Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

28.12.2016

Общие сведения

Вскрытие карьерного поля заключается в обеспечении грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью путем сооружения специальных горных выработок (котлованов, разрезных траншей, зумпфов). Чаще всего вскрытие карьерного поля (месторождения) осуществляется проведением котлована. От месторасположения вскрывающей горной выработки в пределах карьерного поля в значительной мере зависят технико-экономические показатели работы гидрокомплексов.
На выбор места заложения вскрывающих выработок влияют рельеф поверхности, элементы залегания месторождения, инженерно-геологические условия его залегания и др.
Рельеф поверхности в районе месторождения оказывает влияние на размещение поверхностных технических и хозяйственных сооружений и внешних гидроотвалов, а также на расположение вскрывающих выработок и трассирование пульпопроводов и водоводов как внутри карьера, так и на его поверхности.
Элементы залегания месторождения (форма и размеры, глубина залегания и угол падения) имеют решающее влияние на выбор места заложения вскрывающей выработки. Вскрывающую выработку (в частности, котлован) желательно располагать в том месте, где наименьшая геодезическая отметка кровли пласта полезного ископаемого, или ниже уступа, отрабатываемого экскаватором. Это позволит благодаря использованию подтекания гидросмеси по естественному уклону резко сократить число передвижек землесосной станции первого подъема (забойной установки), увеличить объем породы, отрабатываемой с одного положения гидроустановки, значительно уменьшить или свести на нет объем недомытой породы и обеспечить отвод дренажных вод в случае обводненности месторождения.
Таким образом, вскрывающие выработки могут располагаться как на флангах, так и в центральной части карьерного поля (рис. 7.1).
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

Размещение вскрывающих выработок и направление развития горных работ в пределах карьерного поля определяют не только вышеупомянутое, но и объем горно-капитальных работ и первоначальной гидровскрыши, сроки строительства и достижения проектной производственной мощности карьера по добыче полезного ископаемого, а также величину затрат.
Трассирование трубопроводов и водозаводных канав

При гидравлической разработке месторождений трассирование трубопроводов в карьере может быть продольным и поперечным. Трубы обычно укладывают на деревянные подкладки (клетки или лежки). На длинных участках по трассе магистрального трубопровода необходимо устанавливать компенсаторы. Магистральный трубопровод прокладывают по кратчайшему расстоянию с учетом рельефа местности и перемещения фронта горных работ в карьере. По трассе трубопровода в низких местах устанавливают задвижки для выпуска воды (при ведении ремонтных работ), а на возвышенных местах — воздушные клапаны. Место укладки трубопровода выравнивают с помощью бульдозера до необходимой отметки. В пониженных местах у задвижек для спуска воды проводят водоотводные канавы. В случае трассирования трубопровода через овраг или на косогоре сооружают помосты или забивают сваи. Трасса трубопроводов должна быть по возможности без криволинейных участков, минимальной длины.
Водозаводные канавы проводят в водоупорных породах, через которые утечка воды была бы незначительна. Если на пути трассирования имеются большие возвышенности, то канаву заменяют тоннелем. С увеличением откоса увала объем работ по сооружению канавы резко возрастает за счет образования горизонтальной площадки.
С целью уменьшения затрат на содержание земляных канав необходимо, чтобы скорость потока воды была равна или больше критической скорости. Обычно скорость воды в земляных канавах составляет 0,7—1,2 м/с. При такой скорости достигается меньший размыв стенок канавы.
Способы вскрытия карьерных полей

Необходимо иметь в виду, что средства гидромеханизации могут использоваться на открытых горных работах как самостоятельно, так и в сочетании с другими комплексами карьера.
При разработке железорудных и угольных месторождений гидромеханизация используется на передовых уступах, и в этом случае вскрытие всех рабочих горизонтов осуществляется, как правило, капитальными траншеями, которые обеспечивают перевозку горной массы. При этом применяют все те способы вскрытия, которые приведены в классификации основных способов вскрытия В.В. Ржевского (табл. 7.1).
При самостоятельном использовании гидромониторно-землесосных комплексов вскрытие карьерных полей в основном может осуществляться двумя способами: котлованом и разрезной траншеей (канавой).
Вскрытие котлованом. При этом способе вскрытия карьерного поля горные работы на горизонте начинают с создания первоначального фронта, для чего проводят от котлована разрезную траншею. Далее, в зависимости от места расположения котлованов относительно конечных контуров карьера, производят разнос одного или двух бортов разрезной траншеи. Число котлованов, вскрывающих горизонт, может быть один, два, три и более (см. рис. 7.1) в зависимости от типа применяемого оборудования, мощности вскрышной толщи, длины фронта работ на уступе и срока ввода карьера в эксплуатацию. Общую длину пульпопроводов Lп и водоводов Lв при этом можно определить по формуле (рис. 7.2)
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

где Lф1 — длина фронта горных работ на уступе, м; H — мощность вскрышных пород (высота уступа), м; γн.б — угол откоса нерабочего борта карьера, град; Mзl — число землесосных установок на уступе; Кт.г — коэффициент развития трассы (Kт.г = 1,1); lм.п(в)— длина магистрального пульпопровода (водовода), м.
Число землесосных установок на уступе будет зависеть в любом случае от скорости подвигания фронта работ и числа рабочих дней в году, т. е. от коэффициента сезонности Kсез данного региона. Коэффициент сезонности можно определить из соотношения числа дней сезона гидромеханизации и числа рабочих дней карьера в году. Значения Kсез в зависимости от температурной зоны нашей страны и соответственно продолжительность работы гидромеханизации в году приведены ниже.
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

Годовой объем гидровскрыши Qг будет зависеть от скорости подвигания фронта горных работ Vп на нижерасположенных уступах, м3:
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

где Lф — длина фронта горных работ на четвертичных отложениях, м; Нр.з — высота рабочей зоны по гидровскрыше (или высота уступа), м.
Число гидромониторно-землесосных комплексов определяется по формуле
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

где Qэ — производительность гидрокомплекса (грунтового насоса) по породе, м3/год.
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

Зависимости производительности грунтовых насосов по породе от их типа, коэффициента сезонности и группы разрабатываемой породы приведены на рис. 7.3.
При разработке обводненных месторождений с необводненной толщей рыхлых вскрышных пород, разрабатываемых гидромониторами, вскрышной горизонт вскрывается пионерным котлованом и наклонной траншеей до подошвы уступа. Добычной горизонт также вскрывается котлованом (рис. 7.4).
В случае гидромониторной разработки необводненных песчаных месторождений, покрытых толщей рыхлых пород, вскрышной горизонт вскрывается пионерными котлованами и наклонными траншеями внешнего заложения. Добычной горизонт вскрывается пионерными котлованами и наклонными траншеями внутреннего заложения (рис. 7.5).
Если рыхлые вскрышные породы разрабатываются гидромониторами, а полезное ископаемое — экскаваторами, то вскрышной горизонт вскрывается пионерными котлованами, добычной горизонт — наклонными траншеями внутреннего заложения (рис. 7.6).
При разработке россыпных месторождений вскрытие котлованом применяется в условиях наиболее сложного залегания россыпи (при неровном плотике с невыдержанным уклоном и большом объеме работ по проведению канавы). Котлован устраивают в местах, где плотик имеет наиболее низкие отметки (рис. 7.7).
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

Вскрытие канавой. Вскрытие канавой наиболее экономичный и широко применяемый способ при разработке россыпных месторождений. Канаву проводят обычно с уклоном i = 0,015+0,04 0,04. Место заложения канавы выбирают таким образом, чтобы была возможность разместить за ее устьем хвосты обогащения, транспортируемые по канаве самотеком. Канавы глубиной до 5—6 м проводят с помощью гидромонитора, устанавливаемого на поверхности россыпи в начале канавы. Для проведения канав используют также бульдозеры. Глубокие канавы наиболее экономично проводить экскаваторами (рис. 7.8).
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

При независимом вскрытии к каждому горизонту проводят самостоятельную выработку. Например, верхний горизонт можно вскрывать канавой, нижний — котлованом. Этот способ целесообразно применять на россыпях большой мощности и при необходимости раздельной выемки отдельных слоев (горизонтов).
Вскрытие россыпных месторождений обычно осуществляют исходя из условий залегания россыпи, мощности рыхлых отложений и расположения россыпи относительно пойменной части долины (табл. 7.2).
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

Объемы пионерных котлованов (разрезных траншей) и съездов

Для проведения котлованов применяют, как правило, драглайны или бульдозеры. Глубина котлованов, располагаемых на вскрывающих горизонтах, равна высоте разрабатываемого уступа. Размеры котлована принимаются минимальными, они должны обеспечивать возможность размещения средств гидрооборудования и трубопроводов. Для доставки в котлован рабочих, оборудования и трубопроводов проводится наклонная траншея-съезд с уклоном i = 1/7/1/10 и шириной по низу bн.т = 12 м. Для создания на вскрытом уступе первоначального фронта горных работ от котлована проводят разрезную траншею (см. рис. 7.1). Ширина разрезной траншеи по дну будет зависеть от ширины заходки гидромонитора и расчетного числа гидромониторов.
Отработка горизонта осуществляется посредством разноса одного или обоих бортов разрезной траншеи в зависимости от места расположения котлована (или котлованов) относительно конечных контуров карьера.
Углы откосов рабочих и нерабочих бортов котлованов и разрезных траншей в зависимости от физико-механических свойств разрабатываемых пород могут быть равны соответственно 50—80 и 35—60°.
Объем котлована и разрезной траншеи, м3, определяется по формуле
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

где b — ширина котлована (разрезной траншеи) по дну, м; Hy — высота разрабатываемого уступа, м; α — угол откоса (усредненный) борта котлована (разрезной траншеи), град; L — длина котлована (разрезной траншеи) по дну, м.
Объем наклонной траншеи-съезда, м3, определяется по формуле
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ

где i — уклон траншеи, доли ед.; bн.т — ширина наклонной траншеи по дну, м.
Минимальные размеры начального котлована по дну (глубиной примерно 10 м) на одну гидромониторно-землесосную установку приведены ниже.
Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ