии 5,2 м друг от друга. Взорванную породу грузят три экскаватора РаН1800 с ковшами емкостью 6,88 м3 или два колесных фронтальных погрузчика «Мичиган 475» с ковшами емкостью 9,2 м3 в самосвалы фирмы «Вабко» грузоподъемностью 85 т.

Положительные результаты эксплуатации конвейеров при удалении капитальной вскрыши в карьере Твин Бьютте позволили применять их в качестве основного транспорта при доставке руды на обогатительную фабрику и породы в отвалы (рис. 29).

Для этого на западном борту карьера были размещены две стационарные конвейерные линии под углом 14° на расстоянии 15 м друг от друга. Скальную горную массу перед подачей на конвейер измельчают в двух конусных дробилках размером 1370x2030 мм. Перед каждой дробилкой установлен вибрационный колосниковый грохот-питатель размером 2440x6700 мм, расстояние между колосниками 255 мм. Автосамосвалы разгружают руду и скальную породу на предохранительные колосники, расположенные над грохотом-питателем.

Дробленый материал вибрационным питателем 1830x4870 мм подают на промежуточный ленточный конвейер шириной 1524 мм, а затем на магистральный длиной 770 м.

В верхней зоне карьера к каждому магистральному конвейеру сбоку подходят два вспомогательных горизонтальных конвейера, служащих для дополнительной уборки аллювиальных наносов. Один из этих конвейеров длиной 385 м расположен в северной части карьера, другой длиной 355 м —в южной. На эти конвейеры поступают аллювиальные наносы верхней части месторождения. В случае необходимости их можно смешивать со скальной породой, направляемой в отвал.

Материал с магистральных конвейеров при выходе из карьера перегружают на три ленточных конвейера (наклон 3—4°) шириной 1524 м и длиной около 600 м каждый, которые в зависимости от вида материала направляют его на фабрику, усреднительный склад и отвалы породы или окисленной руды.

Начиная с 1969 г., когда обогатительная фабрика достигла своей проектной мощности, до 1972 г. было удалено дополнительно 200 млн, т аллювиальных наносов с тем, чтобы разместить существующие теперь конвейерные линии, известные как линии «С» и «Д»,

В 1975 г. компанией «Анамакс», которой с 1973 г, принадлежит карьер Твин Бьютте, на гор. 808 м была установлена новая дробильная установка для измельчения скальных пород до минус 254 мм. Дробленая порода поступает на конвейер R-3, который передает ее на конвейеры «С» и «Д». Одновременно с расширением работ происходит развитие конвейерной системы за счет присоединения конвейера «Е» к конвейеру «Д». Первоначальная длина конвейера «Е» 260 м, он заканчивается подвижной частью, присоединенной к стакеру со стрелой длиной 65,5 м. Кроме того, проектируют конвейерную систему «К—L». После установки конвейера «L» общая длина всех конвейеров достигла 3660 м. Однако это не предел применения конвейерной системы в карьере Твин Бьютте. В связи с огромнейшим объемом вскрышных работ теперь эксплуатируют пять конвейерных систем обшей протяженностью 7230 м. Общая производительность конвейерных систем достигла 11,25 тыс. т породы в час.

С начала эксплуатации до 1978 г. из карьера Твин Бьютте было вывезено 967,6 млн. т породы. Суточные объемы разрабатываемых вскрышных пород в карьере составили 270 тыс. т, из них 225 тыс. т составили аллювиальные наносы. Однако в отдельные дни фактическая производительность составляла 540 тыс. т. Для форсирования вскрышных работ на северо-востоке карьера была введена в эксплуатацию новая конвейерная система. Вначале она состояла из множества коротких автономных секций шириной 1219 мм и длиной 32 м каждая с индивидуальным электроприводом и натяжным устройством. Впоследствии эти секции были заменены магистральным конвейером с лентой шириной 1829 мм, а отдельные секции прежнего составного конвейера используют как забойные.

На северо-восточном участке карьера работы ведутся с помощью бульдозеров в сочетании с металлическим приемным бункером и пластинчатым питателем. Четыре или пять таких установок (каждая производительностью 1800 т/ч) обеспечивают полную загрузку магистральных конвейеров производительностью 5400—7200 т/ч.

Нa карьере Твин Бьютте используется следующая технология удаления вскрыши: после разрыхления верхнего слоя рыхлителями бульдозеры перемещают породу вкрест простирания уступа на расстояние 45—75 м. Уклон откоса уступа, куда поступает порода, составляет 8—12°. В основании уступа сооружают металлический приемный бункер-лоток высотой 4—5 м, на дне которого находится пластинчатый питатель. Породу бульдозером направляют в этот бункер, откуда питателем перегружают на забойную конвейерную линию, а затем — на магистральный конвейер. В отвал породу укладывают отвалообразователем на пневмоколесном ходу.

Все аллювиальные наносы и более половины скальных пород транспортируют в отвал конвейерами. И только 27 тыс. т скальной породы ежесменно вывозят автосамосвалами непосредственно в отвал.

Эксплуатационную вскрышу на карьере разрабатывают самоходными скреперами Катерпиллер 660 с кузовом вместимостью 30,5 м3. Парк насчитывает 39 скреперов, из которых в работе находится обычно 26. В процессе черпания каждому скреперу помогает тандем из двух тракторов-толкателей, управляемых одним трактористом. Такая работа требует слаженности, поэтому, как правило, оператор скрепера работает с одним и тем же трактористом. Всего на карьере эксплуатируют 16 тракторов-толкателей Катерпиллер D9. Кроме того, работает 12 бульдозеров Катерпиллер D9, из которых 10 оборудованы рыхлителями, Обычно ежесменно два-три бульдозера работают как рыхлители для подготовки материала скреперам, разрыхления подошвы экскаваторного забоя и выполнения вспомогательных работ на отвалах. Для таких же работ используют 10 колесных бульдозеров Катерпиллер 834, а для поддержания автодороги в рабочем состоянии — 10 грейдеров Катерпиллер 16D, Катерпиллер 16, Катерпиллер 12D и 10 водополивочных машин.

Ширина уступов на аллювиальных наносах составляет 30,5 м и более, что позволяет одновременно использовать четыре-пять скреперов. Груженые скреперы движутся под уклон к пункту перегрузки наносов на конвейер. Пункты перегрузки используют те же, что и при разработке капитальной вскрыши. Расстояние транспортирования скреперами составляет 0,4—1,2 км.

Скальную породу транспортируют автосамосвалами грузоподъемностью 100 т главным образом, к восточной дробилке, в которой порода дробится до минус 245 мм и поступает затем на конвейер.

В большинстве случаев в медно- и железорудных карьерах породы эксплуатационной вскрыши разрабатывают по технологической схеме, предусматривающей применение одноковшовых экскаваторов и автотранспорта с предварительным взрывным рыхлением в крепких породах. Так, из 36 меднорудных карьеров такую технологическую схему удаления пород применяют на 33 карьерах (91,7%), а из 24 железорудных — на 21 карьере (87,3%).

Только на трех меднорудных карьерах при разработке вскрыши используют буровые станки, оборудованные погружными перфораторами и пневмоударниками, а на остальных — вращательные шарошечные станки (91,7%) для бурения скважин диаметром от 171,5 до 381 мм. Скорость бурения зависит от крепости разрабатываемых пород и изменяется: от 11,3 до 22,9 м/ч; от 9,2 до 33,6 м/ч; от 11,4 до 18,3 м/ч и от 12,5 до 27,5 м/ч при бурении скважин диаметром соответственно 229; 251; 311 и 349 мм. При бурении скважин диаметром 381 мм скорость бурения составляет в среднем 17,2 м/ч. На вскрыше, как правило, применяют многорядное взрывание с расстоянием между скважинами 4,5—11; 6,1—12,2; 6,7—11 и 6,4—8,2 м и при среднем расстоянии между рядами 6,1; 7,6; 9,2 и 9,8 м соответственно для скважин диаметром 229; 251; 311 и 349 мм. Удельный расход BB изменяется от 200 до 400 г/т при использовании аммиачной селитры с дизельным топливом и других взрывчатых смесей.

Обычно для погрузки породы используют экскаваторы с ковшами большой емкости 11,5, 13 и 15 м3. Гидравлические экскаваторы новых моделей имеют ковши емкостью от 19,1 до 20,6 м3. Они грузят породу в автосамосвалы, грузоподъемность которых изменяется от 35 до 170 т. В последнее время стали использовать автосамосвалы с обмоторенными колесами грузоподъемностью от 200 до 250 т.

Производительность экскаваторов на погрузке вскрыши колеблется в значительных пределах, так как определяется многими факторами. Так, экскаваторы с ковшами емкостью 3,82; 6,1; 7,64; 9,17; 10,7 и 12,99 м3 грузят в смену 4,52; 6,34; 9,98; 11,25; 11,8 и 12,3 тыс. т в автосамосвалы грузоподъемностью соответственно 35; 65; 100; 120 и 100 т; расстояние транспортировки при этом изменялось от 0,9 до 4,2 км.

При весьма больших объемах эксплуатационной вскрыши применяют систему скрепер—конвейер—автосамосвал, которая успешно использовалась при удалении капитальной вскрыши. В отдельные годы на карьере Твин Бьюттс разрабатывали до 140 млн. т породы. Выемка такого объема эксплуатационной вскрыши стала возможной благодаря применению эффективных методов разработки, предусматривающих использование высокопроизводительного оборудования: самоходных колесных скреперов с кузовами вместимостью 30,5 м3, системы конвейеров в комбинации с передвижными питателями и бульдозерами и экскаваторов с ковшами емкостью 11—13 м3 совместно с автосамосвалами грузоподъемностью 100—120 т.

При разработке аллювиальных пород в количестве до 20 млн. т/год успешно используют колесные скреперы с кузовами вместимостью 18,3 м3 в сочетании с бульдозерами-толкателями. Крепкую породу дробят взрывным способом, а затем грузят тремя экскаваторами с ковшами емкостью 6,88 м3 или двумя фронтальными погрузчиками с ковшами емкостью 9,2 м3 в автосамосвалы грузоподъемностью 85 т и производительностью 4081 т/ч.

Динамика изменения объемов эксплуатационной вскрыши для ряда карьеров приведена на рис. 30. Объем текущей вскрыши на железорудных карьерах в несколько раз меньше объема таковых на меднорудных карьерах. Кроме того, вскрышные породы железорудных карьеров имеют высокую крепость. Поэтому на них не применяют конвейеров и всю породу перевозят железнодорожным или автомобильным транспортом, имеющим большую грузоподъемность.

Скальную породу перед загрузкой в транспортные средства дробят взрывным способом. Скважины бурят диаметром 229—381 мм, в основном шарошечными станками.

Из карьеров комбината Ири ежегодно удаляют 20,7 млн. т породы, в том числе 17,2 млн. т скальной вскрыши, т. е. 83% общего количества пустых пород. Для погрузки породы используют экскаваторы с ковшами емкостью 12,2 м3, а для транспортирования — автосамосвалы грузоподъемностью 85, 100 и 170 т. В сутки они перевозят 64,7 тыс. т породы, в том числе 53,6 тыс. т скальной. При этом пять автосамосвалов модели Эвклид грузоподъемностью 170 т используют только на вскрыше, в то время как автосамосвалы грузоподъемностью 85 и 100 т используют и на руде и на вскрыше. В смену обычно работают 25 автосамосвалов.

Из карьеров компании «Ризерв Майнинг» вывозят за год 14,7 млн. т скальной вскрыши и 0,764 тыс. м3 наносов. В сутки соответственно — 40,6 тыс. т и 3,44 тыс. м3. При этом скальную вскрышу удаляют круглогодично, а наносы — с мая по октябрь. Скальные породы бурят станками огневого (диаметр скважин 229—381 мм) и шарошечного (диаметр скважин 311 мм) бурения. В течение недели три буровых станка отрабатывают 60 машино-смен.

На погрузке взорванной горной массы используют 16 экскаваторов с ковшами емкостью 8,4—9,2 м3, а на погрузке аллювиальных наносов — четыре фронтальных колесных погрузчика с ковшами емкостью 6,87 и 7,64 м3. Последние применяют также для погрузки некоторых скальных пород и зачистки таконитовой руды. В течение недели, состоящей из 20 смен, на удалении пустых пород используют три экскаватора и один погрузчик.

В карьере Хиббинг Таконит на 1 т руды приходится 1 т породы. Ежесуточно добывают 48,1 тыс. т руды и столько же породы. Скважины бурят диаметром 311—381 мм шарошечными станками, скальную породу грузят экскаваторами с ковшами емкостью 12,2 м3, наносы — экскаваторами с ковшами емкостью 5,0—7,64 м3, транспортирование осуществляется автосамосвалами грузоподъемностью 65, 120 и 170 т.

В карьере Миннтак вскрышные породы транспортируют в основном железнодорожным транспортом, а также автосамосвалами грузоподъемностью 120 т.

В карьере Тилден для погрузки породы в автосамосвалы грузоподъемностью 65 и 75 т используют пять экскаваторов с ковшами емкостью 3,8 до 7,64 м3.

В табл. 37 приведены данные о производительности оборудования, используемого для удаления эксплуатационной вскрыши в карьерах.

Пустые породы в железорудных карьерах представлены ледниковыми наносами, таконитовыми сланцами, кремнистыми железистыми формациями: бедными кварцитами, окисленной рудой, а также мусковито-биотитовым и биотито-серицитовыми сланцами, гранитизированными гнейсами, известняками и монцонитами. Все породы, за исключением наносов, крепче, чем в меднорудных карьерах, и требуют предварительного дробления, которое осуществляют взрывным способом.

Для бурения скважин используют три вида станков: вращательные, пневмоударные и термические. Удельный вес карьеров, применяющих различные виды буровых станков, составляет соответственно 83,3; 12,5 и 4,2%.

Замена станков огневого бурения станками шарошечного бурения стала возможной благодаря значительному повышению стойкости шарошечных долот, увеличению осевого давления на забой и росту момента вращения штанги. Термические станки в настоящее время используют для бурения скважин в карьерах, разрабатывающих крепкие сильно кремнистые породы, в то врем как погружные пневмоударники — в карьерах, разрабатывающих богатую руду и имеющих небольшую производственную мощность.

На карьерах наиболее распространены скважины диаметром 311 мм. При использовании погружных пневмоударников диаметр скважин снижается до 178—229 мм, а при использовании станков огневого бурения диаметр скважины увеличивается до 457 мм. Применение мощных станков шарошечного бурения способствует увеличению параметров сетки скважин, уменьшению объема буровых работ и числа требуемых станков. Скорость бурения при использовании станков шарошечного бурения составляла 15,2 м/ч при диаметре 311 мм, а при использовании погружных пневмоударников и станков термического бурения соответственно 11,0 и 6,4 м/ч при диаметре скважин 178 и 229 мм.

Особенность параметров сетки скважин в железорудных карьерах заключается в том, что скважины располагают в углах квадрата, имеющего размеры сторон от 3,4—4,9 до 8,5—12,2 м. При этом диаметры скважин составляют 187 и 311 мм в зависимости от крепости пород.

В качестве взрывчатого вещества используют различные взрывчатые смеси, среди которых наиболее распространены смесь аммиачной селитры с дизельным топливом и смеси с металлической пудрой. Удельный расход BB изменяется от 134 до 316 г/т в зависимости от крепости пород. В железорудных карьерах применяют более сильные взрывчатые смеси, чем в меднорудных.

Емкость ковшей экскаваторов, используемых при погрузке породы в железорудных карьерах, меняется в широких пределах и составляет, как правило, 11,5 м3 для крупных карьеров, 3,8—6,1 — для карьеров средней производственной мощности и 3,1 м3 — для небольших карьеров. Сменная производственная мощность первых достигает 8,0—12,1 тыс. т при использовании автосамосвалов грузоподъемностью 100 т; вторых — 4,2—5,1 тыс. т при использовании автосамосвалов грузоподъемностью 50—65 и третьих — 2,0—3,6 тыс. т при использовании автосамосвалов грузоподъемностью 35—45 т.

В карьере Миннтак для перевозки породы, кроме автомобильного, используют железнодорожный транспорт, который транспортирует породу в отвал на расстояние 7,6 км. С помощью автосамосвалов грузоподъемностью 45—65 т, 75—85 т и 100—120 т перевозят породу на расстояние соответственно 1,5; 2,2 и 3,3 км.

Другие виды оборудования, такие как одноковшовые фронтальные погрузчики с ковшами емкостью от 6,1 до 15,3 м3 используют для работы на рудных складах, зачистки кровли полезного ископаемого, на строительстве автодорог и т. п.

Конвейеры в основном используют на рудных складах, иногда для транспортирования руды, например, в карьерах Хилл-Аннекс (США), Шеффервиль, Каланд (Канада) и Маркона (Перу).