Основные технологические процессы на разрезе "Томусинский"

Целью изучения дисциплины «Основы горного дела» является ознакомление обучающихся с азами горной науки, изучение основных процессов, которые выполняются при открытом способе разработки месторождения. Именно эти цели должны были быть достигнуты при выполнении данного курсового проекта.

На примере «Томусинского разреза» были рассмотрены главные производственные процессы: вскрытие месторождения, подготовка горных пород к выемке, выемка и погрузка породы, транспортирование горной массы, а также отвалообразование. Очевидно, целью этого курсового проекта являлось наиболее полное описание и рассмотрение этих процессов.

При работе над проектом была использована разнообразная горно-технологическая литература, научные статьи, опубликованные в специфических изданиях, информация, взятая с Интернет сайтов по горному делу, а также документация, полученная с разреза «Томусинский».

Началом проекта послужила горно-геологическая характеристика рассматриваемого разреза. В ней были рассмотрены вопросы, касающиеся физико-механических свойств горных пород, стратиграфии и тектонического строения местности. Можно сделать вывод, что геологическое строение района является важнейшей характеристикой, определяющей дальнейшую разработку месторождений.

Вскрытие месторождения является первичным производственным процессом, имеющим непосредственное отношение к горным работам. Были рассмотрены различные способы вскрытия открытый (траншейный), подземный, а также комбинированный. Подготовка горных пород к выемке, будучи комплексным, составным процессом, служит для упрощения доступа к полезному ископаемому. На рассмотренном мною разрезе находит применение буровзрывной способ подготовки пород.

Выемка и погрузка, транспортирование и отвалообразование, в свою очередь, также принадлежат к производственному циклу, являются его основной частью, поскольку за период эксплуатации карьера именно эти процессы занимают наибольшую долю рабочего времени. также была рассмотрена рекультивация, которая хоть и не входит в состав технологических процессов, но по своему очень важна.

Глава 1 ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

1.1 Геологическое строение и горно-геологическая характеристика месторождения

Разрез «Томусинский» сдан в эксплуатацию в декабре 1959 года с проектной мощностью 4 млн. тонн добычи в год. Первые годы эксплуатации выявили недостаточную разведанность геологии поля разреза и более сложные горно-геологические условия, чем те, которые были учтены в проекте, В результате за период с 1959 по 1969 год проектная мощность была освоена только на 55%. С учётом выявленных факторов в 1970 году скорректированным проектом реконструкции горнотранспортного хозяйства разреза была установлена проектная мощность разреза после реконструкции - 3 млн. тонн, которая была освоена в 1975 году

В 1985-1990 годах достигнутая производственная мощность держалась на уровне 3,25-3,3 млн. тонн. За 1991-1993 годы в условиях общего спада производства, отпуска цен и инфляции, уровень добычи снизился до 2 млн. тонн в год. Общая численность трудящихся разреза сократилась с 1400 человек до 1200 человек, в том числе промышленно-производственного персонала - с 1207 до 1090 человек. В 1997 году добыча угля составила 2130,2 тысяч тонн, при текущем коэффициенте вскрыши 5,77 м3/г.

Всего за 39 лет существования разреза было добыто около 144 млн. тонн угля коксующихся и энергетических марок, за счёт прибыльности производства затраты на строительство и реконструкцию разреза окупилось более чем в 6 раз. Разрез отрабатывает свиту трёх пологопадающих пластов: 3, 4-5 и 6 мощностью соответственно 9,5 м, 9,8 м, 6,5 м, со средним углом падения 8 градусов. Глубина разреза 250 м. Сырьевая база разреза представлена углями ценных коксующихся марок ОС и КС в объёме 33,4 млн. тонн. Поле разреза находится в северо-восточной части Томусинского месторождения в Томусинском геолого-экономическом районе Кузбасса. Ближайшим населённым пунктом является город Междуреченск, находящийся на противоположном берегу реки Томь.

Основными транспортными коммуникациями района являются: железная дорога Новокузнецк - Междуреченск - Абакан и автодорога Новокузнецк - Междуреченск. Снабжение района электроэнергией осуществляется от Томусинской ГРЭС. Снабжение питьевой водой производится от городского водозабора, технической водой из артезианской скважины и отстойник карьерного водоотлива.

Вскрышные работы ведутся по комбинированной системе разработки - транспортной (автомобильной и железнодорожной) и бестранспортной, с применением одноковшовых экскаваторов с ёмкостью ковша от 5 до 15 м3. В качестве средств транспорта используются автосамосвалы БелАЗ грузоподъёмностью 40-180 тонн, локомотивы ОПЭ-1 и думпкары 2ВС-105.

Поле разреза почти вплотную примыкает к левому берегу реки Томь и имеет размеры: по простиранию - 3,5 км, по падению - 1,8 км и характеризуется сложным гористым рельефом: высотные отметки колеблются от 450 м на водоразделах до 240 м в долинах реки Томь. Климат района резко континентальный характеризуется длительной холодной зимой и коротким жарким летом. Среднемесячная максимальная температура наблюдается в июле +19,4 °С, минимальная - в январе -17,4 °С. Абсолютный максимум температуры +38 °С, абсолютный минимум -52 °С. Снежный покров достигает 1,5-2-м. Промерзание грунта 0,5 м.

1.2 Геологическая характеристика месторождения

1.2.1 Стратиграфия и литология

Поле разреза сложено отложениями Верхнебалахонской продуктивной подсерии и Кузнецкой непродуктивной свиты. Продуктивные отложения представлены осадками Усятской и Кемеровской свит. Усятская свита охватывает верхние горизонты Верхнебалахонской подсерии. Продуктивные отложения Усятской свиты покрываются безугольными отложениями Кузнецкой

свиты. Нижние горизонты свиты сходны по составу и окраске с породами верхних горизонтов продуктивных отложений, пласт угля полностью отсутствует. По мере перехода к более верхним горизонтам песчаники начинают приобретать зеленоватые табачного оттенка тона. Мощность отложений Кузнецкой свиты достигает 695-700 м, на описываемом участке мощность отложений 160-180 м.

Усятская свита

Охватывает самые верхние горизонты продуктивной Верхнебалахонской подсерии от кровли пласта 1, до кровли пласта 6.

Литологическая толща пород представлена мощными слоями крупнозернистых песчаников и содержит самые мощные и наиболее выдержанные пласты угля 3 и 4-5.

Породы глинистого состава приурочены к кровле и почве угольных пластов.

Между пластами 3 и 4-5 расположен весьма характерный горизонт гравелита. В кровле пласта 4-5 залегает маломощный слой мелкогалечного конгломерата мощностью от 1 до 6 метров. Мощность Усятской свиты 100-115 м с тремя пластами суммарной мощностью 19-21м, что определяет её высокую угленосность до 20%.

Кемеровская свита

Нижняя граница проходит по почве пласта 16-17, верхняя по кровле пласта 6. Нижние горизонты, залегающие пласты от 17 до 18, характеризуется переслаиванием грязно-серых тонколинзовидных песчаников и тёмных алевролитов.

Средняя толща свиты представлена алевролитами и мощными пачками аргиллитов. Небольшие по мощности пачки тонкозернистых песчаников имеют незначительное распространение.

Толща вмещает пласты угля 6,7,8. Верхние горизонты свиты вмещают пласты угля 6 и 7, в кровле которых залегают слои крепких светло-серых песчаников с включением редких галек изверженных пород. В целом Кемеровская свита характеризуется большим числом пластов, среди которых выделяются 4, 5, 6, 7, 8, 9 мощностью от 3 до 7 м. Мощность свиты составляет 110-130 м. Суммарная мощность пластов 21-23 м, угленосность 19%.

1.2.2 Тектоника карьерного поля

Основным структурным элементом поля разреза является осложненный дополнительной складчатостью и дизъюнктивами главный моноклинал. Этим вероятно и объясняется то, что продуктивная толща почти всей своей протяженностью сохраняет северо-западное пологое падение под углом 6-20 градусов. Карьерное поле осложнено рядом дизъюнктивных и пликативных нарушений, а также интрузией магматических пород, представленной дайкой диабазов.

В настоящее время на поле карьера выделено в основном четыре дизъюнктивных и пликативных нарушения, ниже приводится их описание.

Нарушение 1-1, типа несогласный надвиг, на площади карьера имеет, наибольшее распространение, пересекая его с юга на северо-восток. Оно имеет вертикальную амплитуду смещения от 8 до 30 метров. Амплитуда смещения волнистая с общим падением на северо-восток под азимутом 30-60° и углом падения 10-15 градусов (на отдельных перегибах 50°).

Необходимо отметить, что висячее и лежачее крыло нарушения осложнено рядом апофизных разрывов того же типа, что и основное нарушение. Так при ведении горных работ на горизонте +375 был выявлен надвиг в лежачем крыле основного нарушения, амплитуда которого 4 м. На горизонте +405 м подобная апофиза встречена в висячем крыле основного нарушения с амплитудой 4 м. Разведочной скважиной №2924 пласт 3 подсечён дважды, при котором мощность второго подсечения составила 16 м, что также указывает на наличие апофизы в лежачем крыле основного нарушения с амплитудой порядка 7-8 м.

Вместо «кругового» нарушения 2-2, которое по материалам Усинской ГРЭ прослеживалось только по профилю «Б», выявлено нарушение типа «несогласный надвиг» с амплитудой от 8 до 30 метров.

В юго-западной части карьерного поля горными и геологоразведочными работами выявлено нарушение типа «несогласный надвиг» пласта 6, хорошо увязывающегося с выше указанными нарушениями пласта 4-5. В этом нарушении обнаружено минимум две тектонические трещины. Основная трещина амплитуды cмeщeния, по которой достигает 3-5 м, а в висячем крыле имеется ещё одна трещина, амплитуда смещения по которой достигает 1-2 м. Распространяется нарушение на северо-восток. Параллельно нарушению в висячем крыле пласта обнаружена антиклинальная cкладкa, направление оси складки на северо-восток. Юго-восточное крыло её падает несколько круче, чем северо-западное. Максимальный угол падения достигает 10-12 градусов.

Нарушение горстового типа, выполненное согласным и несогласным сбросами было встречено горными работами по пласту 3 гор. +405 м, и вскрышным уступом гор. +420 м амплитудой смещения от 4 до 10-12 м. Впервые это нарушение было зафиксированного по угольному забою в почве пласта 3 гор. +405 м в форме несогласного сброса с амплитудой 4 м, и углом падения 60-65 градусов на юго-запад. При дальнейшей отработке по падению пласта, нарушение было встречено в форме согласного сброса с амплитудой 4-8 м, падение плоскости смесителя на СВ под углом 80 градусов. Оба сместителя простираются почти пapaллeльнo, в 8-10 м друг от дpyгa, с некоторым сближением на СЗ под острым углом к простиранию дайки.

Амплитуда нарушения резко увеличивается с ЮВ на СЗ и при подходе к дайке достигает 10 м. При ведении горных работ по пласту 6 встречено тектоническое нарушение типа согласный сброс на расстоянии 20-50 м от дайки диабазов. Амплитуда этого нарушения 3-5 м, падение плоскости сместителя под углом 76-82 градусов.

Нарушение типа 5-5 несогласный надвиг встречено на юго-востоке между разведочными линиями 7-7 и 1-1. Амплитуда смещения 8-15 м, угол падения сместителя 9-20 градусов.

Пликативные нарушения по полю карьера выражены рядом синклинальных складок

с почти параллельными и одинаково направленными осями. Как правило, складки расположены между надвиговыми нарушениями, что указывает на одновременное их образование. Дайка диабазов пересекает продуктивную толщу диагональю с ЮВ на СЗ. Мощность её по горным работам 18-35 м, падение часто меняется от 90 до 80 градусов в обе стороны. При внедрении дайка не только разорвёт угольные пласты, но и поднимет их своим контактом на 10-20 м от нормального их залегания. Кроме того, угольные пласты на контакте с дайкой в пласте шириной 15-20 м почти сплошь пронизаны диабазом, местами полностью заменившим угольный пласт.

1.2.3 Характеристика угольных пластов

В настоящее время карьером отрабатывается три пласта угля: 3,4-5,6.

Пласт 3 является одним из мощных пластов разреза, залегает ниже пласта 1 в 38-40 м. Пласт устойчивый, мощность его изменяется в пределах от 8,2 и до 11,5 м, но наиболее часто встречается 9,5 м. Строение пласта в основном выдержанное.

Пласт содержит в себе от 1 до 3 породных прослоек, представленных углистым аргиллитом и алевролитом. Прослойки приурочены к кровле и почве, мощность их колеблется от 0,02 м до 0,3 м, слабые, разбиты трещинами. Суммарная мощность прослойков от 0,35 м до 0,45 м. Уголь пласта 3 относится ко второму классу крепости. По крепости пласт 3 можно разделить на две почти равные пачки: верхнюю более крепкую и нижнюю с несколько ослабленной механической крепостью.

По горным работам уголь пласта 3 имеет ясно выраженные трещины кливажа эндогенного и экзогенного происхождения. Экзогенные трещины представлены двумя системами трещин, почти перпендикулярными друг к другу и к напластованию. Основные плоскости отдельностей, почти совпадающие с простиранием пласта, выделяются отчётливо, уголь по ним легко разбирается. Углы падения основных плоскостей колеблются в пределах 85-87 градусов, азимут падения 0-10 градусов. Расстояние между трещинами первой системы колеблется от 4-5 см до 20-30 см.

Торцевые плоскости, ориентированные по падению, развиты гораздо слабее основных. Углы падения плоскостей колеблются от 80 до 85 градусов, азимут 270-265 градусов. Расстояние между трещинами второй системы 1-10 см. Экзокливаж представлен диагонально-секущими пласт трещинами первого и второго порядка. В трещинах первого порядка чётко заметны перетёртые землистого цвета порошки угля, что свидетельствует о происходивших подвижках по этим трещинам. Расстояние между трещинами первого порядка от 20-30 см до 50 см, второго порядка 10-15 см. Породы кровли и почвы пласта разбиты теми же трещинами, что и уголь, однако торцевые плоскости выражены гораздо четче и расстояние между ними значительно меньше. Породы кровли пласта представлены мощным слоем, до 7-9 м, грубых алевролитов. Непосредственной почвой пласта является сильно трещиноватый аргиллит, мощностью 2-2,5 м, переходящий в алевролит, мощность которого достигает 10 м. На выходах под наносы по пласту 3 оконтурено 4 отдельных выгорания пласта.

Пласт 4-5 самый мощный на поле карьера, залегает ниже пласта 3 на 24-26'м. Мощность его колеблется от 8,6 до 11,0 м. Строение пласта сравнительно простое. Пласт содержит в себе 1-3 породных прослойки, представленных в основном углистым аргиллитом. Большинство породных прослойков приурочено к верхней пачке пласта. Мощность породных прослойков колеблется в пределах от 10 до 30 см. Эти породные прослойки слабые, разбиты теми же трещинами кливажа, что и уголь пласта.

Уголь пласта 4-5 относится ко второму классу крепости. По пласту 4-5 легко прослеживается эндокливаж. Особенно чётко выражена основная плоскость, ориентированная по простиранию пласта. Поверхность плоскости покрыта налётом гидроокислов железа. Торцевая плоскость прослеживается очень чётко и имеет весьма ограниченное распространение. Расстояние между эндогенными трещинами колеблется от 0,1 до 0,8 см.

В пласте наблюдаются диагонально секущие тектонические трещины, параллельные и одинаково ориентированы. Расстояние между трещинами колеблется от 3 до 7 м. Породы кровли разбиты трещинами той же ориентации, что и уголь, однако расстояние 1 между трещинами увеличивается. Многие трещины эндокливажа в породах кровли имеют толщину до 1-5 см и заполнены коллоидной глиной. Непосредственная кровля пласта представлена конгломератами и песчаниками. Основная кровля «снизу вверх»1 сложена конгломератами средне- и мелкогалечного состава от 1-1,5 м до 3-4 м, переходящими в слой гравелита, мощностью 1-1,5 м. Затем следует песчаник с прослойками конгломерата, общей мощностью 0,2-0,7 м. Конгломераты и песчаники кровли пласта имеют высокую крепость (коэффициент крепости по шкале профессора Протодьяконова равен 8-10). Почвой пласта служит грубый алевролит, переходящий в мелкозернистый песчаник. На выходах пласта под наносы выделено 3 отдельных выгорания пласта. Пласт 6 залегает ниже пласта 4-5 в 28-34 метрах. Устойчивый, мощность его колеблется от 4,8 до 6,6 м. Строение пласта сложное. Пласт состоит из двух основных угольных пачек, разделённых породными прослойками, представленными тёмно-серым алевролитом с характерными точечными вкраплениями каолинита, мощность прослоя часто меняется как по падению, так и по простиранию и колеблется от 0,3 до 1,1 м.

Таблица 1.1 - Характеристика угольных пластов

Наименование пласта	Мощность, м	Вмещающие породы		Степень выдержанности пласта	Строение пласта	Расстояние между пластами, м	Угол падения пласта, град
Наименование пласта	Мощность, м	кровля	почва	Степень выдержанности пласта	Строение пласта	Расстояние между пластами, м	Угол падения пласта, град
1	2	3	4	5	6	7	8
III		алевролит	аргиллит, алевролит	Выдержан.	Простое и сложное (из 2-3 пачек угля)	38-40	8
IV-V		средне и мелко галечный конгломерат, песчаник	алевролит	Относит. выдержан.	Сложное (из 2-7 пачек угля)	24-26	8
VI		песчаник	алевролит	Относит. выдержан.	Сложное (2 пачки, 4-7прослоями породы)	24-44	8

Нижняя пачка пласта гораздо выдержанней, мощность её 2,7-3,5 м. Однако число породных прослойков увеличивается вдвое, суммарная мощность их не велика - до 0,3 м. Прослойки представлены алевролитом и аргиллитом. Все породные прослойки не устойчивы по мощности, часто выклиниваются как по падению, так и по простиранию пласта.

Пласт 6 имеет среднюю крепость. Верхняя пачка пласта содержит в себе 2-3 тонких (суммарной мощностью 0,1-0,2 м) прослойки аргиллита, мощность её меняется от 1,8 до 3 метров, за счёт изменений мощности прослойка. В горных выработках по пласту 6 прослеживаются трещины кливажа. Трещины развиты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, плотно притёртые имеют несколько ограниченное распространение. Расстояние между трещинами колеблется от 0,1 м до 0,5 м. Кровля пласта сложена среднезернистыми песчаниками. Породы кровли сильно трещиноватые. В породах кровли пласта трещины развиты, в основном, по трём плоскостям, однако на 6,8 м выше пласта наблюдаются сложные трещины с шаровой отдельностью. Песчаники кровли пласта крепкие, с коэффициентом до 8. Почва пласта сложена алевролитом средней крепости, трещеноватость та же, что и у пласта. Таблица 2.2.1

1.2.4 Характеристика качества углей

В настоящее время производится добыча окисленных, тощих и коксовых углей. Все угли отгружаются на энергетические цели марки СС. Пласт 3 по петрографическому составу разделяется на 4 основные пачки. Верхняя пачка мощностью 0,3-0,5 м, представлена, матовым углём. Следующая пачка мощностью 3 -3,7 м, состоит из однородного полуматового угля. Третья пачка мощностью 1-1,2 м, представлена полублестящим углём. Самая нижняя пачка сложена часто чередующимися слоями полуматового и полублестящего угля с редкими тонкими прослойками блестящего угля. По пласту из горных выработок отобрано 65 пластово-промышленных и пластово-дифференциальных проб. Зольность пласта по этим пробам колеблется от 8,1 до 21,8% , средняя зольность 17,5% . Зольность чистых угольных пачек колеблется в пределах 6,2-10,4%. Зольность отгружаемого угля пласта 3 -16,6%. Содержание влаги - 8,7%. Выход летучих - 24,5%. Калорийность отгружаемого угля Qб = 35,868 МДж/кг. При приближении к дайке горными работами по пласту 3 были встречены многочисленные внедрения диабаза в уголь пласта, что отрицательно повлияло на его зольность.

Пласт 4-5. Петрографический состав угля данного пласта отличается наиболее частой разновидностью. Зольность угля по пластовым пробам колеблется в пределах от 15,5 до 22,4%. Средняя зольность 17,5%. Уголь пласта, отгруженный потребителям, характеризуется следующими данными А-16,3%, W = 10,0%, V = 19,2%,Qб = 35,935 МДж/кг.

Пласт 6 по петрографическому составу, в основном, однородный. Представлен полосчатыми углями и только в верхней пачке пласта прослеживается две пачки матового угля мощностью 0,3 и 0,18 метров. Пласт характеризуется повышенной зольностью из-за большого наличия породных прослойков, которая колеблется от 21,4 до 28,1%, при средней зольности 22,1%. Зольность отгружаемого угля данного пласта 22,8%, W = 9,9%, V = 24,8%, Qб =35,839 МДж/кг.

1.2.5 Гидрогеологические условия

На поле разреза выделяется два горизонта грунтовых вод. Первый горизонт верховодка, выражен слабо, приурочен к лёгким суглинкам. Второй водоносный горизонт характеризуется более постоянным режимом и приурочен к слоям, перекрывающим основные породы. Притоки грунтовых вод в горные выработки не превышают 30 м3/ч.

Коренные породы обводнены повсеместно. Наибольшую обводнённость имеют конгломераты и песчаники, а также зоны тектонических нарушений. Все прочие менее выражены, а слой аргиллитов водоупорны. Водоносные горизонты подтапливаются за счёт атмосферных осадков. Массив коренных пород значительно нарушен горными выработками шахты «Томская», вследствие этого значительная часть грунтовых вод дренирует в шахту. Приток воды в разрез сейчас не превышает при полном развитии разреза 400 м3/ч. Коэффициент фильтрации колеблется от 0,000125 до 3,264 м/сут. (при среднем значении 0,07-0,18 м/сут.). Санитарно-бактериальные свойства вод первого горизонта удовлетворительны. По химическому составу и санитарным свойствам вода вполне пригодна для питьевых целей и отвечает всем требованиям ГОСТов. Подземные воды являются гидрокарбонатнокальциево-магниевыми, минеральный осадок колеблется от 300 до 880 мг/л, агрессивной углекислоты в этих водах не отмечено. Вода имеет слабощелочную реакцию, содержание фенолов до 0,001 мг/л.

1.2.6 Разведанность, подготовленность поля к эксплуатации и запасы угля

Геологическая работа в пределах поля разреза «Томусинский» проводилась в течение 20 лет, начиная с 1948 года. Основным видом геологической разведки выработок являлись на всех стадиях и периодах разведки скважины механического колонкового бурения, расположенных по разведочным линиям в крест простирания угольных отложений. Каждая скважина на разведочной линии пробурена с целью получения максимальных геологических данных, чтобы в комплексной интерпретации с данными других скважин можно было ясно представить тектоническое строение участка и поведения каждого угольного пласта. Совместно с этим и с учётом поверхности участка (выемок, уступов, отвалов, карьеров) определённо расстояние между разведочными линиями и скважинами в линиях.

Кроме того, густота разведочной сети определялась еще и условными назначениями скважин при различных стадиях разведки. Всего пробурено 21 разведочная линия. В период до разведки поля разреза «Томусинский» проводимых во время эксплуатации в 1996г, было выявлено много тектонических нарушений. Запасы основного поля разреза «Томусинский» определены в пределах 120 млн. тонн. Срок службы разреза составляет 60 лет. Промышленные запасы угля с учётом эксплуатационных потерь и загорания прослойками породы составляет на 01.01.00 - 37 млн. тонн угля. По рабочим пластам оставшиеся промышленные запасы следующие: пласт 3-10 млн. тонн, пласт 4-5 - 15млн. тонн, пласт 6 -12 млн. тонн угля.

1.2.7 Физико-механические свойства горных пород

Физико-механические свойства пород представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2- физико-механические свойства горных пород

Наименование породы	Временное сопротивление сжатию, МПа	Временное сопротивление растяжению, МПа	Коэф-т крепости по шкале Про-тодьяконова	Сцепление МПа	Контактная прочность, МПа	Абразив- ность, м
Алевролит	31,1-50,3		3-5,03	43,5-72,5	26,8-68,	8-5,25
Песчаник	68,6-83,6	6,38-6,93	6,36-8,36	113,5-165	58,5-77,5	36,7-24,3
Конгломерат	106,4	8,04-19,3	10,64	–	157	22,1
Диабаз	175	19,8	17,5	–	129	44,8

1.2.8 Горнотехнические условия

Угли оцениваемых пластов и вмещающих их пород в выветренном состоянии довольно крепкие, плотные и при открытой разработке требуют предварительного рыхления с помощью Б.В.Р. Развитие оползней при введении горных работ не отмечается. В пониженных слоях разреза, где обводненность горных пород в приповерхностной части очень высока, возможны оползни наносов и коренных пород в зоне интенсивного выветривания.

Выгорание пластов на западном и восточном водоразделах на значительную глубину ограничивает развитие добычного фронта. Ведение горных работ взрывоопасно по угольной пыли и силикозоопасно по содержанию свободной двуокиси кремния во вмещающих породах. Угли рабочих пластов склонны к самовозгоранию. На поле разреза выделяют два горизонта грунтовых вод. Породы, вмещающие угольные пласты, представлены чередующимися слоями песчаников и алевролитов с прослойками аргиллитов и конгломератов.

Глава 2 ВСКРЫТИЕ КАРЬЕРНОГО ПОЛЯ

2.1. Общие сведения о вскрыши

При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом горная масса перемещается (транспортируется) от забоев, расположенных на рабочих горизонтах карьера, до пунктов ее приема на поверхности или в карьере.

Пунктами приема являются внутренние или внешние отвалы для вскрышных пород и склады, и обогатительные фабрики для полезного ископаемого. Рабочие горизонты в карьере пункты приема горной массы на поверхности в большинстве случаев имеют различные высотные отметки. Таким образом, при проектировании транспортных коммуникаций в карьере, обеспечивающих надежную и экономичную работу карьерного транспорта, возникает задача оптимального их размещения не только в плане, но и в профиле. Эта задача решается при проектировании вскрытия карьерного поля. Вскрытие карьерного поля осуществляется горными выработками, обеспечивающими транспортный доступ с земной поверхности к рабочим горизонтам карьера с целью доставки вскрышных пород на отвалы, а полезного ископаемого к пунктам их приема на поверхности. Вскрывающие горные выработки начинаются с поверхности или уже с вскрытого промежуточного рабочего горизонта и заканчиваются на отметке рабочей площадки вскрываемого горизонта.

Различают способ, схему и систему вскрытия.

Способ вскрытия характеризуется типом вскрывающих выработок. В большинстве случаев для вскрытия рабочих горизонтов карьера применяют открытые горные выработки. Реже вскрытие осуществляется подземными горными выработками, а также сочетанием открытых и подземных горных выработок. В некоторых случаях вскрытие отдельных горизонтов карьера может осуществляться и без проведения горных выработок.

Схема вскрытия - это совокупность всех вскрывающих горных выработок, обеспечивающих в данный период грузотранспортную связь рабочих горизонтов карьера с горизонтами доставки горной массы. Схема вскрытия характеризуется типом, числом и пространственным положением вскрывающих выработок при фактическом положении горных работ.

Система вскрытия - это последовательность изменения схем вскрытия за период существования карьера.

Система вскрытия характеризует совокупность применяемых способов и схем вскрытия рабочих горизонтов карьерного поля за период разработки месторождения в целом.

Вскрытие рабочих горизонтов с использованием основных видов карьерного транспорта (железнодорожного, автомобильного и конвейерного) требует проведения специальных наклонных вскрывающих горных выработок. Параметры этих выработок должны соответствовать техническим возможностям карьерного транспорта, учитывать интенсивность его движения и физико-технические характеристики вмещающих пород.

По отношению к фронту работ уступов вскрывающие выработки могут иметь фланговое или центральное заложение (рис. 2.1).

При колесном карьерном транспорте и наличии одной вскрываю щей выработки, обслуживающей данный горизонт, в пределах фронта работ уступа имеет место возвратное (прямое и обратное) движение транспорта. Вскрывающая выработка в этом случае обеспечивает подачу на рабочий горизонт порожних транспортных средств и выдачу груза. Такой фронт работ на уступе называется тупиковым. Он нашел наибольшее применение при железнодорожном транспорте.

В случае обслуживания рабочего горизонта двумя и более вскрывающими выработками имеется возможность организации как возвратного, так и поточного движения транспорта в пределах фронта работ уступа. В этом случае одна вскрывающая выработка служит для подачи порожних транспортных средств, а вторая - для выдачи груза. Такой фронт работ на уступе называется сквозным. Сквозной фронт работ с поточным движением транспорта обеспечивает более интенсивное использование оборудования, но требует дополнительных средств для строительства и эксплуатации второй вскрывающей выработки.

а-

Рисунок 2.1 - Типы фронта горных работ уступов:

а, в - тупиковый с возвратным движением транспорта и фланговым заложением вскрывающих выработок; б - тупиковый с возвратным движением транспорта и центральным заложением вскрывающих выработок; г - сквозной с поточным движением транспорта и фланговым заложением вскрышных выработок

В зависимости от угла падения залежи вскрытие рабочих горизонтов может быть различным. Так при разработке горизонтального месторождения число рабочих горизонтов за период существования карьера не меняется и работы по проведению вскрывающих выработок заканчиваются в период строительства карьера.

Для наклонных и крутых месторождений при сдаче карьера в эксплуатацию вскрывают несколько верхних горизонтов.

В дальнейшем с вовлечением в разработку более глубоких горизонтов осуществляется и их вскрытие.

Таким образом, вскрытие рабочих горизонтов в этом случае производится в течение всего периода эксплуатации месторождения.

2.2 Открытые горные выработки и их назначение

При производстве открытых горных работ используются два типа горных выработок - капитальные и разрезные траншеи.

Капитальные траншеи - открытые наклонные горные выработки, предназначенные для вскрытия рабочих горизонтов. В зависимости от рельефа поверхности капитальная траншея может иметь поперечное сечение в виде трапеции или неправильного четырехугольника (треугольника). Капитальные траншеи служат длительный срок и используются для расположения в них транспортных коммуникаций.

Основными элементами капитальной траншеи являются ширина Вк т ее основания, глубина Нк.т, продольный уклон iк.т., угол откоса бортов αк.т., длина 1к.т. в плане и строительный объем VK т (рис.2.2).

А-А

Рисунок 2.2 - Общий вид (а) и план (б) капитальной траншеи.

Ширина основания капитальной траншеи определяется либо видом карьерного транспорта, либо способом ее проведения. Минимальная ширина основания капитальной траншеи должна быть не менее суммы поперечного размера транспортных средств, безопасных зазоров между ними, поперечного размера площадок, кюветов и других элементов транспортных коммуникаций. Она должна обеспечивать возможность проведения траншеи при принятой технологической схеме и используемом оборудовании (см. раздел 6.8). Глубина капитальной траншеи равна разности отметок устья капитальной траншеи (начало траншеи на поверхности) и вскрываемого рабочего горизонта. При вскрытии одного уступа глубина капитальной траншеи равна высоте вскрываемого уступа. Продольный уклон капитальной траншеи устанавливается в зависимости от вида карьерного транспорта. В зависимости от продольного уклона капитальные траншеи делятся на наклонные и крутые (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – зависимость уклона капитальной траншеи

Траншеи	Транспорт	Продольный уклон капитальной траншеи, °/00
		при подъеме	при спуске
Наклонные	Железнодорожный с электрической тягой То же, с моторными вагонами	25-40 40-60	25-60 80-120
Крутые	Автомобильный Подъем с тягачами Конвейерный Клетевой Скиповой	60-100 120-250 250-330 250-500 500-1000	80-120

Угол откоса бортов капитальной траншеи устанавливается в зависимости от срока ее службы, физико-технических свойств пород, степени их обводненности. Он должен обеспечить устойчивое положение ее бортов. При длительном сроке службы капитальной траншеи, проводимой в рыхлых и полускальных породах, угол откоса ее бортов должен быть не больше угла естественного откоса пород. В скальных породах его значение принимается в пределах 50—60°. Длина (м) капитальной траншеи является производным параметром ее глубины и продольного уклона, т.е.

Lк.т.=1000Hк.т./iк.т.

Строительный объем капитальных траншей достигает сотен тысяч кубометров. От объема траншеи зависят механизация, технология и срок ее проведения. В зависимости от места заложения капитальной траншеи относительно конечного контура карьера различают капитальные траншеи внешнего заложения и капитальные траншеи внутреннего заложения (рис. 2.3). Траншеи внешнего заложения располагаются за конечными контурами карьера. Траншеи внутреннего заложения располагаются в контурах карьера. Капитальная траншея внутреннего заложения располагается на рабочем или нерабочем борту карьера. С началом разноса вскрытого ею горизонта ее поперечное сечение приобретает нессиметричную форму. При расположении траншеи внутреннего заложения на рабочем борту карьера она систематически перемещается вместе с бортом и называется скользящим съездом. Разрезные траншеи - горизонтальные открытые горные выработки (редко с продольным уклоном 5-10 °/00 для стока воды с горизонта к водосборнику), предназначенные для подготовки вскрытых горизонтов к разработке, т.е. для создания фронта работ на уступах. Разработка уступа начинается с разноса одного или обоих бортов разрезной траншеи. Поэтому разрезная траншея - это временная горная выработка, которая существует только до начала отработки уступа.

Рисунок 2.3 - Схемы капитальных траншей:

а - отдельная капитальная траншея внешнего заложения; б - капитальная траншея внутреннего заложения до проведения разрезной траншеи уступа; в - то же, после проведения разрезной траншеи; 1 - капитальная траншея; 2 - разрезная траншея; 3 - конечный контур карьера

Разрезная траншея является продолжением капитальной траншеи, вскрывающей данный рабочий горизонт, и проводится внутри контуров карьера (рис. 2.4). При разработке крутых залежей разрезные траншеи проводятся обычно в направлении, параллельном простиранию залежи. Глубина и длина разрезной траншеи, как правило, соответствуют высоте и длине подготавливаемого к разработке уступа. Ширина основания разрезной траншеи определяется из условия нормального расположения горного и транспортного оборудования при выемке первой заходки после проведения траншеи. Угол откоса ее бортов принимается равным углу откоса рабочих уступов в соответствии с физико-техническими характеристиками пород. Если один из бортов разрезной траншеи является частью нерабочего борта карьера, то угол откоса этого борта принимается равным углу откоса нерабочего уступа. Объем (м³) разрезной траншеи определяется по формуле:

Vр.т. =Sр.т. Lр.т. , (2.1.)

где: S - площадь поперечного сечения разрезной траншеи, м2; Lр.т. - длина разрезной траншеи, м.

Рисунок 2.4 - Общий вид (а) и план (б) капитальной и разрезной траншеи:

1─2- разрезная траншея;

2─3- капитальная траншея;

4 – контур карьерного поля.

При разносе одного борта разрезной траншеи (траншея располагается по контуру карьера), площадь ее поперечного сечения определяется по формуле:

Sр.т.=1/2Hр.т.(2Bр.т.+Нр.т(ctgαр.т.р.+ctgαр.т.н.)) ,

где: Нр.т. - глубина разрезной траншеи, м;

Вр.т. - ширина основания разрезной траншеи, м;

αр.т.р.αр.т.н – соответственно угол откоса рабочего и нерабочего ботов разрезной траншеи , градусы.

При разносе двух бортов (траншея располагается внутри контура карьера)

Sр.т. =(Вр.т. + Нр.т. ctgαр.т.р.) (2.2)

Число уступов на современных карьерах достигает 15 и более. Совокупность капитальных траншей, обеспечивающая вскрытие всех рабочих горизонтов карьера, называется системой капитальных траншей. В зависимости от пространственного расположения капитальных траншей, входящих в систему, и наличия технологической связи между ними различают системы отдельных, общих и групповых капитальных траншей при различном их заложении.

В случае вскрытия карьерного поля системой отдельных капитальных траншей каждый рабочий горизонт карьера вскрывается отдельной капитальной траншеей, не имеющей связей с другими капитальными траншеями системы (рис. 2.5). Грузопотоки в этом случае рассредоточены.

При вскрытии карьерного поля системой общих капитальных траншей грузопотоки сосредоточены по направлению (рис. 2.6). Характерным признаком общности системы капитальных траншей при их внешнем заложении является общее поперечное сечение траншей ступенчатой формы. Характерным признаком общности системы капитальных траншей при их внутреннем заложении является сосредоточение грузопотоков со всех лежащих ниже горизонтов в капитальной траншее лежащего выше горизонта.

Рисунок 2.5 – Система отдельных капитальных траншей внешнего (а) и внутреннего (б) заложения

Рисунок 2.6 – система общих капитальных траншей внешнего (а) и внутреннего (б) заложения

При вскрытии карьерного поля системой групповых капитальных траншей все уступы карьера разбиваются на несколько групп по качественному или другому признаку (например, группа вскрышных уступов и группа добычных уступов). Каждая группа уступов вскрывается своей системой общих капитальных траншей. Общие траншеи, вскрывающие группу уступов, между собой не связаны. Вскрытие карьерного поля системой групповых капитальных траншей объединяет признаки вскрытия отдельными и общими капитальными траншеями и занимает между ними промежуточное положение. В случае необходимости при любой системе капитальных траншей можно осуществить и парное вскрытие, предусматривающее сквозной фронт горных работ на уступах. В этом случае на вскрываемых горизонтах одна вскрывающая траншея служит для подачи порожних транспортных средств, а вторая -для транспортирования горной массы.

2.3 Классификация способов вскрытия

Основным способом вскрытия рабочих горизонтов карьера является вскрытие с применением капитальных траншей. Вскрытие с применением подземных горных выработок или вскрытие без применения горных выработок (бестраншейное вскрытие) в современной практике открытых горных разработок занимает подчиненное место.

Большая роль в создании теоретических основ вскрытия карьерных полей принадлежит профессору Московского горного института Е.Ф. Шешко. В 40-х годах им была разработана первая научно обоснованная классификация способов вскрытия, которая в той или иной степени явилась основой для классификаций других авторов. В последние десятилетия значительная роль в дальнейшем развитии теории вскрытия карьерных полей и решения практических вопросов вскрытия большинства современных мощных карьеров принадлежит акад. В.В. Ржевскому. В табл. 2.2 приведена классификация способов вскрытия акад. В.В. Ржевского, построенная на основе классификации проф. Е.Ф. Шешко.

2.3.1 Трасса капитальных траншей

Трассой капитальной траншеи называется ее продольная ось, положение которой установлено в пространстве. В зависимости от положения трассы капитальной траншеи относительно конечного контура карьера различают трассы внешние, внутренние и смешанные. В последнем случае верхние уступы карьера вскрыты траншеями внешнего заложения, а нижние – траншеями внутреннего заложения (рис. 2.7).

По сроку службы различают трассы стационарные и временные. Основными параметрами трассы являются величина ее подъема, глубина ее заложения, минимальный радиус криволинейных участков, теоретическая и действительная длина трассы, число и конструкция пунктов примыкания наклонных участков к горизонтальным.

Положение трассы капитальной траншеи в пространстве характеризуется ее продольным профилем и планом.

Продольный профиль трассы включает горизонтальные и наклонные участки, а также участки сопряжения между ними.

Важным элементом продольного профиля трассы является конструкция пункта примыкания наклонных участков к рабочим горизонтам. Различие возможных вариантов примыкания определяется условиями трогания транспортных средств при их вынужденной остановке.

В соответствие с этим различают примыкание на руководящем подъеме, смягченном подъеме, горизонтальных площадках (рис.2.8).

Таблица 2.2 – признаки и способы вскрытия

Признак способа вскрытия	Способ вскрытия
Признак способа вскрытия	Открытыми выработками (траншеями)	Подземными выработками	Комбинация открытых подземных выработок
Положение вскрывающих выработок относительно конечного контура карьера	Внешними, внутренним или смешанными	Внешними, внутренним или смешанными	Внешними, внутренним или смешанными
Стационарность выработок	Стационарными, полустационарными и временными (скользящими)	Стационарными	Стационарными или комбинацией стационарных с полустационарными (временными)
Наклон выработок	Крутыми или наклонными	Вертикальными, крутыми, наклонными или горизонтальными	Комбинацией вертикальных, крутых, наклонных или горизонтальных
Число обслуживаемых горизонтов	Отдельными, групповыми или общими	Отдельными, групповыми или общими	Отдельными, групповыми или общими
Характер движения транспортных средств на уступе (поточное или маятниковое)	Одинарными или парными	Одинарными или парными	Одинарными или парными

Рисунок 2.7 - Общий вид (а) и план (б) трассы капитальной траншеи смешанного заложения.

Рисунок 2.8 - Способы примыкания капитальных траншей к рабочим горизонтам: подъеме (1), смягченном подъеме (2), горизонтальной площадке(3).

В случае примыкания на руководящем подъеме вынужденная остановка транспортных средств происходит непосредственно на участке с руководящем подъемом. Удельная сала сопротивления движению в момент трогания в этом случае значительно превышает аналогичную силу при равномерном движении по руководящему подъему. При таком продольном профиле трассы для обеспечения трогания с места после остановки требуется увеличение сцепного веса локомотива на 10-50%. Однако в этом случае обеспечиваются минимальная длина трассы и минимальный объем системы капитальных траншей.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5