Вскрытие карьерных полей и подготовка рабочих горизонтов наиболе. Въездные траншеи в зависимости от конкретных условий, могут быть горизонтальными или наклонными
 Скачать 0.73 Mb.
|
|
Вскрытие карьерных полей и подготовка рабочих горизонтов наиболее часто производятся с помощью въездных и разрезных траншей и полу траншей. Въездные траншеи и полутраншеи обычно проходят с уклоном, зависящим от конкретных условий и вида транспорта, для движения которого они предназначены. Основные элементы траншейных выработок: дно и откосы бортов. Основные параметры траншейных выработок: ширина по нижнему основанию, углы откосов бортов, уклон дна, конечная глубина и площадь поперечного сечения. Въездные траншеи в зависимости от конкретных условий, могут быть горизонтальными или наклонными. Длина горизонтальной въездной траншеи определяется местными условиями и принятым способом вскрытия. Ширина въездных траншей зависит от числа и ширины откаточных путей, а также размеров, применяемых при проходке экскаваторов. Если траншеи имеют внутреннее заложение, то при дальнейшем развитии горных работ их подошва превращается в транспортную берму, а один оставшийся откос - в элемент нерабочего борта карьера. Необходимо учитывать, что при проходке въездных траншей механическими лопатами их ширина по дну определяется размерами экскаватора и способом проходки и получается обычно большей, чем требуется по транспортным условиям. В этих случаях пройденную более широкую въездную траншею сужают до необходимой величины в процессе проходки разрезной траншеи. По величине наклона к горизонтальной плоскости въездные траншеи делятся на наклонные (i = 0,030 - 0,100), предназначенные для железнодорожного и автомобильного транспорта и крутые (i = 0,325 - 0,466) - для конвейерных и скиповых подъемников. Величина уклона при железнодорожном транспорте определяется тяговыми расчетами и при обычной электровозной тяге не должна превышать 0,040. При применении моторных думпкаров и установок автономного управления на электровозах уклоны въездных траншей могут быть до 0,80. При автомобильном транспорте уклоны составляют 0,06-0,10. Разрезная траншея (или полутраншея) является первой горной выработкой, проходимой по вскрытому горизонту с целью подготовки его (создания фронта работ) к выемке полезного ископаемого или вскрышных пород. Разрезные траншеи обычно имеют трапециевидное сечение. Размеры их зависят от применяемого горнодобычного оборудования, физико-механических свойств горной массы и должны быть такими, чтобы обеспечить дальнейшую нормальную отработку уступов с фронтальной погрузкой добываемого полезного ископаемого. Ширина разрезной траншеи в скальных породах должна определяться возможностью размещения взорванной массы с учетом сохранения транспортной площадки при первом взрыве по ее расширению. В нескальных породах ширина разрезной траншеи принимается минимально допустимых размеров исходя из условия размещения применяемого горно-транспортного оборудования. Глубина разрезной траншеи соответствует высоте уступа подготавливаемого горизонта. Углы откосов бортов траншей зависят т свойств породы и из условий техники безопасности должны обеспечивать устойчивость откосов. В большинстве случаев один борт траншеи остается без нарушения на протяжении всего периода эксплуатации карьера и к его устойчивости должны быть предъявлены особые требования. При проходке траншей в слабых породах, склонных к оползанию, внешний борт выполняется более полого и в некоторых случаях его делают ступенчатым. Для ускорения проходки траншей и быстрого создания фронта работ на горизонте желательно, чтобы ширина траншеи была минимальных размеров. Но при этом первым же взрывом по расширению траншеи она будет засыпана на всю ширину. Понадобится повторная проходка траншеи с применением малопроизводительной тупиковой погрузки. Проходка широких траншей, обеспечивает удобство работ по ее расширению, но ведет к снижению скорости проходки. Для преодоления этого противоречия в практике карьеров стараются уменьшить ширину развала от первого взрыва по расширению траншеи или же обуривают и взрывают при проходке траншей широкую полосу (40 -50 м) и проходят разрезную траншею узким ходом шириной 16-18 м. В зависимости от характера пород траншеи проходят либо с применением буровзрывных работ, либо без их применения. На скальных породах применяются мощные механические лопаты, в то время как при наличии нескальных пород возможно применение различных горных машин - одноковшовых и многоковшовых экскаваторов, тракторных скреперов, гидромониторов и т.д. На проходке траншей используются главным образом экскаваторы всех типов либо самостоятельно, либо в сочетании с транспортными средствами. Реже применяются тракторные скреперы, гидромониторы и массовые взрывы на выброс. От скорости проходки траншей зависят продолжительность вскрытия и подготовка новых горизонтов, наличие или отсутствие достаточного фронта добычных и вскрышных работ. Поэтому на карьерах стараются применять способы проходки траншей, обеспечивающие в данных условиях наибольшую скорость. В отдельных случаях с целью ускорения пуска в эксплуатацию карьера или нового горизонта можно пойти на удорожание траншейных работ, так как выигрыш во времени иногда покрывает перерасход на проходку траншей. Все существующие способы проходки траншей можно разделить на способы: без применения транспортных средств; с применением транспортных средств. В зависимости от числа проходимых слоев различают. проходку траншей сразу на всю высоту уступа; послойную проходку траншей с разбивкой сечения траншеи по высоте на несколько слоев. При проходке траншей различают следующие забои: торцевые (лобовые) и боковые. По виду транспортирования пород могут быть выделены следующие основные группы: с погрузкой на железнодорожный транспорт; с погрузкой на автомобильный транспорт; с комбинированным транспортированием пород. По организации погрузочных работ различают проходку траншей экскаваторами с нижней погрузкой, с верхней погрузкой, с комбинацией верхней и нижней погрузки. Классификация способов проходки траншей приведена в табл. 1 Таблица 1 Классификация способов проходки траншей
На месторождениях со сложными гидрогеологическими условиями, характеризующимися обильными водопритоками, применение традиционных механических лопат при подготовке новых горизонтов, т. е. углубке карьера, характеризуется малой скоростью этих работ. Это обусловлено тем, что выемочно-погрузочное оборудование и транспорт работают на нижнем горизонте (дне карьерного поля), который не полностью осушен, возникает проблема подтопления техники, из-за чего производительность снижается на 50-60 % по сравнению с их работой в сухих забоях. С увеличением глубины отработки горно-геологические условия усложняются, увеличивается количество воды, растет объем пульпы. В связи с этим работа выемочно-погрузочного оборудования и транспорта значительно затрудняется, особенно при осушении и отработке пульпы. При подготовке новой части дна на подуступ верхняя и нижняя его части не связываются между собой в одном цикле углубления с использованием традиционного выемочно-погрузочного оборудования. При этом горные работы ведутся только на верхнем подуступе, нижний подуступ отрабатывается при следующем цикле. Это ограничивает скорость подготовки нового горизонта на всей площади карьера и его производительность. Для подготовки к отработке нижнего подуступа необходима проходка въездной траншеи большой ширины (bmin = 20 - 25 м) для размещения в ней погрузочно-транспортного оборудования, что влечет за собой увеличение объема работ по подготовке горизонта, дополнительно к этому подземные воды мешают ее созданию, вследствие чего теряется много времени на эту работу. Применение ЭКГ в обводненных условиях затруднено. Это связанно с тем, что они имеют большую массу, низкую скорость передвижения, а также электрический привод, что может повлечь за собой их подтапливание при отказах на электростанциях и малейших остановках. Экскаваторы и автосамосвалы вынуждены работать на самом нижнем горизонте, который полностью не осушен, поэтому оборудование работает в воде с пульпой. При таких условиях работы производительность экскаватора снижается на 50-60%, потребляется большое количество топлива, а также снижается срок его эксплуатации. Для повышения производительности ЭКГ и использования грузоподъемности автосамосвалов используют примешивание сухой породы, но при этом увеличивается разубоживание руды. При этом требуется обоснование технологических схем ведения работ, главным направлением которых при подготовке новых горизонтов является регулирование воды в затопленной части дна. Для данного процесса требуется создание водоприемной траншеи, в которой на понтоне располагается насосная станция. При этом добычные и вскрышные работы производятся выше водоприемной траншеи в сезон паводков. В остальное время ведение работ, направленных на подготовку новых горизонтов с целью образования новой водоприемной траншеи на нижнем смежном горизонте, а добычные и вскрышные работы производятся на всех горизонтах. Для сохранения заданной производительности угольного карьера необходимо, чтобы сохранялась скорость подготовки новых горизонтов и извлекаемый объем полезного ископаемого и вскрышных пород. Для продолжения углубки карьера приходится осушать нижний горизонт и отрабатывать пульпу, скопившуюся на дне. Осушение и отработка пульпы являются не просто отдельной операцией, а одним из этапов добычи. Поэтому при разработке технологии подготовки новых горизонтов исследование гидрогеологических условий, условий рельефа, горномеханических характеристик горных пород является важной задачей. Нерациональная система осушения приводит к затоплению, разрушению уступов, оползням бортов, ущербу окружающей среды. При проходке разрезной траншеи нижним черпанием вода сосредотачивается в дренажной канаве. При этом можно считать, что радиус депрессионной кривой пересекает борт траншеи по ее дну, в этом случае уравнение кривой имеет вид (рис.1):  Рис.1 - Криволинейное понижение грунтовых вод при проходке разрезной траншеи, где Y, X – координаты депрессионной кривой, м; Н – величина напора, м; R – радиус депрессионной кривой, м. При работе на карьерах в сложных гидрогеологических условиях возможно ведение горных работ на дне по трем технологическим схемам: 1. Система разработки, имеющая дно карьера с множеством подуступов. Принципом этой системы является разделение дна карьера на многие подуступы по простиранию залежи (рис. 2), с образованием траншеи в самом глубоком месте для сбора воды и пульпы. Вскрышные и добычные работы производятся на верхних горизонтах в сезон паводков, а в сухой сезон осуществляется отработка пульпы и углубка карьера в самом нижем месте.  Рис.2 - Технологическая схема отработки со ступенчатым дном LБ – длина блока экскаватора 2. Система разработки с применением наклонного дна.  Рис.3. Технологическая схема отработки с наклонным дном Суть способа заключается в создании карьерного дна в виде наклонной поверхности с уклоном 6-8 % для сбора в нижней части воды и пульпы. 3. Система разработки с двухуступным карьерным дном. Способ заключается в том, что дно карьера разделено на два подуступа по длине простирания. В сезон паводков углубка происходит на верхних горизонтах, а на нижнем горизонте скапливается вода и пульпа, которые отрабатываются после окончания сезона паводков. Такая схема имеет два технологических варианта. 3.1. Система разработки с двухуступным карьерным дном и одноступенчатой водоприемной траншеей. По длине карьер разделен на участки: I и II (рис. 4). На участке I, где расположена водоприемная траншея, количество уступов больше чем на участке II. Траншея, имеет площадь Lк × Bк (Lк – длина траншеи, Bк – ширина траншеи). При разработке следующего горизонта необходимо подготовить новую водоприемную траншею.   Рис. 4. Схема продольной водоприемной траншеи и порядок ее формирования При ее создании требуется учесть схему вскрытия и расположение въездной траншеи (на рабочем или на нерабочем бортах). При прохождении въездной траншеи по нерабочему борту для создания водоприемной траншеи размерами Lк' × Bк' на горизонте -15 м необходимо расширить траншею на горизонте ±0 в направлении 1 (до необходимого расстояния для создания въездной траншеи A'B') и по направлению 2 для подвигания фронта работ. При этом вскрышные и добычные работы могут проходить на горизонтах ± 0 и выше. 3.2. Система разработки с двухуступным карьерным дном и двухступенчатой водоприемной траншеей. Особенность такого варианта заключается в том, что водоприемная траншея разделяется на две ступени (рис. 5). На верхней ступени (подуступе) содержатся отложения пульпы для просушки, а на нижней - ил и вода. При такой работе после окончания сезона паводков работа сосредоточена не для углубки водоприемной траншеи, где собрался ил, а на верхнем подуступе с целью увеличения сушки пульпы для обеспечения повышения производительности выемочного оборудования и сокращения времени подготовки нового горизонта. Процесс формирования нового дна производится по следующей схеме. Сначала разносится верхний подуступ с отметкой -5 м, на котором размещалась водоприемная траншея (I), затем осуществляется углубка еще на один подуступ (II) для формирования уступа на отметке -10 м. Производится отработка пульпы и разноска нижнего подуступа горизонта -10 м (III). Осуществляется проходка верхнего подуступа (IV) горизонта -20 м для создания следующей водоприемной траншеи на горизонте -15 м.  Рис. 5. Порядок углубки двухуступной водоприемной траншеи Сущностью этой схемы является подготовка горизонта подуступами с образованием двухступенчатой водоприемной траншеи. После окончания проходки съездной траншеи на подуступ I отработка происходит тем же экскаватором до конца блока (рис. 6 а), после чего к работе приступает второй экскаватор для проходки разрезной траншеи подуступа I в обратном направлении. После создания пространства появляется возможность для ввода в работу нескольких экскаваторов для расширения горизонта и создания условий для подготовки следующего горизонта. Работы происходят последовательно: съездная траншея, разрезная траншея, образование водоприемной траншеи на горизонте II (рис. 6 б). Таким образом образовалась водоприемная траншея с двумя ступенями. В сезон паводков работы направлены на расширение этого горизонта и на подготовку следующего (рис. 6 в).  Рис. 6. Порядок подготовки двухуступной водоприемной траншеи При анализе различных технологических схем можно сделать следующие выводы: - при одинаковой площади дна карьера водовместимость двухступенчатого дна больше, чем у наклонного; - при двухступенчатом дне глубина и длина затопления участка меньше, чем у наклонного дна при одной и той же водовместимости; - при двухступенчатом дне ил распределяется равномерно небольшой толщиной. При откачке воды, слой ила на верхнем подуступе обезвоживается быстрее, и отработка пульпы облегчается. А на наклонном дне ил располагается неравномерно, большой толщиной и поэтому возможность обезвоживания затрудняется. Опыт эксплуатации обводненных месторождений рассматриваемого типа показывает, что способ осушения месторождений с помощью водопонижающих скважин мало эффективен. Это вызвано тем, что как правило указанные месторождения неоднородны по фильтрационным характеристикам и имеют зоны повышенной трещиноватности и карстообразования. Поэтому предлагается осуществить дренирование карьерного поля с помощью средств открытого водоотлива и системы опережающих траншей на обводненных рабочих уступах. Эффект осушения добычных забоев в предлагаемом техническом решении осуществляется путем строго определенного порядка формирования карьерного пространства и организованного водосбора притоков в карьере с целью понижения уровня подземных вод в карьере и создания необходимой депрессионной кривой: вскрытие карьерного поля первоначальным карьером или котлованом в месте наибольшего понижения почвы водоносной толщи и формирование на дне карьера стационарного водосборника, оборудованного средствами открытого водоотлива; расположение карьера одним из нерабочих бортов со стороны направления потока подземных вод водоносной толщи; подготовка добычных уступов водоносной толщи к осушению путем проходки на каждом уступе опережающих дренажных траншей или щелей со стороны нерабочих бортов карьера; отработка уступов водоносной толщи по восстанию гипсометрии подошвы толщи с естественным уклоном в сторону водосборника на каждом уступе; организованный сбор водопритоков со стороны нерабочих бортов карьера путем устройства водоотводных канав на добычных уступах водоносной толщи и сброс воды в стационарный водосборник на дно карьера. В период формирования первоначального карьера до достижения дна карьера на каждом нижележащем уступе также формируется временный водосборник, на рабочих уступах система опережающих дренажных траншей и организованный сбор водопритоков системой водоотводных канав. По мере понижения горных работ водосборник организуется на нижележащем уступе. Если карьер неглубокий, то сразу формируется водосборник в виде котлована в самом низком месте подошвы водоносного горизонта. Если водоносный горизонт или водовмещающая толща в целом имеют высокие фильтрационные свойства, то достаточно формировать опережающие дренажные щели. Длина опережающих дренажных траншей (щелей) определяется расчетом и зависит от фильтрационных характеристик осушаемого массива. Расчеты показывают, что для известняков, доломитов, сланцев, песков, обладающих достаточно высокими фильтрационными свойствами, депрессионная кривая в направлении подвигания фрона работ будет достаточно пологой и добычные блоки на рабочих уступах будут осушенными. На рис. 7 показан план горных работ в карьере при достижении горными работами дна карьера; на рис. 8 - то же, при достижении горными работами гор 3; на рис.9 - поперечное сечение А-А на рис.7. Элементы изобретения, изображенные на рис. 7, 8, 9: 1 - покрывающие рыхлые породы (суглинки, глины, супеси); 2 - обводненные известняки; 3 - водоупорные породы, подстилающие обводненную толщу известняков; 4 - граница распространения обводненной толщи известняков; 5 - конечный контур карьера по поверхности; 6 - депрессионная кривая; 7 - направление потока подземных вод обводненной толщи известняков; 8 - направление падения толщи известняков; 9 - направление отработки карьерного поля; 10 - водосборник; 11 - водоотводные канавы на уступах; 12 - насосная станция на понтоне; 13 - водовод; 14 - осушенные блоки известняков на уступах; 15 - вскрышной уступ г. 1; 16 - добычные уступы г.2, 3, 4; 17 - постоянные автомобильные съезды; 18 - внешняя въездная траншея; 19 - опережающие дренажные траншеи.  Рис.7 - план горных работ в карьере при достижении горными работами дна карьера  Рис. 8 - план горных работ в карьере при достижении горными работами 3 гор  Рис. 9 - поперечное сечение А-А В обводнении карьера участвуют известняки протвинско-подольского водоносного комплекса, обводненность комплекса неравномерна по фронту, наличие локальных мест с фонтанирующими водотоками указывает на напорный характер движения подземных вод и фильтрационную неоднородность известняков комплекса. Мощность водоносного комплекса достигает 60 м, коэффициент фильтрации в среднем 5,73 м/сутки, в зонах повышенной трещиноватости и закарстованности до 60,0 м/сутки. Верхним водоупором комплекса являются суглинки, нижним водоупором - песчано-глинистая пачка мощностью 2,5-5,0 м. Разгрузка водоносного комплекса осуществляется в реку, питание водоносного комплекса за счет инфильтрации атмосферных осадков через "окна" гидравлической связи с озерно-ледниковыми песками вышележащего четвертичного водоносного комплекса. Уровни подземных вод комплекса залегают на абс. отметках 118 - 123 м, а в непосредственной близости от границ карьера на отм. 100 - 110 м. На основе анализа гидрогеологических условий месторождения и фактической обводненности карьера дренирование провинско-подольского водоносного комплекса известняков предлагается осуществлять с помощью средств открытого водоотлива и системы опережающих дренажных траншей, проходимых на горизонтах 80, 85, 93, 103 м. Оценка эффективности предлагаемого способа осушения выполнялась на численной модели с помощью методов численного моделирования на ЭВМ типа РС IBM. Применение предлагаемого способа осушения известняков позволит за счет снижения естественной влажности известняков при добыче на 50 - 70% и снижения уровня подземных вод в карьере до отм. 90 м получить снижение затрат в доменном и конверторном процессах получения металла на металлургическом комбинате; снижение на 80% расхода водоустойчивых взрывчатых \веществ в общем объеме взрывчатых веществ при рыхлении известняков на уступах 103, 93, 86 м; ликвидировать смерзаемость товарного известняка в зимний период года на складах металлургического комбината.   | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||