л-
Г Л. Холодняков
ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ
РАБОТЫ
Ленинград	19 9 б
Государственна комитет РСФСР по делам науки и высшей школы Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт имени Г. В. Плеханова
Г. А. холод ня ко в
ОТКРЫТЫЕ
ГОРНЫЕ РАБОТЫ
Учебное пособие
ЛЕНИНГРАД
1990
УДК 622.271 (075.80)
ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ : Учеб, пособие / Г. А. Холодил ков; Ленинградский горный ин-т. Л.» 1990. 108 с. IS6N 5*8>0*1
В учебном пособии представлены общие сведения об открытых горних работах, коэффициенте добычи и вскрыши, элементах и параметрах карьеров, изложены основные технологические процессы иа карьерах: подготовка горных пород к выемке, выемочио-погрузочные работы, транспортирование горной массы и складирование горных пород. Приведены основные сведения по способам вскрытия карь ериых нолей и по системам открытой разработки месторождений полезных ископаемых, представлены обшие сведения о проектировании карьеров» определении их Гранин и производительности.
Пособие предназначено для студентов специальностей 07. .4 иЭкономика и управление в отраслях горной промышленности и геологии*, 09.01 „Маркшейдерское дело*, 09,02 „Подземная разработка месторождений полезных ископаемых*, 09.08 „Физические процессы горного и нефтегазового производства*; Г/.01 „Горные машины и оборудование*, 21.05 „Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов*, а также для слушателей факультета повышения квалификации горно-технических работников.
Тебл. 9. Ил. 37. Библиогр.: 7 назв.
. Научный редактор проф, А.И,Арсентьев
Рецензенты: кафедра открытой разработки месторождений полезных ископаемых Кузбасского политехнического ин-та, канд.техи.наук В.П. Линев (Гипроруда)

© Ленинградский горный институт им. Г.В. Плеханова, 1990
ВВЕДЕНИЕ
Открытыми горными работами называется комплекс мероприятий по извлечению полезных ископаемых из недр непосредственно с земной поверхности.
Раздел горной науки, занимающийся изучением открытых горных работ, называется технологией открытого способа разработки месторождений. Слово «технология*' в данном случае понимается как совокупность наук о способах добывания полезных ископаемых*
Технология открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых представляет собой систему научных знаний в следующих областях:
инженерно-геологического никла (приложение научных основ геологии, инженерной геологии, гидрогеологии и климатологии к научным и инженерным задачам открытых разработок);
горного цикла (вскрытие карьерного поля, системы разработки, проектирование карьеров);
механизации горных работ (подготовка горных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, карьерный транспорт, складирование полезных ископаемых и горных пород-отходов);
экономики и организации горного производства (экономика открытых горных работ с комплексным использованием разрабатываемой в карьере горной массы, планирование, организация и управление горными работами).;
охраны труда и окружающей среды (техника безопасности на открытых горных работах, проветривание карьеров, экология горного производства).
Открытые горные работа являются древнейшим способом добычи полезных ископаемых. Почти все природные строительные ><:<; ирллы всегда добывались только открытым способом.
3
Добыча железных руд ж руд цветных металлов издавна производк-лась как открытым, так ж подземным способами. Такие карьеры, как Алапаевский, Высокогорский, Гороблагодатский я Бакальсмй, существуют в нашей стране еще с первой половины ХУ№ в. Открытым способом в то время разрабатывались залежи, выходящие непосредственно на поверхность или имеющие небольшую толщу покрывающих пород. Недостаточная техническая оснащенность не позволяла с нужным экономическим эффектом удалять мощную толщу пород, поврывавдкх угольные месторождения, поэтому их открытая разработка практически началась только в XX в. Внедрение на горных предприятиях мощных средств выемки е транспорта с паровыми, а затем с электрическими силовыми установками изменило возможности производства открытых горных работ по сравнению с подземными.
При подземной разработке мощность залежей, размеры горных выработок, необходимость их поддержания, вентиляция, освещение и прочие факторы ограничивают использование мощных технических средств. При открытых работах таких ограничений нет, поэтому здесь используются высокопроизводительные машины, вынимающие Ж перемещающие большие объемы горной массы. Последние десятилетия XX в. характеризуются бурным ростом добычи полезного ископаемого за счет открытых разработок. Открытые горные работы стали основой технологического прогресса горно-добывающих отраслей промышленности. Црж этом способе разработки достигаются лучшие экономические показатели по сравнению с подземным способом: удельные капитальные вложения уменьшаются в 2-3 раза; цроинвсджтельвость труда рабочих возрастает в 4-6 раз; себестоимость продукции снижается в 3-5 раз.
Другими преимуществами открытого способа разработки по Сравяешпо с подземным являются меньшие потери полезного ископаемого (3-8 f вместо 20-30 % при подземном), большая возможность раздельной его выемки, значительно меньшие (в 2-3 раза) сроки строительства карьеров одинаковой с шахтами мощности. Кроме того, ояфнтый способ разработки характеризуется внешкой безопасностью ж более комфортными условиями труда, чем поддам ный.
4
Основные недостатки открытого способа разработки: некого» рая зависимость от климатических условий; необходимость больших площадей для размещения горных пород - отходов карьера; невозможность выборочной выемки полезного ископаемого; возникновение многих экологических проблем в районе карьера.
В настоящее время открытый способ разработки полезных ио- : копаемых, благодаря своим преимуществам, является основным.
Сейчас в Советском Союзе доля открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых составляет 75 % от общего объема добычи минерального сырья. Динамика роста открытой до-быми важнейших полезных ископаемых в СССР в процентах ® общей . добыче приведена в табл.1.
Таблице -1
Полезное Ископаемое	Год	‘			
	1860	1870	1880	1990
Уголь	20	27.	38	47
Железная руда	57	78	85	88
Руды цветных металлов	53	67	75	70
Марганцевая руда	30	61	67	80
Горно-химическое сырье	50	8Q	.85	85	'
В США открытым способом добывается больше 60 % медной и 77 % железной руды, 60 % каменного угля и 100 % неметаллических полезных ископаемых. В ФРГ открытым способом добывается 56 5? бурого угля. В ПНР - 65 % всех полезных ископаемых.
Открытые разработки месторождений Советского Союза характеризуются следующими особенностями:
I. Строительство преимущественно крупных горных предприятий. Например, разрез «Богатырь", карьеры Южного, Ингуледкого, Северного и других ГОКов. Строительство крупных предприятий позволяет уменьшить капитальные затраты, а также снизить себестоимость добытого полезного ископаемого. На этих предприятиях ,
- 5 -
можно использовать более мощную технику и уменьшить расхода на содержание вспомогательных служб.
2. Создание крупных горно-промышленных районов. Например, Кривбасс, КМА, Кустанайский район - для добычи железной руды; Кузбасс,- Красноярский, Череглховский, Экибастузский районы -для добычи угля и т.д.
 3. Разнообразие систем разработки, а также типов и моделей горно-транспортного оборудования, что связано с разнообразием геологических и климатических условий залегания месторождений.
4.	Ориентирование на отечественную горную технику. Ее создание должно учитывать геологические и горно-технические условия разработки месторождений СССР.
5.	Комплексное использование полезных ископаемых.
3 настоящее время в СССР выявлено и разведано более 16 о сяч месторождений полезных ископаемых. Наша страна в отличие от других стран (в том’числе и США) обладает разведанными запасами всех ввдов минерального сырья. Расширение минерально-сырьевой базы развития горно-добывающей промышленности в настоящее время происходит в основном за счет поисков и разведки новых месторождений полезных ископаемых. Расходование практически невозобнбвляемых богатств недр ускоряется потерями полезных ископаемых при добыче и переработке. Непрерывно увеличиваются расходы на производство геологических работ и освоение новых, экономически менее выгодных месторождений.
Следовательно, в условиях все возрастающего потребления минерального сырья первостепенное значение имеет рациональное и комплексное использование полезных ископаемых, регламентируемое «Основами законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах” (М., 1975). В связи с этим возникают задачи увеличения полноты извлечения ценных компонентов из добытого сырья, расширения использования отходов обогащения и переработки сырья, а также комплексного использования горной массы карьерного поля.
в настоящее время выделяются четыре группы предпосылок, которыми обусловлены масштабы, научно-технический уровень и
6
тех^чико-экономические показатели комлЛексного использования горной массы карьерного поля. К первой труппе относятся предпосылки, связанные с тевдезхршми резкого возрастания потребности в минсрально-сьфьеийх ресурсах. Возрастание масштабов добычи основных полезных ископаемых ведет к увеличению объемов извлекаемых из недр совместно залегающих попутных полезных ископаемых. вторая группа предпосылок Комплексного использования минерального сырья связана с уровнем современных научно-техни-«:ских достижений в этой области. Появилась возможность детального изучения вещественного состава всех горных- пород месторождения, растет число извлекаемых компонентов, повышается полнота их извлечения даже при имеющейся тенденции снижения средних содержаний элементов в рудах. Предпосылки первой и второй групп тесно связаны с экономическими предпосылками третьей группы. Они определяются превде всего экономической заинтересованностью предприятий в добыче попутных полезннх ископаемых, расхода на которые могут быть частично отнесены на основное полезное ископаемое, за счет чего будет обеспечена значительная доля прибыли по комплексному производству в целом, что имеет большое не только отраслевое, но и народнохозяйственное значение. Четвертая группа предпосылок комплексного использования горной массы в последние годы все в большей степени определяется социально-экономическими причинами, такими.как экономное расходование природных ресурсов, прогнозирование и предотвращение ’ отрицательных воздействий на недра и окружающую природную среду при разведке, добыче и переработке минерального сырья', охрана здоровья трудящихся.
Таким образом, в настоящее время созданы благоприятные нтучно-технические, экономические, правовые и другие предпосылка для рационального и комплексного использования горных пород карьерного поля. Эту работу необходимо проводить в следующих основных направлениях: оптимизация потерь полезного ископаемого при его добыче, повышение извлечения попутных полезных компонентов при переработке комплексных полезных ископаемых» использование отходов производства горно-отомышленных предприятий.
7
Под воздействием всех этих особенностей развивалась и развивается открытая добыча полезных ископаемых в СССР.
Крупнейшие месторождения СССР, разрабатываемые открытым способом: угольные - Кузнецкий, Канско-Ачинский, Иркутский бассейны в Сибири, Экибастузский, Майкюбенский, Тургайокий бассейны в Казахской ССР; .железорудные - месторождения Кризбасса; Камыш-Бурунское, Черноморское, Кыз-Аульское в Керченском бассейне; месторождения КМА; Оленегорское, Ковдорское и Костомукш-ское месторождения в северо-западной части страны; Соколовское, Сарбайское, Лисаковсмое, Канарское в КазССР; Коршуновское, Рудногорское, Таежное, Досовское, Гаринское Сибири и Дальнего Востока; Качканарское, Высокогорское, Гороблагодатное месторождения Урала; руд цветных металлов - Гайское на Южном Урале; 1да-' новское в Мурманской области; месторождение Тырныауза на Северном Кавказе; фосфоритных руд - месторождения бассейна Каратау в КазССР; Кингисеппское в Ленинградской области; Маардусское в ЭССР; апатитовые - месторождения Мурманской области; марганцевые - месторождения Никопольского бассейна; асбестовые - Баженовское,'Красноуральское, Дкетыгаринское, Киембаевское на Урале; Ильчирское в Сибири и многие другие месторождения.
.Современные открытые разработки характеризуются увеличением объемов перерабатываемой горной массы во всех отраслях горно-добывающей промышленности, что объясняется интенсификацией добычи полезных ископаемых открытым способом, ростом глубины горных работ и распространением открытого способа на новые месторождения с менее благоприятными условиями разработки.
Дальнейшее развитие открытых работ вдет по пути создания больших комплексно-механизированных и автоматизированных карьеров с использованием в управлении производством вычислительной техники, автоматики и телемеханики.
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Г - грузоподъемность Железнодорожного состава, автосамосвала, т;
8
Аг - производительность карьера по горной массе, т/год (м3/год);
Сд - допустимая стоимость открытой добычи полезного ископаемого, руб./т (руб./м3);
Ср - стоимость добычи собственно полезного ископаемого, руб./м3;
Cv - стоимость удаления горных пород - отходов карьера, руб./м3;
Е - емкость ковша скрепера или экскаватора, м3;
L - дальность транспортирования, км;
- число горно-транспортных машин;
No - число транспортных средств на один экскаватор;
Р - запасы полезного ископаемого в контуре карьера, т (м3);
Рг - производительность карьера по полезному ископаемому, т/год;
ЕСТр~ объем полезного ископаемого, вынимаемого в строительный период, м3 (т);
Q - производительность механизма, м3/ч (м3/смену, м8/месяц, м3/год);
Т - продолжительность смены, ч;
7К - срок существования карьера, годы;
Трейс ~ время рейса, мин (ч);
V - объем горных пород-отходов в контуре карьера, м3;
- производительность карьера по горным породам-отходам, м3/год (т/год);
^сур- объем горных пород, вынимаемых в строительный период, м3;
Ь - ширина рабочей площадки, м;
/>эх- ширина экскаваторной заходки, м;
h - высота уступа, глубина траншеи, м;
Ьэ - экономически допустимый коэффициент вскрыши, м3/м3;
кл - коэффициент использования оборудования;
^кошр“ контурный коэффициент вскрыши, м3/м3;
'fcH - коэффициент наполнения;
9
Призу- коэффициент разрыхления;
kCT - коэффициент структуры процесса погрузки;
Icq, - средний коэффициент вскрыши, мэ/м3 (т/т);
кэксп~ эксплуатационный коэффициент вскрыши, т/т (м3/мэ);
^эаб - Длина забойки в скважине, м;
^эар- длина заряда в скважине, м;
т - мощность залежи полезного ископаемого, м;
п - число добычных уступов;
-	масса породы в ковше, т;
Zg - время вспомогательных операций, мин (с);
ч t^p- время груженого хода, мин;
-	время обмена транспортных средств, мин;
Гп •* время погрузки, о (мин);
/р *- время разгрузки, о (мин);
tx * время холостого хода, мин;
7ц - время цикла, с (мин);
tfgyp - скорость бурения, ы/ч (м/смену);
#Гр - скорость груженого хода, км/ч;
Dx - скорость холостого хода, км/ч;
- угол откоса уступа, град.;
о<а - угол падения залежи полезного ископаемого, град.;
р - угол откоса нерабочего борта карьера, град.;
Т - угол откоса рабочего борта карьера, град.;
- объемная масса, м3/т.
I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТОЙ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
I.I. Общие сведения о полезном ископаемом, отходах карьера и горной массе
Иод твердым полезным ископаемым понимается горная порода, которая может быть использована в народном хозяйстве в естественном или переработанном виде. Теоретически таковыми являются все горные породы в контуре карьера, которые обладают всеми
10
признаками потребительных стоимостей или полезных ископаемых. Полезные ископаемые могут быть основными и попутными. Горная порода, выемка которой является основной целью горного производства, является основным полезным ископаемым. Горные породы, которые вошли в контур карьера вместе с основным полезным ископаемым, относятся к попутным полезным ископаемым. Попутные полезные ископаемые чаще всего не имеют самостоятельного промышленного значения. Они могут быть добыты из недр на рациональной 'экономической основе только при наличии в оцениваемом месторождении основного или основных полезных ископаемых, определяющих экономическую целесообразность освоения месторождения.
Согласно предложенным ГКЗ СССР «Временным требованиям к подсчету запасов попутных полезных ископаемых и компонентов в рудах и других видах минерального сырья" (М., 1982) к попутным полезным ископаемым отнесены совместно залегающие горные породы, рудные и нерудные полезные ископаемые, образующие самостоятельные пласты, залежи или рудные тела, которые при условии попутной добычи могут представлять промышленный интерес. Попутными полезными ископаемыми могут быть как рудные, так и нерудные образования, а также различные виды горно-химического сырья, в месторождениях цветных металлов, например, известны залежи баритовых, баритополиметалличёских, флюоритсодержа-щих, пиритных и других руд, а также золотосодержащих кварцитов. Вместе с ними бывают развиты высококачественные глины, каолины, известняки, мергели и другие вицы нерудного сырья. Целесообразность их извлечения определяется количеством запасов,’заявленной потребностью и возможной производительностью при условии попутной добычи.
Особую группу попутных полезных ископаемых представляют горные породы, которые по физико-механическим свойствам пригодны для производства различных строительных материалов, бутового' камня, закладочных смесей и т.д.
Представление о всей горной массе карьера как об основном и попутных полезных ископаемых отвечает требованиям безотходного
- II
производства, предполагающего полное использование минерального сырья.
Однако в некоторых случаях в определенные периоды деятельности карьера по различным причинам не все горные породы могут найти применение в народном хозяйстве. 3 этом случае они называются отходами горного производства и в зависимости от места залегания подразделяются на вмещающие и покрывающие породы (рис.1). В оп-полезные ископаемые, могут стать со временем
1+ +12
Рис.1. Разрез месторождения полезного ископаемого
1 - покрывающие породы; 2 — вмещающие породы; 3 — полезное ископаемое
и
ределенных условиях отхода, как быть использованы в народном хозяйстве, т.е
.. полезными ископаемыми. Учет этого фактора требует дифференцированного подхода к различным породам при их складировании (отвалообразовании). Разработка горных пород-отходов в усло-‘ вжях конкретного карьера является вынужденной, и поэтому их объем а Контуре карьера должен быть минимальным, что обеспечивает эффективность добычи полезных ископаемых.
Обшкй объем полезных ископаемых и горных пород-отходов вгранипах карьера называют горной массой.
. Стремление к более полному использованию горной массы и совещанию отходов определяет малоотходное горное производство. Подход к горным породам в контуре карьера как к полезным ископаемым является насущной необходимостью решения задач нового прогрессивного направления в области горной науки и производ-' ства - комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых, под которым превде всего понимается полное использование в народном хозяйстве всех составляющих карьерное поле пород.
При отраслевой организации горной промышленности, когда в карьере добывают одно, нужное.отрасли, полезное ископаемое,
12 -
горные породы-отходы, как правило, называют вскрышными породами. Этот широко распространенный в горно-технической литературе термин представляется устаревшим, потерявшим свою ин-. нормативность для карьеров, эксплуатирующих комплексные месторождения в условиях стремления к малоотходной и безотходной разработке.
1.2. Месторождение полезных ископаемых. Ковдиции. Виды полезных ископаемых и требования, предъявляемые к их качеству
Естественное скопление полезного ископаемого в земной коре, которое технически возможно и экономически целесообразно разрабатывать, называется месторождением этого полезного ископаемого. Существуют месторождения однородного состава и комплексные. Первые представлены одной залежью или группой близко расположенных залежей с одинаковым или аналогичным химико-минералогическим однокомпонентным или многокомпонентным составом полезных ископаемых. Для их первичной переработки возможно применение одной технологии. Большинство месторождений, разрабатываемых в настоящее время, отнесено именно к группе месторождений однородного состава. Это приводит к тому, что при освоении месторождения извлекают преимущественно лишь то полезное ископаемое, которое нужно данной отрасли.
Однако деление месторождений на железорудные, руд цветных металлов, химического сырья и так далее условно, так как они фактически представлены разнообразным минеральным сырьем. Месторождения твердых полезных ископаемых, представленные группой близко расположенных залежей с существенно различным химико-минералогическим составом, относятся к комплексным месторождениям. Разработка подобных месторождений осуществляется в одном карьерном поле, а переработка добытых полезных ископаемых выполняется раздельно или по разным схемам. Число и роль комплексных месторождений в горной промышленности все более возрастает, увеличивается также их многообразие по сочетанию различных вадов полезных ископаемых. К числу- комплексных
13
представлен породами I,
Рис. 2. Разрез месторождения, представленного горными породами различного качества по полезному компоненту
следует отнести и местороадения многосортных руд одного типа, такие, например, как месторождения фосфоритов бассейна Каратау, представленные богатыми, рядовыми и бедными рудами, идущими на переработку по различным схемам.
3 условиях возрастающего стремления к безотходной или малоотходной разработке, насущной задачей проектных организаций и горного производства является подход практически ко всем месторождениям как к комплексным месторождениям полезных ископаемых. Основной задачей освоения комплексного месторождения является стремление к более полному использованию в народном хозяйстве горной массы, разрабатываемой в карьере.
Пригодность месторождения к эксплуатации определяется кондициями по содержанию полезного (вредного) компонента и мощности залежи.
Содержание полезного (вредного) компонента, при котором месторождение еще целесообразно разрабатывать, называется бортовым или кондиционным содержанием. Запасы с содержанием полезного компонента выше бортового называются балансовыми, а ниже бортового - забалансовыми запасами по качеству. Например, разрез некоторого условного фосфоритового месторождения (рис.2) 2, 3 и 4 с различным содержанием (соответственно 5, 15, 25,и 40 %). Горно-экономическими расчетами установлено бортовое содержание Р20д для условий этого месторождения, равное 15 %. Таким образом, балансовой рудой являются породы 2, 3 и 4, имеющие содержание Pg Од не меньше 15 %. На рис.2 балансовая руда заштрихована.
Мощность залежи, которую технически возможно и экономически целесообразно извлекать, называется кондиционной мощностью залежи. Запасы залежей мощностью меньше кондиционной называются забалансовыми запа-
14
Рис.З, Разрез месторождения, представленного линзами разной вертикальной мощности
сами по мощности. Например, разрез некоторого условного месторождения (рис.З) представлен линзами I, 2, 3, 4 и 5 различной вертикальной мощности (соответственно 8, 2, 6, 3 и 4 м). Горно-экономическими расчетами установлена кондиционная мощность линзы для условий этого месторождения, равная 4 м. Таким образом, забалансовыми запасами являются запасы
линз 2, 4, имеющие мощность меньше 4 м. На рис.З балансовое по-» лезное ископаемое заштриховано.
Показатели кондиции не являются постоянными. Они зависят от современного состояния технического уровня добычи и переработки полезных ископаемых, степени нужды народного хозяйства в данном виде минерального сырья и т.д.
Полезные ископаемые являются основой промышленности страны, а масштаб их добычи, переработки и рационального использования во многом определяет уровень экономического развития государства.
По химическому составу и направлению использования разлит чают следующие вады полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом:
I)	горючие ископаемые (бурый и каменный уголь, горючие сланцы и торф);
2)	руды для производства металлов: черных (железо, марганец, хром, титан); цветных (медь, свинец, цинк, алюминий, никель, олово, сурьма); редких легких и рассеянных элементов (вольфрам, молибден, бериллий, кобальт, цирконий, тантал, кадмий); радиоактивных (уран и торий);благородных (золото и пла-тина);
3)	горно-химическое сырье (сера, фосфориты, апатиты, соли);
15
'	' 4) специальные минералы для различных отраслей промышлен-
ности (асбест, тальк, слада, горный хрусталь, полевой шпат, алмазы);
5) строительные, футеровочные и флюсовые материалы (камень, щебень, гравий, песок, глина, кварциты, магнезиты, известняки и доломиты).
В соответствии с требованиями промышленности минеральное сырье характеризуется разными показателями качества. Для горючих ископаемых это требования, предъявленные к содержанию минеральных примесей, серы, мелочи после грохочения, к влажности, размеры кусков.в отдельных классах угля, теплоте сгорания, выходу летучих веществ и коэффициенту размолоспособности, к механической прочности.
Степень обогатимости углей в значительной мере определяется их зольностью - характером минеральных включений, возможностью их отделения от угольного вещества.
К рудным полезным ископаемым в зависимости от условий их переработки предъявляются требования по ограничению содержания вредных компонентов:фосфора, серы и т.д. Для железных руд, поступающих непосредственно из карьера в плавку (мартеновские руда), предъявляются также требования к крупности. Кроме того, иногда к железным рудам предъявляются требования по содержанию St,0g и At2o3 •
Для руд горно-хймического сырья и специальных минералов предъявляются требования к крупности и ненарушенности кристаллов (асбест, полевой шпат, горный хрусталь, слюда), по растворимости и пр.
Строительные, футеровочные и флюсовые материалы должны отвечать определенным требованиям к крупности, прочности, способности занимать определенный угол естественного откоса, температуре плавления, содержанию вредных компонентов. В кавдом конкретном случае для полезного ископаемого устанавливаются технические условия, отклонение от которых нежелательно.
Качество полезных ископаемых изменяется как под действием атмосферных и климатических факторов окружающей среды, так и
16
при взрывании, выемке, транспортировании, складировании за счет засорения полезного ископаемого пустой породой или сортами с худшими показателями качества. Следовательно, отбытые горные работы должны быть организованы таким образом, чтобы добытое полезное ископаемое отвечало всем требованиям, предъявляемым к его качественным характеристикам.
1.3.	Основные свойства горных пород
Способ выемки горных пород определяется их физико-механическими свойствами. Все горные породы, как вскрышные, так и полезное ископаемое, в соответствии с трудностью их разработки открытым способом принято делить на четыре следующие группы:
I.	Рыхлые или мягкие с коэффициентом крепости по М.М.Про-тодьяконову f < 0,8. Такие породы не требуют предварительного разрыхления, так как эта операция совмещается с выемкой. К ним относятся растительная земля, торф, песок, супеси и пр.
2.	Среднеплотные и плотные с f = 0,84-1,5. При механическом способе выемки, эти породы также не требуют предварительного разрыхления. К ним относятся тяжелые глины, суглинки, лесс и пр.
3.	Полускальные с f = 1,54-4. Для их разработки обычно применяют предварительное взрывание или механическое рыхление-. Сюда входят глинистые сланцы, мергель, гипс, каменный уголь и пр.
4.	Скальные породы, требующие взрывных работ для последующей выемки с f > 5. К ним относятся граниты, диориты, базальты, кварциты, песчаники, доломиты и пр. Эта группа пород наиболее распространена.
Из свойств горных пород наибольшее значение для разработки имеет показатель увеличения их объема при отрыве от массива, что характеризуется коэффициентом разрыхления J\pasb. Показатель кратковременной и долгосрочной устойчивости уступов характеризуется углами откосов уступов в рабочем я нерабочем состояниях. Устойчивость откосов уступов является основным условием безопасного ведения горных работ в карьере.
Йо объемной массе иорода делят на тяжелые ( ^ > 3,5 т/м3), полутяжелые (2,5	] <3,5 т/м3) и легкие (J < 2,5 т/м3).
1.4.	Основные понятия о карьере.
Элементы и главные параметры карьера.
Понятие пкарьер" имеет два значения - административно-хозяйственное й техническое. С административной точки зрения карьер - это горное предприятие, осуществляющее разработку месторождения отбытым способом. С технической точки зрения карьер - совокупность элементов открытых горных работ, служащих для разработки месторождения полезного ископаемого. В угольной промышленности карьер иногда называют разрезом.
Массив горных пород, разрабатываемых одним карьером, называется карьерным нолем. При разработке карьерное поле обычно разделяется на отдельные горизонтальные слои (рис.4). В процессе разработки эти слои приобретают ступенчатую форму. Часть толщи горных пород в карьере, имеющая рабочую поверхность в форме ступени и разрабатываемая самостоятельными средствами разрыхления, выемки и перемещения, называется уступом (рис.5). Уступы, находящиеся в разработке, называются рабочими, а те, разработка которых прекращена, - нерабочими . Горизонтальные площадки, ограничивающие уступы и предназначенные для размещения горно-транспортного оборудования, называются рабочими, площадки, ограничивающие нерабочие уступы, - бермами. Различают бермы безопасности, механической очистки и транспортные. Наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства, называется откосом уступа.
Рис.4* Элементы карьера
I ~ траншея; 2 - очистная берма; 3 — берма белопасности; 4 «• рабочий уступ;
5 — рабочая площадка; 6 — нерабочий уступ; 7 — бровка уступа
18
Рис. б. Рабочий уступ и его элементы
.1 -- нижняя площадка; 2 ~ верхняя площадка; 3 — забой; 4 — откос; 5 -» нижняя бпонка; 6 -* верхняя бровка
Линия пересечения откоса уступа с верхней и нижней горизонтальными площадками называют соответственно верхней и нижней бровками уступа. .Угол, образуемый откосом уступа с горизонтальной плоскостью называется углом откоса уступа.  Угол рабочего уступа скальных пород равен 60-85°, рыхлых - 40-50°; для нерабочего уступа он составляет соответственно 55-80° и 35-45°.
Поверхность, ограничивающая массив со стороны выработанного пространства, называется бортом карьера. Борт состоит из площадок и откосов уступа и имеет ступенчатую форму. Различают рабочий и
нерабочий борта карьера. Поверхность, соединяющая нижнюю бровку нижнего уступа и верхнюю бровку верхнего уступа, называется откосом борта карьера. Угол откоса рабочего борта карьера обычно равен 5-15°, нерабочего - 30-50°. Линия пересечения откоса борта карьера о дневной поверхностью называется верхним контуром карьера, а с поверхностью дна - нижним контуром карьера.
Рабочий уступ по ширине делят на параллельные полосы -заходим (рис.6). Каждая заходка разрабатывается при неизменном положении забойного транспортного пути. Заходки по длине разбиваются на блоки, разрабатываемые самостоятельными средствами отбойки и погрузки. Часть
Транспортный путь
Рис. 6. Заходки и блоки рабочего устуйв
уступа по его длине, на-холящаяся в разработке, называется фронтом работ уступа. Суммарная длина фронтов работ всех уступов карьера называется фронтом работ карьера.
19
Поверхность уступа, служащая непосредственным объектом горных работ и перемещающаяся в результате ведения работ, называется забоем уступа. Совокупность уступов, находящихся в одновременной отработке, называется рабочей зоной карьера.
Открытые горные выработки, служащие для вскрытия карьерного поля и имеющие трапециевидную форму поперечного сечения, называются траншеями, а треугольную -• полутраншеями.
Карьер имеет следующие основные параметры:
I.	Конечная глубина для наклонных и крутопадающих залежей, определяющая масштаб горных работ, размеры карьера на уровне поверхности, объем извлекаемой горной массы, способы вскрытия и основные элементы карьера. Для горизонтальных и пологопадающих залежей конечная глубина определяется природными условиями, т.е. по подошве залежи. Современные карьеры имеют глубину до 700 м.
2.	Размеры карьера до простиранию и вкрест простирания на уровне поверхности, определяющиеся размерами залежи, глубиной разработки и углами откосов бортов карьера. Обычно длина карьера 3-5 км, а ширина до 4 км.
3.	Размер карьера по подошве, определяющийся мощностью залежи на конечной глубине разработки. Минимальные размеры определяются условиями безопасной выемки и погрузки пород с последнего уступа: по ширине не менее 30 м, по длине не менее 150 м .
4.	Углы откосов бортов карьера, зависящие от свойств пород, глубины карьера и условий вскрытия рабочих горизонтов. Их стремятся принимать более крутыми, чтобы уменьшить объем горных пород - отходов карьера.
5.	Запасы полезных ископаемых в карьерном поле - важнейший показатель, определяющий возможный масштаб добычи, срок существования карьера,- экономические результаты разработки и т.д.
6.	Общий объем горной массы в контурах карьера, определяющий масштаб горных работ, производственную мощность предприятия, сроки этапов, работ'И пр.
20
1.5. Типы месторовдений, разрабатываемых открытым способом .
Выбор открытого или подземного способа разработки, а также технологии и механизации горных работ зависит от показателей, характеризующих условия залегания месторовдений: мощности залежи, угла ее падения, мощности покрывающих пород и их физико-механических свойств, топографических, гидрогеологических и климатических факторов.
По рельефу поверхности выделяют следующие типы месторовдений: равнинные (рис.7,а) - Соколовское, Сарбайское, Аксаковское, Джаны-Тас; гористые (рис.7,б) - Дашкесанское, ПО «Апатит”, Тырныаузское и т.д.; смешанные (рис.7,в) - Магнитогорское, Ковдорское и т.д.
В зависимости от рельефа поверхности принимается схема вскрытия месторовдений.
По значению угла падения залежи различают следующие месторождения: горизонтальные или слабонаклонные (рис.8,а) -Ирша-Ббродинское, Керченские; наклонные (рис.8,б) - Богословское и месторовдений а	6	6 Кузбасса; крутого
падения (рис.8,в) -Канарское, Оленегорское, месторождения бассейна Каратау. Для горизон-
Рис.7. Типы месторождений по рельефу поверхности__ТЫЛЬНЫХ ЗЭЛвжеЙ ХЯ—
Рис.8, Типы месторождений по углу падения залежи
рактерно развитие горных работ в плане и отсутствие углубки карьера. Крутопадающие месторовдений характеризуются развитием работ в глубину, горизонтальное же подвигание
21
обеспечивает возможность углубки карьера. При разработке наклонных залежей имеются признаки как горизонтальных, так и крутопадающих месторождений.
По мощности залежи выделяются следующие месторождения: весьма малой мощности (до 3-5 м), разработка которых одноковшовыми экскаваторами неэффективна и требует спе
циальных способов; малой мощности, характеризующиеся разработкой залежи (в данном профиле карьера) при помощи только одного добычного уступа (рис.9,а); средней мощности - разработка месторождения может осуществляться двумя добычными уступами (рис.,9,6); мощные, выемка которых производится тремя и более добычными уступами (рис.9,в).
По форме залежи месторождения могут быть изометрические (массивы, штоки, гнезда), т.е. развитые по всем направлениям одинаково; плитообразные (пласты, линзы, жилы), вытянутые преимущественно в двух направления; трубообразные, столбообразные, вытянутые в одном направлении.
В связи с формой залежи карьеры могут- быть площадные, вытянутые и округлые.
По строению залежи месторождения могут быть простые -с однородным строением,без прослойков; сложные - с прослойками некондиционного полезного ископаемого; рассредоточенные, где нет особой закономерности и имеются одновременно как простые, так и сложные залежи..
22
1.6. Этапы открытых горных работ
По техническому назначению выделяют следующие этапы открытой разработки: • х-
I.	Подготовка поверхности карьерного поля, осушение месторождения и осушение его от вод поверхностного стока. Задача зтого этапа - подготовить условия для производительной безаварийной работы оборудования при проходке вскрывающих выработок и последующем производстве эксплуатационных работ. 
2.	Вскрытие месторождения или его части. Задача этапа -пройти специальные выработки и построить транспортные коммуникации для обеспечения доступа к месторождению, а также подготовить начальный фронт для эксплуатационных работ.
3.	Эксплуатационные работы. Задача этапа - систематическая подготовка условий для сохранения добычного фронта карьера и планомерное осуществление добычи в соответствии с заданной производительностью и кондиционными требованиями к качеству полезного ископаемого.
Последовательность развития горных работ в карьере можно проиллюстрировать примером применительно к условиям разработки горизонтального месторождения малой мощности (рис.10):
I)	проводятся вскрывающие выработки - наклонная траншея I до отметки кровли пласта;
2)	проводится разрезная траншея 2 для создания первоначального фронта работ на верхнем -уступе;
3)	разносится борт разрезной траншеи 2 по цородам верхнего уступа, цифрой 3 обозначен фронт
Рис.10. Последовательность развития горных работ в карьерег а - на верхнем уступе; б «-на обоих уступах
23
Рие.11. Основные периоды разработки месторождений
1 — полезное ископаемое; 2 *• горные породы *• отходы карьера; 3 — горная масса
работ на верхнем уступе, стрелкой - направление его подвигания;
4)	производится ' вскрывающая выработка - наклонная траншея 4 на почву залежи, одновременно подвигается фронт 3;
5)	проводится разрезная траншея 5 по залежи и создается начальный фронт добычи.
По организационно-экономическим признакам (рис.II) основные периоды разработки следующие: строительный период до пуска карьера в эксплуатацию; период освоения полной проектной мощности f2 ; период нормальной эксплуатации ; период затухания, доработки . ВсЬ горные работы строительного периода относятся к капитальным. Они финансируются и контролируются Стройбанком.
1.7. Выход различных пород с единицы горной массы. Коэффициенты добычи и отходов
Основной особенностью открытого способа разработки место-роадений полезных ископаемых является необходимость выемки всех горных пород карьерного поля, часть из которых представлена различными полезными ископаемыми, а часть - отходами карьерного производства.
Экономические результаты открытой разработки зависят, в первую очередь, от количества отходов горных пород в общем объеме добываемой горной массы. Чем меньше отходов горного производства, тем выше экономичность открытой разработки месторождений полезных ископаемых.
Ери открытой разработке комплексных месторождений добывается несколько видов полезных ископаемых.
. - 24 -
Основным показателем, характеризующим удельный вес как сбываемых полезных ископаемых, так и отходов в общем объеме торной массы в различные периоды работы карьера, является коэф->адиент выхода того или иного вада тарных пород из горной массы карьера.	« -		 •
Оптимизация этого показателя на основе геологических данных о запасах различных пород в карьере1 и плановых требований их добыче является одной из основных целей, проектирования открытой разработки комплексных Месторождений*1 \ -  
Коэффициент выхода 7-го вада горных пород представляет собой отношение количества добываемого вада горных пород Pj к количеству разрабатываемой горней массы £? : Этот коэффициент может быть весовым «и объемным и измеряться ^ответственно в тоннах на тонну он в метрах кубических на dcTp кубический. Коэффициент выхода горных пород может измеряться в долях единицы или в процентах от общей горной массы. Для полезных ископаемых этот коэффициент называют коэффициент-том добычи Ад, для торных пород - отходов карьера - коэффи-  циентом отходов 7Г0.
Для решения различных задач проектирования и эксплуатации карьеров можно различать следующие коэффициенты добычи полезных ископаемых:
I.	Средний t ~ отношение Z-го полезного ископаемого Р( к объему горной массы в конечном контуре карьера 7? (рис,12,а).
РисД2в Cxcfr-ьз г апрдееледеию коэффициенте добычи: ™	г. । и	б — средмеэксплуатаииоипог-:)
25 “
2.	Средаеэксплуатационный - коэффициент выемки &-го полезного ископаемого за весь период эксплуатации без учета объема горно-капитальных работ в период строительства карьере G.0 (рис.12,6):
3.	Эксплуатационный - коэффициент выемки t-го полезного ископаемого, показывающий расчетное отношение объема 4-го полезного ископаемого к объему 'горной массы за определенный эксплуатационный период.
4.	Геологический (для горизонтальных месторождений) -численно равный отношению вертикальных мощностей любого из нескольких полезных ископаемых к общей мощности разрабатываемых при этом горных пород.
5.	Текущий - фактическое соотношение г-го полезного ископаемого и горной массы в процессе эксплуатации карьера за определенный период.
6.	Контурный - отношение приращения объема основного полезного ископаемого к приращению объема горной массы при увеличении глубины карьера на один уступ в процессе его оконтуривания (рис.12,а):
^(дР'+дР^Дд^'+д <?'').;
7.	Плановый - коэффициент выемки" 4-го полезного ископаемого, применяемый для расчета его производственной себестоимости.
8.	Погоризонтный - отношение объема г-го полезного ископаемого к объему горной массы на одном горизонте карьера.
S. Граничный - минимально допустимый коэффициент добычи всех полезных'ископаемых, приведенных к основному из них, при котором экономически целесообразна разработка месторождения открытым способом.
Следует отметить широкое использование в недавнем прошлом, да и в настоящее время, такого показателя эффективности работы карьера, как коэффициент вскрыши. Он представляет собой количество вскрышных пород, исчисляемое на единицу полезного •jw^naeworo. Вусловиях отраслевой организации горно-добнвяющей
промышленности, когда в карьере извлекается лишь одно неой»«« димое данной отрасли полезное ископаемое, этот показатель достаточно информативен. Однако в условиях эксплуатации комплексного месторождения, когда в карьере добывается несколько видок полезных ископаемых, этот показатель становится устаревшим, а порой и вообще теряет смысл.
Коэффициент добычи является более четким выразителем современной тенденции комплексного освоения недр и может быть эффективно использован при проектировании и эксплуатации как комплексных месторождений, так и месторождений однородного состава.
Причем для случая, когда в карьере добывается лишь одно полезное ископаемое (однородные месторождения), имеется аналитическая связь между коэффициентом добычи и коэффициентом
 вскрыши: Я®•
На современных карьерах, как правило, добывается лишь ? один вид полезных ископаемых, при этом на единицу добычи удаляется до 8-10 единиц горныхпород, которые не используются В народном хозяйстве. Объем горной массы, добываемой из каръ&~
. ра в тодк,'д.Х.'
-1-	„ А'~7г(1 + 77 э) '
Приведенная выше особенность открытой разработки существенно влияет на формированиесебестоимости добычи полезного ископаемого. Различают себестоимость добычи без погашения гор . ных пород-отходов и полную себестоимость - с погашением этих пород. Полная себестоимость добычи
со” Ср + ппл CY s
где т?пл - плановый коэффициент вскрыши.	’ .
Полная себестоимость полезного ископаемого на современных карьерах составляет от' I до 5 руб./т.
Одной из проблем проектирования и эксплуатации комплексных месторождений является распределение общекарьерных затрат’ 3 на каждый вид полезного ископаемого 3^ . Наиболее объек-
27
.твитом является исход растдадоимя затрат пропорционажл» объемам и отпускной стоимости випускаомой продукции по формул®
Э,-ЗЦг.Л/ЕЦг.Л,.,
где 11^ - отпускная цена z-ro вида полезных ископаемых; А^ -объем горной массы (, добываемой из карьера за i -й промежуток времени.
При стремлении к максмаальному использованию всех горных пород комплексного месторождения затраты предприятия безусловно возрастут, ио укалывав шс$*тн на добычу кавдого полезного нодсшаемого уменьшатся,
1.8. Технологические процессы в карьерах
Технология производственных процессов при выемке горных пород из массива состоит из чередующихся в производственном цикле овдельшх. приемов работы, обеспечивающих выполнение произволе® еннкх задцшй по качественный,, количественным и сто®--местным показателям.
Основными процессами, определяющими характер открытию горных работ, являются подготовка. горных пород к выемкеr вие-да>чйхмаегрузочкйа рь&иа. а^?.аьац1Л., транспортирование гсрпоГ н складирование горных пород.
В аодышммли v*	свойств разрибатьн
йЫж&Х’О массива и схемн механизации.комплекс основных прс-нз-водствен&х процессов мотет быть. неполным. Так, разработка рыхлых город без их ^^верительного осушения и рыхления состоит из трех осаювякх гфоизводственяих процессов: екекавалда, транспортирования и складирования пород - отходов карьера, фи размещении горных пород в впработавдом пространстве одно-исвшовнми зкеиаваторами всё продассн, ;«о-существу, совмещены в один, и лишь условно жжю ргдедать экскавацию, транспорта•» "гдаание й складирование.
Работы,, связанные с обеспечением нормальных и безопасных ,  .да.:;-..' -ч?х«даения основных, .кфсмзводст.л^йшх. процессов ьр

карьере, называются вспомогательными. К ним относятся'пере-движка железнодорожных путей, зачистка площадки, перетаскивание кабеля, доставка материалов и воды, дробление негабарита, снегозащита и т.д.	»	• '
Благодаря широкой механизации основных производственных процессов на карьерах, в настоящее время именно вспомогательные процессы часто сдерживают нормальный ход технологического цикла разработки.
Таблица 2
Удельные затраты по производственным процессам, коп. (по В.С.Хохрякову)
Породы	Затраты на разработку 2 м2 3 породы	Доли затрат по процессам				
		Буровзрывные работы •	Экскавации	Содержание забойных путей	Перемещение пород	Складирование горных пород
Мягкие	20-30	0	18-20	12-16	40-50	18-20
Средней крепости	40-50	13-18	16-23	10-12	38-45	14-18
Крепкие	70-00	18-28	20-25	. 8-10	35-40	6-15
В табл.2 приведены данные, характеризующие Удельные затраты по отдельным производственным процессам при выемке пород с перемещением их за пределы карьера. Более 50 % всех затрат при- ’ ходится на процесс перемещения, что свидетельствует о его наибольшей трудоемкости и сложности в организационном отношении.
2. ПОДГОТОВКА ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ
Подготовка горных пород к выемке производится с целью обеспечения безопасности горных работ, необходимого качества добываемого сырья, технической возможности и наилучших условий применения средств механизации последующих процессов.
Подготовка включает: обеспечение устойчивости откосов ус- ' тунов; осушение горных пород, подлежащих извлечению в данный
29
период разработки; разупрочнение и изменение их агрегатного состояния; разрушение (разрыхление) породного массива и другие виды воздействия на горные породы для облегчения их разработки.
Различают Невзрнвные и взрывные способы подготовки горных пород к выемке.
I
2.1.	Невзрывные способы 
К невзрывным способам подготовки пород к выемке относятся: предохранение пород от промерзания, оттаивание мерзлых пород, механическое рыхление, управляемое обрушение пород и другие физические, химические и комбинированные методы.
Предохранение пород от промерзания. Обычно механическими лопатами с ковшом емкостью 4 м3 можно разрабатывать без предварительного рыхления слой мерзлой порода мощностью до 0,7 м. Бульдозерами, скреперами, а также многочернаковыми экскаваторами в большинстве случаев невозможно разрабатывать мерзлые породы без их предварительного рыхления.
Подготовка горных пород к выемке в зимних условиях включает комплекс мероприятий по предотвращению промерзания пород, рыхление мерзлых пород и приведение их в талое состояние.
Для предохранения пород от промерзания используют вспашку, . глубокое рыхление и боронование поверхности разрабатываемого зимой слоя, создают над ним снеговой покров, а также утепляют поверхность теплоизоляционными материалами или устанавливают специальные навесы и тепляки, производят химическую обработку пород.
Вспашка, рыхление и боронование поверхности позволяют уменьшить теплопроводимость породы, благодаря образованию в ней рыхлого слоя. Вспашку и рыхление производят специальными плугами и рыхлителями на глубину S0-40 см, а боронование - на глубину 20 см. Применяют также глубокое (1-1,3 м) рыхление пород экскаваторами, что уменьшает глубину их промерзания в 2-3 раза.
Часто проводят снегоудержание посредством снежных валов или снегозадерживающих щитов. Теплоизоляционные свойства снега •
30
иногда улучшают периодическим довдеванием его поверхности. Создаваемый ледяной покров препятствует конвекции.
Для предохранения от промерзания россыпей площадь, отвалованную бульдозерами (высота вала до 1,5 м), осенью заливают слоем воды в 0,8-1,5 м для создания ледяного покрова. При глубине промерзания более 0,6-0,8 м необходимо дополнительно укрывать породу теплоизоляционными материалами: мхом, опилками, шлаком, углем, минеральной ватой, войлоком и др.
Устройство навесов и тепляков широко распространено на небольших карьерах при добыче глин для кирпичных и керамических заводов на Урале, в Сибири, на Дальнем Востоке. В летний период на кровле уступа глин, намеченного к зимней добыче, сооружают настил из дерева, металлического каркаса, тросов или оеток, на поверхность которого укладывают слои теплоизоляционных материалов. Зимой разработку глины ведут с обогревом под настилом. Применение тепляков связано с большими затратами (в 1,3-1,5 раза выше, чем летом) и требует значительных объемов работ.
Химическая обработка песчано-глинистых пород хлористыми солями натрия или калия заключается в рассыпании этих солей  в сухом виде после предварительной планировки поверхности и вспашки на глубину 20-30 см. Поверхность покрывается параллельными полосами, расстояние между которыми не превышает.0,7 м.
Оттаивание мерзлых пород. Оттаивание может осуществляться путем электрообогрева, поверхностного пожога, с помощью горячих газов, пара, воды, сжигания термохимических патронов й т.д.	 - ’  .	
Злектрообогрев' может быть глубинным или поверхностным, низко-или высокочастотным.	-ь-;'
При глубинном электрообогреве переменным током промышленной частоты напряжением 12-380 В электроды размещают в шпурах, пробуренных на глубину промерзания породы по квадратной или шахматной сетке на расстояние 50-70 см один от другогоу Электрическая цепь замыкается на талой породе под йерзлым слоем. В результате нагрева талой породы и передачи тепла вышележащим слоям происходит их постепенное оттаивание снизу вверх. Расход электроэнергии при этом составляет 20 кВт.ч/м3.
- 31 -
.7 Цри поверхностном электрообогреве полосовые электрода в ваде Сеток йз тонкой медной проволоки, длина которых равна наклонной высоте уступа, укладывают на его откос. Питание осу-' ществляется от генератора высокочастотных колебаний.
• Поверхностный полют (сжигание угля толщиной 20-25 см на поверхности слоя мерзлых пород) иногда используется на карьерах по добыче глин. Промерзшая до глубины 2 м глина полностью оттаивает в течение 6-Ю дней. На X м8 оттаянной порода расходуется 30-60 кг угля.
. Оттаивание пород производится с помощью паровых игл (стальных труб диаметром 19-22 мм и длиной 1,7-3,0 м), вставляемых в шпуры или забиваемых в порода по мере их оттаивания на расстоянии 2-2,5 м друг от друга. Используется насыщенный пар с температурой I02-II0 °C под давлением 0,2-0,5 МПа. Достоинство способа - относительная экономичность, недостаток -увлажнение пород, способствующее их повторному замерзанию. Подобным же образом осуществляется оттаивание горячей водой.
Оттаивание речной водой производят посредством ее нагнетания в погружаемые в мерзлые порода трубчатые иглы, прове-денением дренажных канав или довдеванием.
Гидро- и парооттаивание широко применяют на разработках россыпей в районах многолетней мерзлоты.
При разработке многолетней мерзлоты интенсифицируют также естественное оттаивание. Для этого за несколько лет до начала разработки на участке удаляют растительный слой и проводят . осушительную водосборную канаву. Для ускорения процесса оттаи-. вания этот способ иногда сочетают с затоплением водой.
Механическое рыхление горных пород. Предварительное механическое рыхление пород осуществляется прицепными или навесными рыхлителями, использующими вес тягача для заглубления рабочего органа рыхлителя. Глубина рыхления при этом достигает 2-2,5 м. Рыхлители могут иметь до пяти зубьев. Для подготовки полускальных пород применяют однозубчатые рыхлители, в плотных породах для увеличения вроизЕодит&яьности - многозубчатые.
-32-
Рыхлители применяют при разработке угля, фосфоритных и апатитовых руд, сланцев, песчаников, полускальных известняков. Хорошее качество подготовки и небольшая мощность разрыхленного слоя позволяют вести выемку горной массы скреперами, бульдозера»: и одноковшовыми погрузчиками.
Управляемое обрушение пород. Подготовку горных пород к выемке можно осуществлять посредством их управляемого обрушения в откосах уступов. Характер обрушения и возможные мероприятия по управлению им зависят от высоты и свойств пород уступа. Обрушение пород может быть достигнуто за счет: самооползания их после уборки контрфорса из разрыхленных пород предыдущего цикла оползания; подрезки контактов наклонных слоев в оснований уступов выемочными машинам-ми; подрезки при помощи врубовых машин; сотрясательного взрывания оконтурйвающих выработок в кровле уступа.
Целью управляемого обрушения является'увеличение высоты уступов и сокращение их числа в карьере без. увеличения параметров выемочно-погрузочного оборудования. Изыскание надеяь ных методов управления процессом' обрушения - основное условие применения этого способа подготовки пород к выемке.
2.2.	Буровзрывные способы
Буровзрывным способом разрыхляется более 95 % всей скальной горной массы на карьерах. Различают первичные и вторичные буровзрывные работы. К первичным относятся работы По отделению горных пород от массива и их дроблению. Вторичные буровзрывные работы - дробление негабарита, выравнивание подошвы уступа, отбойка козырьков, нависей - предназначены для устранения дефектов первичных. Процесс подготовки горных пород буровзрывным способом характеризуется тремя выходными параметрами, влияющими на эффективность последующих процессов: качеством рыхления, формой развала пород, степенью обеспеченности Экскаваторов взорванной массой и частотой взрывов.
©
33
Выходные параметры буровзрывных работ должны соответствовать условию
^нур+	+^др +^э+	+ Спр+С 0Б —*- пгт) 7
где СЪ^СЪ Сдр, Сэ , Ст , 6^,	- затраты соответствен-
но на бурение, взрывание, дробление негабарита, экскавацию, транспорт, путевые работы, дробление на обогатительной фабрике. Подготовка пород буровзрывными работами состоит из нескольких процессов: образования в толще массива полостей, предназначенных для размещения в них зарядов взрывчатых веществ (ВВ); контроля за состоянием и восстановлением этих полостей; заполнения их зарядами; монтажа взрывной сети и производства • взрыва.
Основным способом буровзрывной подготовки является скважинный метод.
2.3.	Виды бурения взрывных скважин
В настоящее время на карьерах применяются следующие виды бурения: канатно-ударное; шнековое; шарошечное; ударно-вращательное; огневое (термическое).
• Канатно-ударное бурение длительное время было единственным способом бурения. Область применения этого вада бурения из-за отсутствия резервов увеличения производительности посте- ® пенно сократилась до 2 %>, Станки канатно-ударного бурения в настоящее время применяются на строительных и геолого-разве-дочйых работах.	®
Шнековый способ' применяется на породах небольшой (f = = <5рб) крепости (угли, сланцы, мягкий известняк), что является основным недостатком этого способа. Станки характеризуются простотой эксплуатации, при их работе обеспечиваются благоприятные санитарно-гигиенические условия.	‘ •
йарсхяечный способ может быть применен на породах любой кре-..пости. Зто наиболее распространенный способ бурения. Его основную достакл.: яксоиая производительность (50-25С м/смену).
34
возможность полной автоматизации, возможность бурения скважин большого диаметра (до 400 мм). Недостаток способа в затруднении бурения скважин малого диаметра (80-100 мм).
Ударно-вращательный способ наиболее целесообразно применять на породах высокой крепости. Его основные достоинства: бурение скважин малого диаметра (80-100 мм); бурение наклонных скважин; автоматизация процесса. Недостатком способа является затруднение бурения скважин большого диаметра, низкая производительность и большое пылеобразование.
Огневой (термический) способ применяется на крепких породах ( f > 10), поддающихся терморазрушению. Этот способ основан на разрушении забоя скважины струей раскаленных газов, получаемых от сжигания дизельного топлива или бензина, вторым компонентом является окислитель - кислород или воздух, третьим -вода. Достоинства способа состоят в высокой скорости бурения по крепким породам (60-7U м/смену) и возможности в любой точке скважины создать котлы. Недостатки: необходимость иметь завод по производству кислорода; ограниченная область применения (термобуримые, кварцсодержащие породы), в настоящее время.на огневой способ приходится всего 2 % объема бурения; невозможность бурения наклонных скважин.
В перспективе основной удельный вес на карьерах будет иметь шарошечное бурение. При создании станков ударно-вращательного действия, обеспечивающих бурение скважин диаметром 200 и 250 км, можно ожидать, что зтот вид бурения получит более широкое распространение, чем в настоящее время. Удельный вес огневого бурения останется примерно на современном уровне. Он будет в основном применяться в сочетании с другими механическими способами в виде термошарошечного или тертоударного способов. Для увеличения производительности бурения малых диаметров будут использоваться двух- и многошпиндельные станки.
На всех осваиваемых в перспективе буровых станках будут полностью механизированы тяжелые трудоемкие процессы, а режим бурения будет выбираться и поддерживаться автоматически, все это позволит обслуживать буровые станки одним машинистом-оператором. Серийно выпускаемые в СССР и перспективные ряды
- 35 -
Таблица 3
Типаж серийно выпускаемых в СССР буровых ставкой для карьеров
Показатель	Ударно-канатные		Уда ри о-вра щател ь-иые			Шарошачные					Комбинирован-ные**	
	БС-2	УКС-600	СБ У- . 100 ГА-50	СБУ-125А 32	2СБУ-100-32х	СБШ-250-МНА- 32	СБШ-250-35	ЗСБШ-200-60	4СБШ-200-40	СБШ-I60A	СБ Ш-250 МНР	БТС-150Б
Диаметр скважин, мм	1000	600	106; ’ 125	100; 125	100	250	250	200	200	IC0	250	200; 160
Глубина бурения, м	25	300	SO	32	32	32	55	60	40	32	32	4,32
Угол наклоиа скважин к вертикали, град.	0	0	0; 15; 30; 0-90	0; 15; 30; 0-90	0; 15; 30; 0-90	0; 15; 30	0; 15; 30	О, 15; ' 30	0; 15; 30	0; 30	0	0-30
Крепость пород	6-20	6-20	6-20	6-20	6-20	8-16	4-14	6-16	6-16	6-16	Более 12	4-20
Установленная мощность, кВт	-	-	24	42	3	398	517	378	415		423	
Масса станка, Т	30	14	4,5	8,5	0,3	73	85	64 .	66	25	76	24
Оптовая пена, тыс. руб.	39	25	17	50	7	108	143 '	191	86	56	127	28
х 2СБУ-100-32 - несамоходный станок для бурения скважин в стесненных условиях крутокосогорья и в труднодоступных местах.
СБ Ш-250 МНР - комбинированный шарошечный станок вертикального бурения с последующим термическим расширением (до 400 мм) их заряжаемой части; БТС-150 Б - станок шнекового (200 мм) и шарошечного (160 мм) бурения скважин в мягких и скальных породах.
Таблица 4
Типаж намечаемых к выпуску в СССР буровых станков для карьеров
Показатель	Пневно-ударный	Термический	С гидро-перфоратором	Вращательный	Шарошечный					Ударао-шдро- хх шечный
	ЗСБУ-100-32	СБТ-4 00-2 0х	СБГ-200-36	СБР- ’ 160Б-32	СБШ- 160-49	СБШ-200/ 250-36	2СБШ- 250- 36/24	СБШ-250 „ Кварцит*	СБ LU-320-36/20	СБУШ-160-36
Диаметр скважнн, мм	100; 125	250 (400)	200	160; 180	160	216: 250; 270	250; 270	250; 270	320	125; 145; 160
Глубина бурения, м	32.	22	36	32	48	36	36; 24	36	36; 20	36 •
Угол наклона скважины к вертикали, град.	-	0	0-30	0; 15; 30	0-30	0; 15; 30	0; 15; 30	0-30	0; 15; 30	0; 15; зо
Крепость пород	6-20	Более 12	10-18	1-6	6-14	6-18	12-18	14-20	6-18	6-20
Установленная мощность, л Вт	106	527	630	-	200	400	430	640	720	*
Масса станка, т	8,5	80	87	32	40	80	88	105	150	21
Лимитная пела, Уыс.руб.	37	152	246	65	72	149	184	280	380	60
Год начала выпуска.	1992	1991	1992	1991	1991	1995	1991	1994	1994	1991
СБТ-4 00-20 - буровой термический станок для расширения пробуренных шарошечным способом скважин.
СБ УШ-16 0-36 - станок ударно-шарошечный буровой для бурения скважии пневмоударным и ударно-шарошечным способом.
буровых станков для открытых горных работ приведены в табл.З и 4,
Процесс обуривания блока состоит из следующих операций: очистка площадки блока бульдозером; разметка устья будущих скважин; наезд на устье будущей скважины и поддомкрачивание станка; забуривание и установка обсадных труб; бурение с периодической чисткой скважины; снятие домкратов, отъезд станка, извлечение обсадных труб и закрывание устья предохранительным щитком.
Шпуровой метод буровзрывной подготовки пород на современных карьерах имеет ограниченное применение и используется главным образом при рыхлении горных пород небольшой мощности (2-3 м), а также на вспомогательных работах (проходка съездов, выравнивание подошвы уступов и т.д.). В породах крепостью
<6 бурение осуществляется электросверлами, в породах большей крепости - ручными перфораторами.
Раньше применялся способ камерных зарядов, сейчас он полностью отсутствует.
2.4.	Влияние технологии буровзрывных работ на выходные параметры процесса рыхления
Качество рыхления. Одним из важнейших технологических параметров буровзрывных работ является диаметр скважин и как его функция - сетка скважин. Исследователями установлено, что с уменьшением диаметра и сетки скважин степень дробления увеличивается.
Вторым параметром, влияющим на качество рыхления, является конструкция заряда. 3 последние годы на карьерах применяются заряды, рассредоточенные воздушными промежутками (рис.13), которые смягчают начальный воздействующий импульс на массив породы, что увеличивает продолжительность его воздействия и улучшает степень дробления. Для создания воздушных промежутков используются специальные катушки или бумажные мешки из-под взрывчатых веществ.
38
У71Г
 .USS'
Рис. 13. Схема- размощекяя й скв&~ • жине заряда „с воздушными промежуп-
-Л '* Хами	1 -

а
35 0 35 0	35 0	35
. ... ТРИ ф Н ЧФТ1]Т|ФТ111  | qqf 1'11111]»р |чЧ - s.	- • ; -
50 35 0	35 50 35 О
‘гп1 iti п n‘i 11 пптпч ihji iiptip ।» гф n Ki । ji| <| 6  и' • '
О 35 50 70 700 735 150.
Рис. 14. Последовательность коротко-замедленного взрывания скважинных зарядов при однорядном их расположении:
” .в.— через скважину; б к. волновая; в — ' « фнанговая , ...
Не менее важным фактором улучшения качества дробления породявляется также применение-короткозамедленного вэрывания
•• с различными схемами коммутации (рис.14, 15). На этих рисунках цифрами обозначен интервал замедления в миллисекундах.
Благодаря замедлению различных групп взрывов происходит соударение горной массы в воздухе, что улучшает качество дробления.	.
На эффективность дробления влияет также взрывание в „зажатой среде”, взрывание двух-трех уступов, применение наклонных скважин и т.д. (рис.16). .	• .
»орма развала взорванной горной массы. С точки зрения погрузки и транспорта наиболее желаемой является компактная форма навала, Характеризующаяся минимальными шириной и высотой, так как в этом случае не требуется дополнительных затрат на разборку и укладку путей, подлопачивание низкой части отвала, на понижение гребней развала до требуемой по правилам безопасности высоты.
К основным Мероприятиям, обеспечивающим требуемую форму развала, относятся: сооружение вдоль путей в эоне взрыва
- 39 -
защитного вала из взорванной горной массы высотой 0,5-1,0 м;
применение многорядового взрывания; использование взрывания в зажатой среде иди на неподобранный забой. Ширина «буфера"
 обычно равна ширине одной зкскаваторной заходки (10-15 м).
Небольшой опыт применения наклонных скважинных зарядов на карьерах СССР объясняется долгим отсутствием оборудования для бурения направленных скважин. На-
а
50S50S55055DS550S5DS5
|* 14'HI111! 111'i 11 ЧЧ1111'1
б	......
... «....-^-*55
...»,.. .... «....»
ПТ1 jt;t гт[П1Г1ТТ|ТП'1ТГПРТП в 70 70 70 70 70 70
й Trf 4> is * a чи О ' ft
nrwmwrnwiwi
клонное бурение позволяет: значительно улучшить дробление породы; устранить проблему «проработки” подошвы уступа; увеличить высоту уступа, так как при наклонном бурении можно достичь практически любой величины линии наименьшего сопротивления; уменьшить объем буровых работ, посколько увеличивается выход горной массы с I м скважины; улучшить условия безопасности экскаваторных работ за счет более гладкого обрыва и уменьшения числа заколов в верхней части откоса уступа.
Недостатками буровзрывных работ методом наклонных скважин являются трудность бурения скважин и сложность их заряжания.
Рис. 15» Схемы коротаозамедлен-него многозарядного взрывания: а — поперечная врубоволновая; б — про— дольная вру бензоиновая; в — волновая; гил — клиновые; е ** колъаевая
4С
Рис. 18. Схемы взрывания: а - в зажатой среде; б *• одновременно двух уступов; в •-’ наклонных скважин
2.5.	Методика расчета параметров буровзрывных работ и количества бурового оборудования
Поскольку вид бурения и диаметр скважин выбирают в зависимости от крепости и дробммости пород, перед расчетом буровзрывных работ практически известен тип бурового станка, а следовательно, сменная его производительность, которая является паспортной величиной. Задача заключается в расчете сет
Рис.17. Параметры расположения вертикальных скважин
ки скважин, их глубины и числа буровых станков.
Рассмотрим одну из методик расчета (рис.17).
По условию.дробления (при однорядном расположении скважин) масса заряда в скважине
Л "• WО. h,	(1)
где £ - удельный расход аВ, = 0,4 + 0,8 кг/м3; W -линия сопротивления по подошве, м; а - расстояние между скважинами, м, a = к -коэффициент сближения скважин, к = 0,8т1,2.
41
Масса заряда, который можно разместить в скважине, Ж-77?('??-а1Г+	(2)
где т - вместимость ВВ в I м скважины, тп = 25~4О кг; г -коэффициент забойки, 2 = 0,7т0,9; &ПБ ~ коэффициент перебу-ра, ** 0,1-уО ,2*
Приравняв “правые части формул (I) и (2), получим
([Wah - n(Ji-zW+ . Тогда
(3)
Решая уравнение (3) относительно W, получим w(kng- г)^У(,к^-гУт2+^к-т	. .
-------------. И;
После определения величины W проверим, удовлетворяет ли ее значение требованию безопасной работы бурового станка:
IF > A Ct<J + 3 , •	(5)
где а ч 60т80°.
Из значений W, рассчитанных по формулам (4) и (5), выбирают наибольшее.
Выход горной массы с I м. скважины p-aWh^, где t - длина скважины, м.
Общая длина скважин, которую необходимо пробурить за год,
где Лек” г°Д°вая производительность карьера по скальной горной массе, м3;	- коэффициент потерь скважин, t] = I,От-1,1.
42
Потребное число станко-смен бурения
-^ст-см “	/ ^БУр ’
Необходимое число буровых станков
Мгг’*Л^т-см/”кар»
где Лрур - число смей бурения одним станком в году.
Так рассчитываются буровзрывные работы при однорядном расположении скважин. При многорядном короткозамедленном взрывании расчет производится аналогично, однако вместо формулы (I) в расчете фигурирует формула Г.М.Китача
•	1-4,2^,
где /ПБ - длина перебура, м.
При расчете параметров буровзрывных работ, действующих карьеров (например, при составлении проекта реконструкции карьера) по отчетным данным известен выход горной массы с I м скваг-' жин р0 при диаметре применяемых скважин d0. Если необходимо изменить диаметр скважин, то выход горной массы с I м скважин  нового диаметра d^ можно подсчитать по выражению
Л-д-4-  
После определения выхода горной массы с I м скважин нового диаметра расчет производится по вышеизложенной методике.
.	2.6. Организация буровзрывных работ
Перед обуриванием блока техническим отделом рудника или • комбината составляется проект массового взрыва, в котором в зависимости от физико-механических свойств пород и результатов маркшейдерской съемки блока указывается высота уступа, перебур, глубина скважин, длина забойки, линия сопротивления по подошве, расстояние между скважинами, расстояние между рядами скважин, предполагаемый выход горной маосы с I м скважин. При составле-
43
нив проекта массового взрыва широко используются разработанные на руднике типовые паспорта. Проект утверждается главным инженером комбината и передается в буровой цех.
После выноса отметок окважин в натуру и окончания бурения скважины проверяют И передают взрывному цеху. Проект взрыва корректируется на основании фактической сетки скважин. Непосредственно перед зарядкой скважины, промеряют, добуривают > соответствии с изменениями в проекте, чистят до проектных отметок и на блок завозят взрывчатые вещества.
После зарядки и коммутации взрывной сети дается сигнал к выводу из карьера людей. В процессе зарядки и коммутации взрывной сети посторонним лицам запрещается находиться в зоне взрываемого блока* После взрыва взрывники выезжают на место, цде он быд произведен, осматривают это место и после проветривания карьера дают сигнал «Отбой".
3.	ЙЫаЮЧНМШ»УЭОЧНЫЕ РАБОТЫ НА КАРЬЕРАХ
С . 3,1* Виды применяемых механических средств
Вторым основным технологическим процессом на карьерах являются выемочно-погрузочные работы. К технологическим особенностям применяемого на современных карьерах выемочно-погрузоч-кого оборудования (рис.18) относятся характер рабочего процесса машины, а; Йаав:б(»мйещение; отдельных, операций в технологи-ческом процессе.
С По характерутехнологического процесса все выемочно-по-грузочные Машинн делятся на два класса: машины цикличного дей-ствия(Одноковшовые экскаваторы, бульдозеры, скреперы, погрузчики); машины непрерывного действия (многоковшовые цепные и роторные экскаваторы * шнекобуровые машины).
По степени.совмещаемости отдельных операций выделяются две группы: машины, используемые только для отделения породы от массива И погрузки ее в транспортные средства (карьерные механические лопаты); машины, роль которых заключается
44 -
a
д
Рис. 1.8. Технические средства выемочно-погрузочных работ карьеров:
а * прямая лопата; б — драглайн; в - цепной многоковшовый экскаватор;
г — роторный экскаватор; д — колесный скрепер; е бульдозер; ж — шнекобуровая машина; s — погрузчик
не только в выемке, но и в транспорте пород (драглайны и вскры:в-ные механические лопаты, скреперы, бульдозеры, погрузчики),
3,2.	Быемочно-погрузочные работы с применением
средств малой механизации
На современных карьерах основной объем,(свыше 90 %) выемочно-погрузочных работ выполняется одноковшовнмч и многоков- ,
45
шовами экскаваторами и лишь небольшая доля пород удаляется средствами малой механизации: бульдозерами, скреперами, погрузчиками, шнекобуровыми машинами. Кроме того, средства малой механизации широко используются на карьерах для выполнения вспомогательных работ: зачистки почвы в кровле пласта, проходки канав и т,д.
йыомочно-погрузочные работы с применением бульдозеров весьма широко используются при разработке россыпных месторождений. в .качестве вспомогательного оборудования бульдозеры применяются на всех карьерах, независимо от масштабов их работ, и физико-механических свойств разрабатываемых пород. Условия применения бульдозеров на основной выемке: мягкие породы, дальность перемещения горной массы 1ОО-1Ьи м, мощность разрабатываемых пород 8-10 м.
Производительность бульдозера при основной выемке пород
60^5 Г
•	Г ’
ц
где Е^ - объем горной массы, перемещаемой бульдозером за один рейс, вычисляемый обычно по геометрическим размерам отвала бульдозера, м3;	= 0,84) ,85..
Время
L L v~ + Т~ 'гр

Объем перемещаемой за один цикл породы в целике
2 t^ps
где 7)б“, £б - соответственно высота и шиоина бульдозерного отвала, м; = 0,94),95; <Ур3 - угол откоса развала.
При'разработке рыхлых пород в связи с неровным рельефом верхний уступ обычно имеет- переменную высоту. Для создания безопасных условий работы экскаватора предварительно выравнивают бульдозером верхнюю часть уступа до высоты, равной высоте
46
черпания экскаватора. Подобный же характер имеет и работа буль- . дозера при проходке полутраншей на косогорах.
Весьма эффективным средством разработки рыхлых, полу скаль- * них и иногда скальных пород являются скреперные комплексы, состоящие из рыхлителей, колесных скреперов, толкачей и трейдеров.
Существует большое число скреперов, различающихся по емкое-. тй ковша, способу передвижения, схеме подвески и способу заполнения ковша, методу разгрузки, системе управления. .
Краткая техническая характеристика наиболее крупных пер-. . спективных отечественных скреперов следующая:
Марка скрепера	МоАЗ-546П-357П	ДЗ-13 (Д-302)	ДЗ-67 .<	ДЗ-107
Емкость ковша, м3 " •'	Ю,	15	• :25	25
Базовая машина (тягач)	МоАЗ-546П	БелАЗ-531	— .	*-•
Установленная мош*				%
ность, кВт	158	265 	.660	. 4ооха
Продольная база, мм	6000	8200	: ЮКОС) ,	-  -
Ширина Колеи, мм	2320	2480	2680 \	
Габариты, мм				- ' . ч-
Длина	•	1 , 11000	.12800	10560	
Ширина	3300	’3400	4645	
Высота	3300	' 3600	... 4235 -1	
Масса скрепера, т	18,6	8р,55	 .64,0	67,5 .
Стоимость, тыс.руб.	 : 20,1 v .	57,0	0ДО ,	117,0
Наиболее распространенной схемой работы окрепера является движение его ..восьмеркой" (рис,19). /	У v
Эксплуатационная юроизводительность скрепера -уЛ-?' ' ?, :'
‘ ц *раэр 77'	7 :’,7. •
где в 0,741,23; 2"ц»2уг +	+ £х + А» At®
45т90 с; *- 21 / Zip 25430 с;	2*6^-; Аз *
в 60490 о,	7'
Шнекобуровая выемка применяется в основном при извлечении
пластов полезного ископаемого, которые никаким другим способом
• ’<'Д	место заполнения; -2 - карьер; 3 ~ отвал;
у",4 — место разгрузки
извлечь невозможно или экономически нецелесообразно: при извлечении залежей непромышленной мощности; при доизвлечении запасов, оставшихся за контуром карьера..
шнекобуровой способ выемки применяется на породах с коэффициентом крепости до 6 при мощности залежи от 0,7 до 3 М. Глубина выбуривания при этом достигает 65 м.
ШнекобУровые 'машины (рис.20) приме-.няют .обычно при отра
ботке тонких угольных пластов (карьеры Кузбасса). *
Основные достоинства способа: низкая стоимость разработки; возможность отработки тех пластов, которые считаются потерянными при других способах разработки. Недостатками способа являются большие потери (50 % и более) полезного ископаемого; переиз-мельчение полезного ископаемого.
Производительность шнекобуровой установки
гад»
,l	. •	• #2	>
где 5 - площадь Выбуриваемого:сечения, 5 '» 0,785 а ; о -диаметр сечения, м. ' ;
К принципиально новому оборудованию относятся большегрузные одноковшовые погрузчики - мобильные и маневренные погрузочные и погрузочно-транспортные машины, получившие широкое распространение На Открытых горных работах за рубежом и начинающие внедряться в СССР.	.
’ ’ '	48 -
Типаж погрузчиков, выпускаемых в СССР, следующий:
Тип погрузчика	ПК-10* ПГ-1О*Х ПК-15 ПГ-15				ПК-25	ПК-40
Номинальная грузоподъемность, т	10	10	15	15	25	40
Номинальная емкость						
основного ковша, м3	ь	5	7,5	7,5	12,5	20
Высота разгрузки ковша, м	4100	4000	4700	4580	5400	7000
Мощность двигате-						
ля» кВт	260	240	440	370	880	1370
Скорость движе-						
ния, км/ч	47	16,4	40	16,2	30	30
Транспортная макси-						
мальная работа	0-7	0-6	0-7	0-6	0-6	0-5
Ширина колеи» мм	2360	3020	2800	0994	3700	4400
Масса, т	29,9	37	50	53	93,2	150
Стоимость, ты с. руб.	38 '	35	48	40	100	160
ПК - пневмоколесный погрузчик;
ХХ ПГ - гусеничный погрузчик.
Преимущества погрузчиков обусловлены:
сравнительно небольшими капитальными затратами на их приобретение;
высокой скоростью передвижения, превышающей 40 км/ч, что дает возможность одному погрузчику обслуживать несколько забоев (горизонтов) одного или нескольких карьеров, расположенных недалеко один от другого, а также возможность использовать погрузчики в качестве погрузочно-транспортных машин;
большой маневренностью и высокой мобильностью, позволяющими эксплуатировать погрузчики в стесненных горных условиях и быстро переводить их из рабочего положения в транспортное;
незначительным влиянием высоты забоя на производительность погрузчика и возможностью самостоятельной качественной зачистки подошвы забоя и наземных автодорог;
универсальностью применения в связи с возможностью использования комплектов сменного рабочего оборудования - че
49
люстных захватов, двухчелюстных ковшей, бульдозерных отвалов и т.д.
Однако, как показывает опыт, одноковшовые погрузчики в качестве погрузочно-доставочной машины могут эффективно использоваться только при дальности транспортировки ими горной массы до 500 м на карьерах небольшой производительности. Кроме того, они найдут применение в качестве основного погрузочного оборудования на малых карьерах (в основном на карьерах нерудного сырья) с относительно большим количеством рабочих уступов и с незначительной интенсивностью отработки месторождения, где использование карьерных экскаваторов нецелесообразно ввиду частого их перегона с уступа на уступ. Одноковшовые погрузчики будут также широко использоваться на карьерах в качестве вспомогательного оборудования: для механизированной очистки берм, на перегрузочных складах горной массы, при погрузке взорванного материала из первой заходки и т.д.
3.3.	Выемочно-погрузочные работы механическими лопатами
Механические лопаты - это одноковшовые экскаваторы с жесткой конструктивной связью ковша со стрелой, что позволяет развивать большие усилия черпания и создает высокую прочность рабочего оборудований. Они отличаются универсальностью, их применяют на породах любой крепости как с предварительным рыхле- ' нием, так и без него, при погрузке в любой вид транспорта и по бестранспортной схеме.
Механические лопаты подразделяются на карьерные (ЭКГ) и вскрышные (ЭВГ). Первые предназначены исключительно для погрузки горной породы в транспортные сосуды, вторые, имеющие удлиненное оборудование, - как в транспорт с верхней погрузкой (например, при проходке траншей), так и по бестранспортной схеме, при перевалке пород в выработанное пространство (большие модели вскрышных мехлопат, начиная с емкости ковша 15 м3). Основной недостаток механических лопат - прерывность
50
(цикличность) рабочего процесса. На черпание затрачивается ' только 20-30 % рабочего времени.
Технические характеристики выпускаемых и перспективных карьерных механических лопат и механических лопат в специальном исполнении представлены в табл.5, 6. Вскрышные механические лопаты имеют следующие технические характеристики:
Тип экскаватора*	эвг-е	ЭВГ-15	ЭВГ-35/65
Емкость ковша, мэ	6	13	35
Максимальный радиус черпа-			
ния, м	35	40	65
Максимальный радиус черпа-			
ния па горизонте установки, м Максимальная высота, м	_ 21,5	20,5	37
черпания	26,8	30	40
разгрузки Максимальный радиус разгруз-	13,5	26	45
ки, м	32,9	37,8	62
Мощность сетевого двигате-			
ля, кВт Продолжительность цикла при работе в отвал при повороте	520	1470	3600 •
на 90°	45	50	66
Масса экскаватора,- т	662	1150	3400
х Модификациями базовых экскаваторов ЭВ Г-15 и ЭВГ-35/65 являются ЭВГ-10.50 и ЭВГ-40.60.,
Основными технологическими параметрами одноковшовых экскаваторов являются рабочие параметры, емкость ковша, габариты-, масса, преодолеваемый уклон, удельное давление.
Рабочие параметры механических лопат - радиус и высота черпания и разгрузки, зависящие от длины рукояти и стрелы, • а также от угла наклона стрелы и размеров экскаватора. Рабочие параметры экскаватора ограничивают сферу “его деятельности и определяют размеры забоев.
Механическая лопата устанавливается на почве разрабатываемого уступа и по мере отработки заходки перемещается вперед.
51
* Таблица 5
Типаж серийно выпускаемых вчСССР одноковшовых карьерных гусеничных экскаваторов
Показатель	ЭКГ-4 Vх	ЭКГ-5А	ЭКГ-6,Зусхх	ЭКГ-8И	ЭКГ-10	ЭКГ-12,5	ЭКГ-15	ЭКГ-20
Емкость ковше, м								
ОСНОВНОГО	4,0	5,2	6,3	8,0	10,0	12,5	15,0	20,0
сменного	5,0	-	8,0	10,0	-	16,0	-	*
Максимальная высота, м								
черпания	22,2	10,3	17,1	13,2	13,5	15,1	16,4	17,0
разгрузки	. 17,5	6.7	12,5	8,6	8,8	10,0	10,0	11,5
Радиус черпания, м .								
на уровне стояния	14,5	-	13,5	12,0	12,6	14,8	15,6	-
максимальный	22,1	12,6	17,9	16,3	15,9	19,9	20,0	20,0
Продолжительность никла, с	30	23	23	26	26	28	28	28
Л^ошность сетевого двигателя, кВт	520	250	520	520	630	1250	1250	2250
Масса, т	332	195	340	333	. 395	638	636	1080
Цена, тыс.руб.	318	184	328	930	450	136.0	780	1900
У — удлиненное рабочее оборудование для верхней погрузки.
ус - удлиненное рабочее оборудование для погрузки на уровне стояния.
Таблица 6
Типаж намечаемых к выпуску в СССР карьерных экскаваторов
Показатель	Базовая модель											
	• ЭКГ-ГО		ЭКГ-15					ЭГ-10х		ЭГ-15		ЭГ-20Б
	Производная модель											
	ЭКГ-54	ЭКГ-8ус	ЭКГ-10	ЭКГ-8у	ЭКГ-12ус	ЭКГ-15хлхх	ЭКГ-2.0И	ЭГ-10	ЭГО-6ХХХ	ЭГ-15	ЭГ-8	ЭГ-20Б
ёмкость ковша, мэ Максимальная высока, м	5 .	8	10	8	12	15	20	10	6	15	8	20(16)
черпания.	22,2	16,7	13,5	30,0	22,0	16,4	19,3	14	15	16	16,7	19 (21)
разгрузкй	17,5 .	11,8	8,6	24,5	15,8	10,0	.12,5	И	10	13	12,5	15 (16)
Задиус черпания, м												
максимальный	 23,7	19,8	18,4	34,0	28,0	22,6	24,3	14	’ 19	16	21,8	21 (23)
на уровне стояния	14,5	14,6	12,2	20,2	17,5	15,6	17,2	-	-	-	-	
Остановленная мош-гость, кВт	630	630	630	1250	1250	1250	1250	'660	660 •	910	910	1660
vtacca. т	386	405	395	705	685	672	686	250	250	350	350	600
Лимитная йена, , ыс.руб,	500	500	500	1150	1150	1250	1500	640	-	1100	750	2200
'од начала выпуска -	1990	1991	1990	1990	1990	1990	1990	.1990	1930	1990	1990	1991
х ЭГ - экскаватор гидравлический.
XX ' '	’	"
хл - холодное исполнение.
ххх - обратная гидравлическая лопата.
Рабочий цикл механической лопаты включает следующие основные, •операции: черпание, поворот к разгрузке, разгрузку породы из ковша и поворот в забой, лдаикение и опускание ковша да разгрузки совмещаются с поворотом экскаватора. На повороты экскаватора затрачивается примерно 55-60 % времени цикла, поэтому при уменьшении угла поворота экскаватора время его цикла уменьшается, а техническая производительность возрастает.
В 'зависимости от наличия транспортного звена в технологической схеме различают работу экскаватора с погрузкой в транспортные средства и бестранс-юртную схему с разгрузкой в отвал (рис.21). Первая схема в основном применяется при разработке крутопадающих месторовдений, когда организация внутренних отвалов невозможна. Бестранспортные схемы пряаеняэтся обычно при разработке горизонтальных или слабонаклонных месторовдений небольшой мощности.
 При работе механических лопат в основном применяются два вида забоя: тупиковый (рис.22,а) п боковой (рис,22,б). Боковой забой обеспечивает максимальную производительность экскаватора, что объясняется небольшим средним углом поворота к разгрузке
Рис.21. Схемы робот*ы мехлопат: а в б •* с погрузкой в средства транспорта соответственно на горизонте установки экскаватора и выше него; в — с разгрузкой в огвал
54
Сто более-90°), удобной подачей транспортных средств под погрузку и минимальны!® простоями при перемещении и наращивании транспортных коммуникаций . Производительность экскаваторов в тупиковых забоях ниже, чем в боковых на 10-15 %, поэтому тупиковые забои применяют при проведении траншей, в основном при автомобильном и конвейерном транспорте, о случае проведения траншей с использования железнодорожного транспорта, экскаватор, как правило, работает с верхней погрузкой (см.рио.21,6). Схемы работы с нижней погрузкой (сгл. рис.21,а) выгодно отличаются от схем работы с верхней погрузкой, так как не требуется применение специальных экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием; улучшается обзор места разгрузки, что наряду с уменьшением расстояния доставки породы в ковше приводит к сокращению продолжительности рабочего цикла.
ц силу явных преимуществ работы экскаватора с нижней погрузкой эта схема получила наибольшее распространение на современных карьерах, верхняя погрузка применяется при невозможности • или нежелательности спуска транспортных коммуникаций или средств на горизонт стояния погрузочного оборудования (чапри-мер, проходю. траншей, разработка нижних обводненных горизонтов и Т.Д.).
для рыхлых пород предпочтительнее принимать ширину заход-ки, равную 1,5У?ч (здесь - радиус черпания мехлопаты на уровне стояния). Для взорванных скальных пород ширина заходаси принимается с таким расчетом, чтобы можно было отрабатывать развал в две заходки. высота уступа для рыхлых пород не должна превышать высоту черпания экскаватора, а для скальных должна быть такой, чтобы после взрыве высота развала не превышала высоту черпания экскаватора.
55
Эксплуатационная производительность механических лопат-
ч ==------+- 7------'--- >
1 ц кразу
где &н-== 0,7Я,2; &и = 0,5тО,75; &ст = 0,8У0,9; Каэр ₽ = 1,14-1.6.
Коэффициент использования экскаватора в течение смены учитывает главным образом организационные простои (отсутствие транспорта, неприем руды фабрикой); коэффициент структуры процесса погрузки - технологические перерывы в работе экскаватора (обмен транспортных средств, подлопачивание забоя, сортировка горной массы по крупности и е.д.). Значение этого коэффициен-. та зависит от соотношения транспортных сосудов и ковша, схемы обмена транспортных средств у экскаватора, качества дробления горной массы в развале.
При определении годовой производительности механических лопат необходимо•сменную производительность умножить на число смен работы экскаватора в году. Для добычных экскаваторов рассчитанная производительность уменьшается на 15-20 % на селекцию и .усреднение полезного ископаемого. В случае тупиковых (траншейных) забоев производительность- экскаваторов также необходимо Уменьшить на 10-30 %.
-. Совершенствование погрузочных работ намечается по следующим направлениям:
. I. Увеличение единичной мощности механических лопат. Следует, однако, иметь в виду, что дальнейшее увеличение мощности погрузочного оборудования (др емкости ковша 20 м3) сдерживают два фактора.'Первый из них - увеличение капитальных затрат и 'эксплуатационных расходов на приобретение и обслуживание экскаваторов» ’которые растут значительно интенсивнее, чем воз- • растает производительность. В этих условиях с целью повышения 'экономической эффективности применения крупных экскаваторов (ЗКГ-12,5; ЭКГ-20) необходимо-максимально использовать их рабочие параметры, в частности высоту черпания, что позволит увеличить высоту рабочих уступов по сравнению с экскаваторами ЖГ-8И и, как следствие, снизить текущий коэффициент вскрыши
56 —
и уменьшить затраты на создание и содержание транспортных коммуникаций. Вторым сдерживающим внедрение мощных экскаваторов фактором является отсутствие для них соответствующих транспортных средств. Так, даже самые большие выпускаемые нашей промышленностью думпкары имеют линейную емкость ковша экскаватора ЭКГ-20.
2.	Создание гидравлических экскаваторов, которые при той же емкости ковша, что и обычные, имеют значительно меньшую массу, а следовательно, и меньшую стоимость.
3.	Внедрение на уже освоенных образцах экскаваторов принципиально новых конструкций отдельных узлов и механизмов, позволяющих повысить эффективность работающего погрузочного оборудования.
3.4.	Выемочно-погрузочные работы драглайнами
Драглайны, благодаря гибкой подвеске рабочего органа, обеспечивают перемещение горной массы на большие расстояния, ’ чем механические лопаты, однако они развивают меньшие усилия черпания. На карьерах драглайны используются в основном для выемки и перевалки в выработанное пространство мягких и разрыхленных полускальных пород. Современный отечественный парк шагающих драглайнов представлен машинами с емкостью ковша от 4 до 100 м3 и длиной стрелы от 40 до 100 м.
Техническая характеристика серийно выпускаемых в настоящее время шагающих экскаваторов этого ряда следующая:
Тип драглайна	эш- 65/100	ЭШ-40/85с	ЭШ-20/90	ЭШ-13/50-4	ЭШ- Г0/70А-4	ЭШ-6,5/45
Емкость ковша, м3	65	40	20	13	10	6,5
Длина стрелы, м	100	85	90	50	70	45
Максимальный радиус, м						
черпания	97,6	85,0	83,0	46,5	• 66,5	42,5
разгрузки	97,6	82,0	83,0	46,5	66,5	43,5
-Максимальная глубина черпания, м	46,0	40,0	42,5	21,0	35,0	22,0
57
Максимальная вы-
сота разгрузки, м	38,5	32,0	38,5	20,5	27,5	19,5
Предолж ител ьн ость рабочего цикла, с	85	75	75	60	54	42
Масса, т	6910	3200	1780	620	688	295
Цена, тыс, руб.	12000	6100	2677	760	780	390
В перспективе до 1994 г. долгом выпускаться экскаваторы Ш-14/50 и 3111-15/80, причем модификациями последнего будут ЭШ-10/100 и ЭШ-20/65.
Драглайн может разрабатывать порода торцовым и тупиковым забоями. При этом он может располагаться на кровле уступа, промежуточной площадке и почве уступа (рис.23). При расположении драглайна на подошве уступа и разработке его верхним черпанием угол откоса забоя для предотвращения скольжения и обеспечения наполнения ковша не должен превышать 20-25°.
Рис.23, Схемы работы драглайна: а, б, в *- торцевым забоем с расположением драглайна соответственно на кровле уступа, промежуточной площадке, почве уступа; г — тупиковым забоем с расположением драглайна па кровле уступа
Производительность драглайнов рассчитывается аналогично определению производительности механической лопаты, но продолжительность рабочего цикла драглайна больше, чем у механической лопата с ковшом той же емкости, в среднем на 20-70 %.
58
3.5.	Выемочно-погрузочные работы многоковшовыми экскаваторами
Многоковшовые экскаваторы применяют для выемки рыхлых пород без валунных включений, В зимний период эти экскаваторы не работают. Их используют с непрерывным транспортом (конвейерами, отвалообразователями, транспортно-отвальными мостами). Небольшие экскаваторы применяют с железнодорожным транспортом.
Цепные экскаваторы могут работать как с верхним,так и с нижним черпанием, роторные - только с верхним. В СССР выпускаются только роторные экскаваторы, цепные импортируем из Германии и Чехословакии.
Производительность цепных экскаваторов
&]оазр где п-р - число разгрузок ковша в минуту, /7у = 304-38;» Х?н = = 0,84-1,2;	= 0,5^) ,9.
На карьерах СССР в настоящее время работают цепные экскаваторы РС^У-15; Ру^2 (ЧСФР); Д^-18; Д^ЗО; Д^О; Д~0; 2200
Д-^рО. (здесь в числителе - емкость черпака в литрах; в зна- . менателе - высота нижнего черпания в метрах; множитель - высота верхнего черпания в метрах).
Типоразмерные ряды роторных экскаваторов, выпускаемых в ФРГ, ЧСФР и СССР - основных странах, в которых налажен выпуск этого вида оборудования, отличаются большим разнообразием.
В СССР в настоящее время выпускаются роторные экскаваторы со следующими техническими характеристиками:
Тип экскаватора	эр-езо- 11,5/1	ЭР-1250-12/ 1-ОЦ	эрп- । е оо- эрц- 1600- 18/1,6	20/2Ц	ЭРШР11-5250
Теоретическая производительность, т/ч	1850	2500	3600	3800	71.00
Высота черпания, м	12,5	17,1	18,0	21,0	30,0
Ширина заходки, м	20,0	28.5	27,0	34,0	60,0' ©
59
Радиус разгрузки, м	20,0	23,8	24,0	24,0	42,0
(Ширина конвейерной					
ленты, м	1,2	1.2	1,4	1.4	2,0
Масса, т	305	700	1100	1100	4077
Цена, тыс.руб.	745	еоэ	2118	2275	7500
Большинство роторных экскаваторов выпускаются с нормальными усилиями копания. Начат выпуск экскаваторов с повышенными усилиями копания (экскаватор ЙРГ-4С0Д) и ведется проектирование роторных экскаваторов с высокими усилиями на кромке ковша (более 1,4 МПа). Машины этого типа найдут применение при разработке пород повышенной крепости.^ Использование на открытых разработках роторных экскаваторов с высокими усилиями копания позволит увеличить продолжительность сезона работ, что особенно важно для районов с суровыми климатическими условиями.
Роторные экскаваторы создаются в основном с гусеничным шагающим и шагающе-рельсовым типом хода. В СССР роторные экскаваторы малых и средних классов выпускаются на гусеничном, а мощные машины - на шагающе-рельсовом ходу.
Производительность роторных экскаваторов определяется аналогично расчету производительности цепных экскаваторов.
3.6.	Выбор типа погрузочного оборудования
Выбор типа и модели должен производиться с учетом максимального использования погрузочного оборудования в различных условиях. Учитывая достоинства кавдого из них, можно составить шкалу приоритета: многоковшовые экскаваторы - бульдозеры и скреперы - драглайны - механические лопаты.
При выборе оборудования всегда следует пытаться применить вид, стоящий ближе к началу предложенного рада, и только при невозможности сделать это, необходимо перейти к следующему виду. На выбор типа и марки погрузочных машин влияет большое число факторов, главными из которых являются: вид извлекаемых пород; условия залегания пласта; строение залежи (простое, сложное); ввд и наличие применяемого транспорта; число уступов; производительность карьеров.
6U
Для разработки скальных пород в подавляющем большинстве случаев применяют механические лопаты. Если породы рыхлые, но с валунными включениями, то из рассмотрения исключают цепные и роторные экскаваторы.
Так как на горизонтальных и слабонаклонных месторовдениях очень часто’используют бестранспортные схемы, то предпочтение отдают драглайнам, на этих же месторовдениях применяют бульдозеры и скреперы. На крутопадающих месторовдениях в основном используют механические лопаты. При сложном строении залежи для обеспечения аффективной раздельной выемки стремятся к применению многочерпаковых экскаваторов или механических лопат с небольшой емкостью ковша.	'
При конвейерном транспорте.желательно применять многоковшовые экскаваторы, при колесном - одноковшовые. Если число уступов не соответствует числу экскаваторов, следует добиться соответствия перебором моделей экскаватора. С точки зрения унификации и взаимозаменяемости на карьере желательно применять, экскаваторы одной марки. 	-	‘
4.	11№®ВД£НИЕ КАРЬЕРНЫХ Ш303
Транспортирование горной массы относится к одному из об-  новных производственных процессов. Содержание карьерного транспорта достигает 35-50 % себестоимости добываемой продукции, на его делю приходится 40-60 % всех трудовых затрат., у\ 
При разработке полезннх ископаемых транспортирование ббя-' зательно, отработка же остальных пород иногда может осущест- . влиться без помощи транспортных средств. ’..л/?/ '• '  ’
Основные особенности карьерного транспорта:	;
относительно небольшие расотоянйя перемещения, .(до 15 км);
перемещение грузов -в: одном направлении;'.1..’; -Л • -	.
большие грузопотоки и высокая интенсивность движения; перемещение карьерного груза снизу вверх;’ ..
• необходимость передвижки транспортных комм,унх.кади2 по ме^ ре развития фронта работ;
—. 61 — ••:
 ^-^значительные .ударные нагрузку на транспортные средства  /цри погрузке пород.... 
участка транспортирования: внутренний в карьере, по борту карьера-и поверхностный. Транспортные пути г йогут'быть постоянными и передвижными. *.
•	4.1. Виды карьерного транспорта
;; Основными видами карьерного транспорта на отечественных и зарубежных карьерах являются: железнодорожный, автомобильный, конвейерный, -комбинированный.
\ £ -f ,: .На современных карьерах свыше 80 % горной массы перемелется железнодорожным, автомобильным или комбинированным (железнодорожный ;й автомобильный) видами транспорта.
1 •/ •.. Конвейерный транспорт применяется пока только при перемещений рыхлых пород. Каждый вид карьерного транспорта имеет
. свои, наиболее эффективные области применения. Наиболее,типичные условия применения каждого .вида транспорта, по данным проектной практики и-научных исследований, следующие:
Вид транспорта.	Железнодорожный .	Автомобильный	Конвейерный
Годовая производительность .. карьера по горкой мессе, мпн.т	,	,	10-100	<25	20-30
Глубина карьера, м	150-200	..<250 ' ..	>2б
Расстояние транспортирования. км	Не ограничено	<7	2,5-3-
Предельные уклоны, град.	30-80.	80-100 .	300-350
Минимальные радиусы закругления, м	100-200	15-20	
Примерная трудоемкость но 1000 т груза, чел,-смены	5-15	5-<0	3-6
Средняя стоимость транспор-’ -пирования 1 т.км, руб.	р,015	0,05-0,01	.. 0,06-0,1 '
62
4.2. Технология перемещения карьерных грузов, железнодорожным.транспортом ;
. Основные достоинства, железнодорожного транспорта закло- ’ чаются в следующем:
большой объем горной массы, доставляемой за один рейс;
легкость получения информации о каждом составе, благодаря строго фиксированному маршруту следования транспортных сосудов, что упрощает управление транспортом;
возможность применения три доставке грузов на большие расстояния, благодаря большому объему перевозимого за один *' рейс груза.
К недостаткам можно отнести следующее:
наличие в карьере путей и контактной сети и необходимость денежных и трудовых затрат на их ремонт и содержание;
большие радиусы закругления путей;
малые уклоны, что требует дополнительного разноса борта карьера;	.	
большая единичная масса груза, что вызывает осложнения при селективной выемке полезного ископаемого и усреднения его качества.	,	'
железнодорожный транспорт применяется в основном с механическими лопатами, реже с небольшими драглайнами и многоков-, шовнми экскаваторами.
Схемы развития железнодорожный путей на уступах влияют  на время обмена соотава и на коэффициент обеспеченности забоя порожняком:
1	' -
0Б~
Существует несколько схем работы железнодорожного "транспорта (рис.24). При работе одного экскаватора на уступе используют следующие схемы:
I. Тупиковы! фронт (рис.24,а, схемы 1-3).. Зто наиболее -простая с точки зрения передвихки забойных путей, ьремя обмена составов
— 6о —
Рис. 2 4. Схемы развития путей на уступе при работе: а — одного экскаватора? б — нескольких экскаваторов
f>OL0	60L0 '
° ^Гр	^х Б
где Lo - расстояние от забоя до обменного пункта, км.
Чем ближе обменный пункт от экскаватора, тем больше коэффициент обеспеченности забоя порожняком.
2. Сквозной фронт (рис.24,а, схема 4). При поточной подаче поездов время обмена обычно принимается равным 1-5 ш.
При работе нескольких экскаваторов на уступе используют
следующие схемы:
I. Тупиковый фронт (рис.24,6, схема I). В этом случае поезда под погрузку и из забоя должны подаваться один за другим «пакетом". Коэффициент обеспеченности порожняком будет для всех экскаваторов одинаковым. В других случаях работа экскаваторов не зависит друг от друга (рис.24, схемы 2,3).
- (И -
2. Сквозной фронт (рис.24, схема 4). В этом случае обеспечивается независимая работа экскаваторов.
Число составов, необходимых для обслуживания экскаваторов, определяется следующим образом:
I.	Продолжительность рейса
^рейс “	+’^гр +	+ ^б +
время погрузки
Гп- п Гц ,
где
- масса, перегружаемая за один цикл экскаватора, _ *н z
Время обмена состава
(7)
(6)
V-r в
3
4
r 60 L ^Гр Число составов, обслуживающих экскаватор
*о + fn
Общий поток рабочих составов
- ЛГс-ВД »
где Лд - число работающих экскаваторов.
4.3.	Технология перемещения карьерных грузов автомобильным транспортом
Автомобильный транспорт является одним из самых распро-странных видов транспорта на современных карьерах. На отечественных карьерах в настоящее время работают автосамосвалы грузоподъемностью от 10 до 180 т.
- 65 -
Основные достоинства автомобильного транспорта следующие:
маневренность и мобильность, позволяющие быстро вводить в работу забой, эффективно вести раздельную выемку и усреднение;
отсутствие железнодорожных путей, снижающее трудоемкость транспортных работ;
малые радиусы разворота и большие преодолеваемые уклоны, способствующие уменьшению объемов работ по строительству карьеров;
более высокие текущие коэффициенты добычи, благодаря более узким, по сравнению с железнодорожным транспортом, рабочим площадкам;
более высокие темпы отработки месторовдений;
возможность применения более гибких и дешевых систем разработки.
К недостаткам автомобильного транспорта относится следующее:
зависимость его работы от климатических условий (снежные заносы 'и осенне-весенняя распутица);
более трудные условия обеспечения связи каждого самосвала с диспетчером, что затрудняет управление транспортом;
большая загазованность карьерной атмосферы.
Работа автосамосвала в забое складывается из операций погрузки и обмена, бремя погрузки зависит от грузоподъемности автосамосвала, модели экскаватора, его установки в забое, а также от характера разрабатываемых пород:
П
где Ес ~ емкость кузова самосвала, м3.
 Обычно время погрузки большегрузных самосвалов составляет 2,5-3,0 мин. Максимальное использование экскаваторов достигается при непрерывности погрузки, что определяется установкой самосвалов в забое и временем обмена автомашин, в зависимости от
- 66
Рис.25. Схемы подъезда двтосамоевалов к экскаваторам: а — при одном выезде с гори— зонта| б — при двух выездах о горизонта
60Z
числа автосамосвалов, одновременно находящихся под погрузкой, различают одиночную и групповую установки. Существует несколько схем подъезда автосамосвалов к экскаваторам (рис.25). Число автосамосвалов для обслуживания экскаваторов определяется следующим образом:
рассчитывается число самосвалов для обслуживания одного экскаватора
Ty-»2ieftc . t ’ 4пт LO
по формуле (6) находится время рейса;
по формуле (7) определяется 'время погрузки;
по формуле (8) рассчитывается масса породы, перегружаемая за один цикл;
находится время соответственно груженого и холостого хода
60L и t--------
х
время разгрузки и задержек принимается примерно равным 4 мин;
по формуле (9) определяется общее число самосвалов.
4.4.	Технология, перемещения карьерных грузов конвейерным транспортом
Конвейерный транспорт перемещает груз непрерывным потоком,, действует автоматически и обеспечивает высокую производитель-. ность погрузочного оборудования. К основным достоинствам кон
67
вейерного транспорта относится следующее:
повышение производительности при погрузке горной массы одноковшовыми экскаваторами на 40 $ по сравнению с железнодорожным и на 20 % по сравнению с автомобильным транспортом;
сокращение расстояния транспортировки в 4 раза по сравнению с автомобильным. и в 12 раз по сравнению с железнодорожным транспортом, что обеспечивает экономию на объемах по разноске бортов карьера; автоматизация процесса перемещения груза и резкое повышение производительности труда за счет непрерывного характера процесса транспортирования;
возможность применения ручной.сортировки на конвейерных лентах, что является весьма важным моментом при добыче ценного минерального сырья (слюда, асбест и т.д.).
Основные недостатки следующие:
трудности доставки скальных пород;
зависимость от климатических условий, вызывающих в случае транспортирования влажной горной массы налипание породы на конвейерную ленту (в зимний период - примерзание к ней) и повышение хрупкости ленты;
трудность применения при разработке сложных забоев.
Наиболее подходящим объектом для конвейерного транспорта в настоящее время являются горизонтальные или слабонаклонные месторождения, которые четко разделяются на уступы по породе и по полезному ископаемому.
В современной практике открытой разработки месторождений наметились довольно четкие области применения конвейерного транспорта. Он используется для транспортировки рыхлых горных пород (	« I.&j-I.e т/м3), разрабатываемых многоковшовьми экс-
каваторами (буроугольнне месторождения Днепровского бассейна, Никопольские марганцевые месторождения, железорудные месторождения КйА и Керченские); угля; скальных пород с их предварительным дроблением или классификацией по крупности непосредственно в забое.
11о назначению в процессе перемещения грузов конвейеры подразделяются на забойные, располагаемые непосредственно в забое и принимающие горную массу от экскаватора, эти конвейер
68
ры должны иметь конструкцию, позволяющую их легко наращивать и передвигать за экскаватором; сборочные, основным назначением которых является прием горной массы от нескольких забойных конвейеров, эти конвейеры передви-„гаются реже, чем забой-
,	ные. сборочные конвейе-
Рис.26, Схемы роботы конвейерного транспорта	•
ры не могут выдавать . требуемый сорт горной массы без остановки работы нескольких экскаваторов; передаточные; подъемные; магистральные; отвальные.
. При разработке рыхлых пород используют схемы с продольным (рис.26,а) и поперечным (.рис.26,6) расположением забойного конвейера относительно откоса уступа.
Схемы с продольным расположением забойного конвейера обычно применяются при работе многоковшовых экскаваторов, имеющих отвальный конвейер, который обеспечивает сравнительно свободное перемещение экскаватора относительно забойного конвейера. Такая относительная свобода экскаватора позволяет уменьшить чиело перемещений забойного конвейера. Забойный конвейер при этом.либо укладывается сразу на всю длину экскаваторного блока, либо наращивается по мере подвигания экскаватора.
Схемы с поперечным расположением забойного конвейера применяются при разработке рыхлых пород одноковшовыми экскаваторами. д качестве забойных конвейеров, используются самоходные перегружатели, передвигающиеся вслед за экскаватором. При этом сборочные конвейеры могут устанавливаться через один или два горизонта.	•	•
для разработки залежей сложного строения, требующих выдачи различных сортов полезного ископаемого в разных направлениях
G9
весьма интересной является идея применения реверсивных конвейеров, , "	....
Схемы внешнего конвейерного транспорта подразделяются на три класса: 5
с пойеречным перемещением пород в выработанное пространство карьера;
с продольным перемещением в это же пространство;
с перемещением за пределы карьерного поля. ;
высокая Эффективность конвейерного транспорта, непрерывный характер его работы й значительные углы подъема делают его использование в будущем наиболее вероятным не только для рыхлых, но и для скальных пород. В этом направлений ведутся интенсивные научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы. ' f'; Намечаются два направления отгрузки скальной горной массы на конвейерный транспорт (рис.2?): погрузка непосредственно на конвейерныйтранспорт и погрузка на конвейерный транспорт после предварительной обработки транспортируемого материала.
	. 4,5, Технология перемещения карьерных грузов
' ' ;  " . комбинированным транспортом
•’'i.’ •	’ 		;  •
Комбинированное перемещение горной массы от забся до гру-аоприемных пунктов включает в себя несколько звеньев. Основными
70 -
задачами применения комбинированных схем транспорта являются ускорение подготовки и ввода в эксплуатацию новых горизонтов» сокращение расстояния и снижение, стоимости доставки горной массы; обеспечение требуемого усреднения качества полезного ископаемого и необходимых буферныхзапасовполезного ископаемого.	' .	-л ‘" л*' /Л
ц настоящее время известно много схем сочетания отдельных видов карьерного транспорта, наиболее распространенными из которых являются сочетания автомобильного транспортас железнодорожным, автомобильного с конвейерным или скиповыми подъемниками; автомобильного или железнодорожною с гравитационным. Автомобильный транспорт, как наиболее маневренный, весьма широко используется в комбинациях в качестве внутризабойного звена. Из трех наиболее распространенных комбинаций различных видов транспорта наибольшее распространение нашла первая.
Применение автомобильного и железнодорожного транспорта позволяет увеличить скорость углубки карьера, сократить срок подготовки новых горизонтов к эксплуатации, создать необходимый запас полезного ископаемого на внутрикарьерном складе и решить некоторые задачи усреднения качества Полезного ископаемого.
Для увеличения скорости проходки траншей на 20-50 % на карьерах, где основным технологическим видом транспорта является железнодорожный, используют автомобильный транспорт. В указанной комбинации горная масса чаще всего доставляется на перегрузочные пункты автосамосвалами, где перегружается в железнодорожный транспорт.
Конструкция перегрузочных пунктов и технология перегрузки могут быть следующими: непосредственно из автосамосвалов в же- . лезнодорожные думпкары при помощи устройства специальных насыпей или эстакад; при помощи специальных бункеров; экскаваторная перегрузка (внутрикарьерные склады).	*
Наибольшее распространение на отечественных карьерах полу-Чили схемы комбинированного автомобильно-железнодорожного транспорта с экскаваторными перегрузочными пунктами, которые
71
позволят передать горную массу с одного вида транспорта на ^угой; добиться независимой работы двух звеньев транспорта;
обеспечить шихтовку полезного ископаемого.
' Недостатками автомобильно-железнодорожного транспорта являются повышение стоимости за счет перегрузочных работ; ограничение пропускной способности перегрузочных пунктов схемой развития путей и возможным числом экскаваторов на отгрузке горной массы со склада.
Если комбинацию автомобильного транспорта с железнодорожным используют в основном на неглубоких (до 250 м) карьерах, то скиповые и конвейерные установки в сочетании с автомобильным транспортом в качестве внутризабойного звена применяют на глубоких карьерах.
Основной особенностью применения комбинированного транспорта (автосамосвалы и скиповые или конвейерные подъемники) является наличие полустационарннх перегрузочных пунктов или дробильных установок, располагаемых на концентрационных горизонтах. Основным назначением таких горизонтов является сбор горной массы с соседних горизонтов и ее перегрузка на подъемник.
Применение автомобильного транспорта совместно с гравитационным предполагает чаще всего использование рудоспусков в условиях эксплуатации нагорных карьеров (карьер «Центральный", ПО- «Апатит").
4.6.	Общие принципы выбора вида карьерного транспорта
' С учетом различий в технико-экономических показателях работы карьерного транспорта можно наметить следующие общие пути сравнения и,выбора:
I.	Намечают виды карьерного транспорта,’которые наиболее приемлемы для условий данного месторождения (по рельефу поверхности, форме карьера в плане, объемам и расстоянию перевозок) .
72
2.	Определяют граница карьера для анализируемых видов транспорта к объемы горной массы в контурах карьера, .
3.	С помощью расчета выбирают ширину рабочей площадки . для кавдого вида транспорта.
4.	Определяют объемы горно-капитальных работ; эксплуатационный коэффициент добычи для каждого вида транспорта; потребное количество транспортных средств рассматриваемых видов транспорта и средств обслуживания кавдого вида транспорта.
5.	По графику ввода транспортных мощностей (средств транспорта и средств его обслуживания), соответствующему трафику развития производительности, определяют капитальные вложения в отдельные годы К/ , эксплуатационные расходы за каждый год и находят общие расчетные затраты:
где & - коэффициент экономической эффективности капитальных вложении.
6.	Полученные за каждый год (или за 3-5 лет) расчетные затраты для кавдого вида транспорта приводят к одному моменту оценки. Соответственно к началу и концу эксплуатации
Со Сх и
Z Сн~ q (14- &)" 4- с2(14- 6)”"|..	,
где Ct , С2 • •••» Сц - расчетные затраты в 1-й, 2-й, ...,77-й год.
Минимальные приведенные затраты к началу или концу эксплуатации и будут соответствовать наиболее экономичному ваду транспорта..
Следует отметить, что,как правило,при выборе карьерного транспорта проводится технико-экономическое сравнение не более двух его вадов, так как предварительно в процессе анатаза использование всех прочих вадов транспорта обычно отклоняется.
73
5.	СКЛАДИРОВАНИЕ ГОРНЫХ 'ПОРОД
5.1.	Общие сведения о складировании горных пород
• В процессе открытой разработки месторождений полезных ископаемых возникает необходимость в складировании горных пород карьерного поля, которые временно или вообще не могут, быть использованы в народном хозяйстве. При планомерной выемке основного полезного ископаемого складированию подлежат плодородный слой; некондиционное полезное ископаемое; попутные полезные ископаемые; горные породы, экономическая целесообразность использования которых в народном хозяйстве может стать перспективной в будущем; горные породы - отходы карьера, утилизация которых в будущем невозможна или экономически нецелесообразна.
Насыпи горных пород-отходов называются отвалами. Складирование (отвалообразование) является четвертым основным производственным процессом открытых горных работ. 3 настоящее время объем работ по отвалообразованию на современных карьерах значительно превышает объем добываемого полезного ископаемого. Расхода на отвалообразование на железорудных карьерах составляют до 15 % себестоимости полезного ископаемого.
Способ отвалообразования зависит от физико-механических свойств пород, принятой схемы механизации горных работ и вида транспорта (табл.7). Внешние отвалы применяются при разработке крутопадающих месторождений и любом виде транспорта. При выборе места их расположения обычно стремятся использовать естественные рельефные условия: склоны холмов, овраги и т.п. внешние отвалы располагаются за контуром карьера. Внутренние отвалы применяются при разработке горизонтальных и слабонаклонных месторождений, в основном при разработке мягких пород по бестранспортной или транспортно-отвальной схеме. Число ярусов отвалов с целью сокращения общей площади под отвалами стремятся сделать как можно большим, л'иогоярусные отвалы особенно эффективно можно использовать в гористых условиях.
74 -
Таблица. 7
Классификация отвалов (по Н.И»Мельникову)
Классификационный признак -	Типы отвалов	Характеристика
По местоположению	Внешние	(	За контуром карьера
	Внутренние	В контуре карьера
По числу рабочих яру-	Одноярусные	Отсылка одним уступом
СОВ	Двуяруснып	Отсыпка двумя уступами
По способу мехаиизв-	Плужные	Отвальными плугами
цин отвальных работ	Экскаваторные	При . помощи механических лопат п драглайнов
-	Бульдозерные	При автомобильном и железнодорожном транспорте
	Конвейерные	При конвейерном транспорте .
По числу обслужива-ё-	ОбШйе	Для всего карьера
мых вскрышных участков	Групповые Отдельные	Для нескольких участков • Для. отдельного Горизонта карьера
По рельефу местности	.• Равнинные, нагорные	Любой тип механизации-
п равнинной же местности строительство многоярусных отвалов ограничивается допустимыми уклонами транспортных коммуникаций.
Современная концепция комплексного использования всей горной массы карьерного поля диктует стремление к сокращению отвальных работ и увеличению работ по временному дифференцирован-ному складированию горных пород.	• *
5.2.	Экскаваторное отвалообразование
Основным видом складирования скальных пород при использовании железнодорожного транспорта является экскаваторное отва-
- • 75. -
приямка 200-250 м3, что примерно
лообразование, имеющее следующие преимущества перед старинным плужным: приемная емкость тупика увеличивается в 2-3 раза; объем путеукладочных работ сокращается в 10-20 раз; устойчивость отвальных путей повышается за счет балластировки и благодаря более длительному сроку их службы; скорость движения поездов возрастает.
Этот способ практически вытеснил плужное отвалообра-зование. Порядок формирования экскаваторных отвалов показан на рис.28. Составы с породой подаются в отвальный тупик, путь которого расположен выше уровня стояния экскаватора. Порода разгружается в приямок, из которого экскаватор укладывает ее в отвал, вместимость соответствует емкости железно
дорожного состава.
Основным способом экскаваторного отвалообразования скальных и полускальных пород является складирование их при помощи механических лопат. При размещении в отвал рыхлых, особенно обводненных пород конкурентами механических лопат являются шагающие драглайны. Хотя производительность механических лопат выше, стоимость отвалообразования при использовании драглайнов ниже. Зто достигается за счет резкого увеличения приемной способности отвалов к сокращения путевых работ.
Применение драглайнов позволяет резко (до пяти раз) увеличить шаг передвижения отвальных путей, благодаря чему неле
76
сообразно применять балластировку и усиливать конструкцию пути; .сократить объем работ, а зачастую и расстояние перевозок, в случае отсыпки выше уровня пути с использованием верхней погрузки; избежать сокращения длины отвала; устранить или свести до минимума оползневые явления и повысить безопасность труда.
Недостатками отвалообразования шагающими экскаваторами являются меньшая производительность на I м3 емкости ковша, чем при механических лопатах; ограниченная область применения по крепости пород ( f <&-8).
5.3.	Плужное и бульдозерное стъалообразование
Отвалообразование при помощи плутов является одним из наиболее давних способов механизации складирования вскрышных пород. Плужные отвалы обычно применяют в следующих условиях: при разработке месторовдений с небольшими объемами пород; при складировании скальных пород, физико-механические свойства которых позволяют отсыпать отвалы высотой 25 м и болеё;
в нагорных месторовдениях? где по условиям вскрытия и отработки горизонтов при использовании железнодорожного транспор-, та требуются отдельные погоризонтные отвалы;
при раздельном складировании небольшого по объему, но многостороннего полезного ископаемого.
Состав работ при пдужном отвалообразовании следующий: разгрузка думпкаров всего состава или кёвдого в отдельности; ' вспашка и планировка кромки отвала; передвижка путей. Основное оборудование: отвальные плуги и путепередаигатели цикличного действия.'- -		 •
Бульдозерное отвалообразование применяется при автомобильном транспорте горных пород. Основными достоинствами этого способа являются простота производства работ, возможность быстрого и несложного строительства.отвалов, мобильность применяемого оборудования, сравнительно небольшие строительные и эксплуатационные расходы. К недостаткам относится следующее: зависимость эффективности работ от характера вскрышных пород й кли
матических условий; повышенный износ автопокрышек при движении автосамосвалов на отвале; жесткие требования к обеспечению безопасности ведения работ.
Отвалы формируют площадным и периферийным способами. Площадное отвалообразование применяют при недостатке бульдозеров для 'сталкивания породы под откос отвала; при заваливании просевших участков отвала и поверхности отвального уступа первого яруса при переходе на второй ярус; при продолжительных довдях и распутице, когда дороги сильно разбиты и приходится отсыпать породы на поверхность отвала в отступающем порядке; при погашении отвалов; при наращивании высоты отвала и его формировании в начальный период; в других случаях, когда затруднен или становится опасным подъезд к бровке отвала.
При периферийном способе отвалообразования породу разгружают непосредственно вблизи бровки отвального откоса или под откос.
На практике в подавляющем большинстве случаев применяют периферийный способ отвалообразования, вследствие меньших затрат на планировочные работы, чем при площадном отвалообразо-вании.
5,4.	Обеспечение устойчивости отвалов
Большое значение при формировании отвалов уделяется мероприятиям по обеспечению их устойчивости. При вывозке различных типов пород в отвалы необходимо вести раздельную многоярусную отсыпку. В нижний ярус в любое время, -года отсыпают скальные порода. В верхний.ярус в летний период отсыпают скальные и глинистые, порода, в зимний период и при большом количестве осадков - только скйльные породы. Режим работы карьера должен быть таким* чтобы основной объем глинистых пород вскрывали в летний период. Высота- нижнего яруса должна обеспечивать выдавливание илов -из основного отвала. Если площадь, отводимая под отвалы, недостаточна, то можно отсыпать породы и на отвалах глинистых пород, однакс только после того как основные деформации уже
78 -
закончены. При отсыпке пород на заболоченное, основание необходимо по возможности удалять верхний неустойчивый слой. Для . предотвращения деформаций отвала следует его своевременно 'осушать. Для зтой цели на предполагаемой под отвал поверхности нужно провести серию канав, заваливая их хорошо дренируемым материалом, например скальной взорванной массой.
Одним из основных условий предотвращения оползней является организация наблюдений за отвалами, что входит в обязанное- . ти маркшейдерской службы карьера. Перпендикулярно фронту отвалов намечают ряд линий, по которым закладывают реперы. За подвижкой реперов должно вестись постоянное наблюдение.
6.	ВСКРЫТИЕ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ
6.1.	Общие сведения о вскрытии карьерных полей
Под вскрытием карьерных полей понимают комплекс мероприятий по проведению горных выработок, обеспечивающих транспортную связь горизонтов карьера между собой и с поверхностью и служащих для создания первоначального фронта работ.
При открытой разработке месторождений вскрытие наиболее часто осуществляется проведением наклонных въездных траншей, по дну которых сооружаются дороги. Въездные траншеи на какой-либо горизонт создают возможность для проведения разрезных траншей, обеспечивающих создание первоначального фронта работ для выемки полезного ископаемого и горных пород - отходов карьера.
Проблема.вскрытия - важнейшая проблема открытых горных работ. Запроектированное и осуществляемое на практике вскрытие месторождения надолго, а иногда и навсегда предопределяет порядок отработки карьера и эффективность его работы.
При рассмотрении проблемы вскрытия месторождения выбирается тип и взаимное расположение вскрывающих выработок, а также направление и развитие горных работ в пространстве или направление углубки карьера.
79
При выборе способа вскрытия должны учитываться следующие главные факторы: конечные контуры карьера, система разработки, принятый вид транспорта, срок строительства карьера, условия И форма залегания рудного тела, рельеф местности, расположение-на поверхности сооружений и отвалов, климат района месторождения.	'	,
6.2.	Типы траншей, их элементы и параметры
Основной вскрывающей выработкой является траншея. Проходка траншей - один из важнейших процессов открытой разработки месторождений. При разработке горизонтальных и слабонаклонных месторождений проходка траншей осуществляется в период строительства, а при разработке крутопадающих месторождений - сопутствует Эксплуатации карьера. Скорость проходки траншей оказывает решающее влияний на сроки подготовки горизонтов, интен- . сивность ведения открытых горных работ И, в конечном счете, на производительность карьера. В строительный период скорость .проходки траншей влияет на сроки ввода карьера в эксплуатацию. По виду поперечного сечения различают трапециевидные (двубортные) или треугольные (однобортные) траншеи; по виду продольного профиля - горизонтальные и наклонные (вид профиля характеризуется уклоном t ); по назначению различают въездные и разрезные траншеи;' по расположению относительно контура ‘ карьера - внешние и внутренние (рис.29).
Основными элементами траншеи являются дно.и борта, основными параметрами - глубина, ширина дна, углы откосов бортов, продольный уклон. Глубина траншей на современных карьерах зависит от высоты уступа, она составляет 10-20 м. Ширина траншеи ио дну при проектировании и проведении должна приниматься минимальной, исходя из необходимости размещения в ней горнотранспортного оборудования и развала взорванной горной массы или в зависимости от способов ее проходки. Углы откосов бортов зависят от физико-механических свойств пород и колеблются в пределах 35-45° для рыхлых и 65-80° для скальных пород.
- 80 -
Рис,29» Типы траншей
1 •* двубортные; 2 ** однобортные; 3 •- горизонтальные; 4 *• наклонные;
5 въездные; 6 — разрезные; 7 •* внешние; 8 — внутреинае
Продольный уклон траншеи зависит от вида применяемого транспорта и составляет до 4СЙ»для железнодорожного транспорта, до ббХдля мотор-вагонной тяги, до ЮоХдля автотранспорта и до 2С‘ для конвейернох-о транспорта-
Основные параметры транш?.* определяют их объемы, расчет . которых необходим для расчета времени подготовки горизонтов и объема торно-капиталышх работ.
Ъспользую несколько способов прсфедениЕ транжуЪ Основным классифицирующим признаком при 'этом является наличке транс-Еортсого звена при ш
6.3.	Бестранспортный способы проходки траншей
Этот способ наиболее часто грименяетсл' род внешних въезда®? или разрезик:: траншей да иС'Ге<эдоиу кмнту-у карьере хотя известит случек проходде траншей зш спрсгбан-и внутри, карьере
Б КН««й&й ОСНОВНОГО П.кеМОЧ’?0-ПОГГ^^ЧЖ04..г-используаи: драглайны,, значительно реже -	лаг-чш.
Наиболее распространенные бестранспортные способ- прохол»’» траншей (рис.30) обеспечивают высокую сяюорсетр	
фатах, их мождо использовать также в обводненных яябею
- ’ 32
Рис.30. Бестранспортные способы проведения траннеп: а - драглайном тупиковым забоем с размещением породы на обоих бортах; бив» драглайном соответственно тупиковым и боковым забоем с размещением Породы на одном
борту; г - механической лопатой на косогоре
К недостаткам бестранспортных способов проведения траншей можно отнести ограниченную область их применения (мягкие порода), необходимость переэекавации порода.
6.4«	Транспортные способы проходки траншей
Из всех трансхюрттх способов наибольшее распространение на современных карьерах получила проходка траншей торцевым забоем ораву да в® глубину. Цри этом возможны две схемы? с нижней и с верхней погрузкой. При работе с нижней пбгрузк&Р в железнодорожный транспорт на да® траншеи у забоя располагав один-два погрузочных тупиковых пути (рмс.31,а). По мере подва» гания забоя путь нарадаают короткими звеньями. Поскольку рабочие параметры механических лопат не позволяют ставить в тупик под погрузку, более одного думпкара„ состав в траншее расформировывают для повагонной подачи к забою. Лля производства
Рис.81. Проведение траншей торцевым забоем на всю глубину при железнодорожном транспорте
маневровых операций при обмене вагоне® i укладывают выставочный : тупик. Простои экска- . ватора при обмене ' ’• гонов и наращивании .  пути занимают большую : часть рабочего времени, в связи с чем производительность снижается на 30-40 % по сравнению с расчетной. Основным достоинством этой схемы является возможность проходки траншем обычным, работающим на карьере, горно-транспортным оборудованием.
Работа экскаватора с верхней погрузкой (рис.31,6) позволяет исключить расформирование поездов и соответствующие маневровые операции.благодаря чему скорость проведения траншей увеличивается на 30-40 %, Однако недостатком этой схемы является необходимость применения специальных дорогостоящих экскаваторов с удлиненным оборудованием, а также плохой обзор машинистом экскаватора пункта разгрузки ковша.
Для использования преимуществ проходки торцевым забоем на все сечение (применение экскаваторов с нормальным оборудованием) , а также проходки с верхней погрузкой в железнодорожный транспорт (отсутствие маневров и увеличение фронта разгрузки) применяют послойную проходку (рис.32).
Число слоев, на которое можно разделить всю высоту уступа (глубину траншей),
’ •
*" 83
Рисв32. Послойная проходка транше#
где -Кртал~ максимальная высота разгрузки экскаватора, м; /?дк - высота думпкара, м; с< - зазор между думпкаром и ковшом экскаватора, м.
При данной схеме, проходки можно использовать как один, так и несколько экскаваторов.
Недостатки проходки траншей, присущие железнодорожному транспорту, можно устранить, используя автомобильный транспорт. При этом сравнительно небольшие габариты последнего я хорошая маневренность дают возможность достичь практически такого же коэффициента, что и при работе во фронтальном забое, а отсутствие необходимости в увеличенных параметрах погрузочного оборудования позволяет применять обыч-ные экскаваторы без уменьшения емкости ковша. Ври достаточном количестве транспорта в случае необходимости форсировать проходку траншеи применяют спаренную установку самосвалов под погрузкуС
6,5.	Классификация способов вскрытия карьерных полей
возможные варианты вскрыть» отдельных частей крутопадающей залежи схематично показана на рис.33.
транспортные подходы к части месторождения, расположенной выше основной отметки промышленной площадки (точка 0), могут бить осуществлены либо полутр&ншадми по рельефу местности (по
о <0, либо uw ыасыхш <;ю льмИ* и—L), лисе штоль* мСи е рудоспусками (НО ЛИВИИ и —Z—3) .	вскрытия горизон—
Таблица 8
Классификация способов вскрытия карьерных полей . .(по А.И.Арсентьеву)
Вид вскрытия	Способ вскрытия	Дополнительные признаки
Открытыми горными выработками	Отдельными траншеями (полу-траншеями); системой поступательных (спиральных) траншей (полутраншей); системой тупиковых (петлевых) траншей (полутраншей); котлованами; комбинацией открытых горных выработок	• Внутренними, внешними, постоянными,, временными
Подземными горными выработками	Штодьиями (туннелями) с рудоспусками; горизонтальными штольнями (туннелями); наклонными туннелями; вертикальными шахтными стволами; наклонными шахтными стволами; комбинацией подземных горных выработок	То же
Земляными соору-, жениями	Плотинами; перемычками; насыпями; каналами; комбинацией земляных сооружений	
Грузоподъемными устройствами	Кабель-кранами; баненными экскаваторами	-
Ком бинярованное	Комбинацией открытых, подземных горных. выработок, земляных ; сооружений и грузоподъемных устройств	
необходимо либо проходить систему наклошшх траншей внутри карьерного поля (по линии 0г-8-5-4), либо шахту (по линии 0-6) с квершлагами (по линиям 7-8, 9-5, 10-4), либо наг-клонную шахту (по линии о"-5).
Применяемые способы вскрытия обычно классифицируют по следующим признакам вскрывающих выработок: по наличию и типу (табл.8); по их числу; по месту расположения; по назначению; по взаимному расположению в пространстве.
85
3
Рис.33. Схема вскрытия карьерного поля
7.	СИСТЕМЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОаДШИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
7.1.	Общие сведения о системах открытой разработки и их классификация
Система разработки - это порядок формирования рабочей зоны карьера в пространстве и времени, характеризующийся соразмерным развитием горных работ на уступах, конструкцией забоев и направлением их продвижения.	„
По общему характеру развития горных работ все системы разработки делят на две группы£_ .............. ....._
” при разработке горизонтальных и’пблогбпадающих залежей рабочая зона развивается в горизонтальном направлении и работы ведутся без углубки карьера;
“при разработке крутопадающих залежей работы развиваются"" как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, т.е. осуществляется углубка карьера, это наиболее распространенная группа систем разработки.
Характер развития работ положен в основу различных классификаций систем разработки.
86
г*5'*-'' ’	' ’ f.	& ’i;
- 1 ' • ‘ r . >v . ,	'' ’ ‘
Классификация систем разработки месторождений открыто»! способом (ио А.И.Арсентьеву)
Направление заходкн (хода)	Направление перемещения фронта работ	• « Отвалы • •Д • '	<	к,	< Уступы	Состояние ,г забоя
	с	углубкой карьере	;• ' ' , -	
Продольные;	Одностороннее:	Внешййе;	Горизонталь-'	Сухой, аатоп-
поперечные; диагональные;	параллельное веерное; дву-	внутренние	ные; наклонные; комби-	ленный,
круговые,радиальные; комбинированные	стороннее: параллельное веерное; многостороннее Бе	з углубки карьер	ннрованные а	—V—
Продольные; поперечные; диагональные; круговые; радиальные; комбинированные	Одностороннее: параллельное веерное; двустороннее: параллельное веерное; многостороннее: по восстанию, по падению	Внешние; внутренние; с однократной перевалкой пород; с продольным перемещением • пород	Горизонтальные; наклонные; комбинированные. г-	То же
si названии систем, классификация которых приведена в табл.9, подчеркиваются их основные признаки, например, без-углубочная система разработки продольными заходками с односторонним параллельным развитием работ и однократной- перевалкой пород во внутренние отвалы.
7.2.	Основные элементы, параметры и показатели систем разработки
Основными элементами системы разработки являются рабочие уступы, заходки (ходы), рабочие площадки, разрезные траншеи,
*7
подготовительные котлованы, внутренние отвалы.
’ Основными параметрами системы разработки являются высота рабочих уступов; угол откоса рабочих уступов; ширина заходок; ширина рабочих площадок; угол откоса рабочего.борта; длина •фронта работ на одну погрузочную машину (длина экскаваторного блока); длина рудного, породного и общего фронта работ, число рабочих уступов. Основными показателями системы разработки являются скорость подвигания забоев и рабочих уступов; скорость углубки карьера; скорост» понижения добычных работ; производительность с единицы рудного, породного и общего фронтов работ; потери полезного ископаемого; качественное разубоживание; засорение полезного ископаемого. Отдельные элементы и показатели системы разработки (уступы, разрезные траншеи, скорость угдубки) являются одновременно элементами и показателями вскрытия карьерного поля.
7.3.	Углубочные системы разработки
Характерной особенностью систем разработки с углубкой карьера является наличие двух основных направлений развития рабочей зоны: перемещение рабочих уступов по горизонтали -отработка рабочих уступов; перемещение дна карьера по вертикали - углубка карьера.
Скорость перемещения рабочего уступа в горизонтальном направлении
1 т •>
где ДБЛ - длина экскаваторного блока, м.
Годовое понижение горных работ [Д
7, „________2k------
г ctc| t ctg о ’
где S - угол направления углубки карьера, град.; зная «плюс" принимается при совпадении направления скорости -гЛу- и горизонтальной проекции истинной скорости углубки под углом <5 ; знак
88
«минус" принимается при противоположных направлениях.
Скорость понижения добычных работ
7? ------.
° ctg у ± ctgo<3
В данной формуле
Рис.34. Система разработки с углубкой карьера ЗНАК «ПЛЮС" бврвТСЯ при работе от лежачего к висячему боку; знак «минус" - при противоположном движп-нии рабочих уступов.
При отработке крутопадающего месторождения открытым спосо- . бом по мере углубки карьера рабочий борт перемещается вниз и вправо, охватывая все новые и новые уступы (рис.34). На каждом рабочем уотупе фронт работ движется вправо и последовательно проходит через точки 1/2, 3 и так далее, в которых обеспечи
вается возможность вскрытия и подготовки нижележащих уступов.
Каждый уступ отрабатывается заходками, скорость передвижения которых
12 g-^.y Lcp 7)
Скорость продвижения уступа
'<Уу
где JV<j.y - число экскаваторов на уступе; L q - длина фронта
работ на уступе, м.	.
В процессе движения каждого уступа ширина рабочих площадок изменяется, но она не должна быть меньше значения, которое рассчитывается, исходя из размещения взорванной горной массы после взрыва,железнодорожных путей, автодорог, бурового и добыч
- 69
ного оборудования и линий электропередач. Обычно ширина рабочих площадок колеблется в пределах от 40 до 60 м. С изменением ширины рабочих площадок изменяется угол откоса рабочего борта карьера, значение которого может колебаться в пределах от 10 до 20°.
На интенсивность отработки уступа существенно влияет длина экскаваторных блоков, минимальное значение которой составляет 100-150 м при использовании автомобильного и 300-350 м при использовании железнодорожного транспорта.
В процессе развития горных работ по мере углубки карьера количество рабочих уступов изменяется: сначала оно увеличивается, а затем начинает уменьшаться. Изменяется также и длина фронта работ, существенно влияющая на производственную мощность карьера.
Существуют углубочные системы разработки продольными и поперечными заходками. Наибольшее распространение имеет первая система, когда экскаваторы работают продольными заходками, идущими примерно параллельно простиранию рудного тела и параллельно длинной стороне карьера. Системы разработки продольными заходками наиболее удачно сочетаются с железнодорожным, а поперечными - с автомобильным транспортом.
7.4. Ьезуглубочные системы разработки
Характерной особенностью систем разработки без углубки карьера является только одно основное направление развития рабочей зона - перемещение рабочих уступов по горизонтали. Естественно, что таким образом могут отрабатываться только горизонтальные или слабонаклонные залежи полезного ископаемого. При безуглубочных системах разработки выработанное пространство, образующееся в результате горных работ, обычно используется для размещения отвалов горных пород-отходов. 3 атом случае в число параметров системы разработки включаются и параметры отвалов, так как они довольно жестко взаимосвязаны.
- 90
Если порода доставляется в отвалы вдоль уступов и отвальные работы жестко не связаны с добычными, то необходимо проверить только вместимость выработанного пространства. Если же породы перемещаются в отвал поперек фронта работ, то параметры отвала жестко связаны с добычными и вскрышными работами и с параметрами горно-транспортного оборудования. Основной задачей расчета подобных систем разработки является обеспечение возможности размещения в выработанном пространстве пород, вынутых из массива в пределах экскаваторной заходки:
где 5Э и Д“о - площадь соответственно экскаваторной и отвальной заходки, м^.
о этих системах разработки рабочие параметры выемочного и транспортного оборудования находятся в прямой геометрической связи о параметрами системы разработки и условиями залегания ’ месторождения.
На основании расчетов можно установить необходимые рабочие размэры горного оборудования, позволяющие складировать вынутые породы во внутренний отвал при их поперечном перемещении (рис.35):
L Но ct(j СХ0 +	+ W ct(j d. до Б + 77 Ъ +	5
Zg ct(jc<o+	-mctgdДОБ+	+	+
tj _ i	ту .
0 Куаэр nv + 4ctg<x0 ’
> A,,
rl r"
где L 9 и L 9 - необходимая длина доставки пород выемочнотранспортным оборудованием при расположении экскаваторов на кровле соответственно полезного ископаемого и покрывающих пород, м; 27, - высота отвала, м; схЛ и - углы откоса со-V	V
91
Рис*35. Принципиальные схемы безуглубочных систем разработки продольными находками с поперечным перемещением пород в отвалы и размещением экскаваторов на кровле: а — полезного ископаемого; б покрывающих пород
ответственно отвальных, и добычного уступов, град.; - ширина площадки на дне карьера, м; J'q - радиус черпания экскаватора, м; Hv - мощность покрывающих пород, м; с - расстояние от оси экскаватора до верхней бровки устойчивого породного уступа, м; 27э - необходимая высота разгрузки оборудования (от почвы пласта), м.
По мере увеличения мощности полезного ископаемого и покрывающих пород потребные размеры оборудования пропорционально увеличиваются. Если при небольшой мощности пластов (рис..36,а)
-* В2
Рис.36, Безуглубочяые системы разработки
.для перемещения можно применить одноковшовые экскаваторы (вскрышные механические лопаты и драглайны), которые непосредственно складируют породы во внутренние отвалы, то с увеличением мощности пород рабочие размеры экскаваторов становятся недостаточными и необходимо применять переэкскавацию пород (рис,36,б). С увеличением мощности становится неэффективной и . переэкскавация и необходимо переходить на работу многоковшовыми экскаваторами о консольными отвалообразователями (рио.Зб.в). При еще большей мощности полезного ископаемого и покрывающих пород приходится применять транспортно-отвальные мосты для обеспечения возможности поперечного перемещения пород в отвалы (рис.36,г).
Таким образом, область применения систем разработки с поперечным перемещением пород во внутренние отвалы зависит от мощности пластов полезного ископаемого и покрывающих пород.
8.	ОСНОВЫ НРОЕКГИРОБАНИй КАРЬЕРОВ .
8.1.	Организация проектирования карьеров. Состав • проекта
Строительство новых и реконструкция действующих карьеров осуществляются на основе проектов.
93
Цель проекта - выявить оптимальные и взаимосвязанные организационно-технические решения по строительству и эксплуатации карьера, реализация которых при разработке месторождения обеспечит наибольший экономический эффект с наименьшими затратами.
Проектирование карьеров в СССР осуществляется проектными институтами, каждый из. которых, как правило, обслуживает определенную отрасль промышленности или группы карьеров в данной отрасли. Общее руководство возлагается на главного инженера проекта, назначаемого для каждого проектируемого карьера.
Проектирование выполняется в три этапа. Предпроектный период включает получение задания на проектирование, изучение исходных материалов, в том числе геолого-разведочных и технико-экономических, проведение изыскательских и научно-исследовательских работ. Проектный этап содержит собственно проектные работы, оформление чертежей, пояснительных записок. Третий период включает в себя утверждение проекта и сметы, сдачу их заказчику.
Решение о проектировании и строительстве карьера должно, приниматься, исходя из схемы развития и размещения предприятий сырьевой базы, а для крупных карьеров и на основе технико-экономических обоснований (ТЭО), подтверждающих экономическую целесообразность и хозяйственную необходимость проектирования и строительства карьера.
. В ТЭО уточняются и дополняются схемы развития и размещения данной отрасли промышленности: размещение намечаемого к проектированию и строительству карьера, еще мощность, номенклатура добываемого полезного ископаемого, обеспечение строительными материалами, электроэнергией, водой, основные технологические и строительные решения и важнейшие технико-экономические показатели.
При наличии ТЭО проектирование карьера рекомендуется осуществлять, как правило, в одну стадию (технорабочий проект). Проектирование в две стадии (технический проект л рабочие чер-тежи) рекомендуется для крупных и сложных карьеров. Решение'
94
о стадийности проектирования карьеров принимается инстанцией, утверждающей ТЭО.
Проектирование горно-добывающего предприятия начинается с обработки геологических материалов для сопоставления геологической части проекта и разработки на ее основе горной части. 3 горной части проекта в первую очередь рассматриваются наиболее принципиальные вопросы: выбор участка для разработки, построение конечных границ карьера, установление его производительности; выбор способа вскрытия месторождения и вида технологического транспорта.
Для построения конечных границ карьера подготавливаются резрезы по местороадению с указанием запасов полезного ископаемого, с характеристикой качества, физико-механических-свойств полезного ископаемого и пород и т.д. После построения конечных границ карьера план карьера на конец отработки со схемой вскрытия передается геологам для подсчета запасов полезных ископаемых и горной массы в границах карьера. Кроме плана карьера на конец отработки намечается план его первой очереди (на 15-20 лет работы), в котором также подсчитываются запасы полезных ископаемых и горной массы.
На основе данных геологической части проекта о запасах полезных ископаемых и горной массы в границах карьера составляется календарный план горных работ.
При дальнейшем составлении горной части проекта строится график развития производительности карьера, рассчитывается количество бурового и погрузочного оборудования, определяется количество полезных ископаемых и горной массы, выдаваемых из карьера, рассчитываются другие исходные данные, необходимые для проектирования технологического транспорта, а затем остальных частей проекта.
для проектирования мероприятий по пылеподавлению и орошению забоев определяются число потребителей вода, суточный, часовой и секундный расход и необходимый напор воды у потребителя.
При проектировании технологического транспорта учитывают режим работы карьера; физические свойства полезных ископаемых
95
и других пород; годовую, сменную и часовую чистую работу экскаваторов; объем пород, складируемых в отвал; производительность карьера в расчетном году с распределением объемов горных работ по горизонтам и экскаваторам. К этим данным прилагается план карьера на конец отработки со схемой вскрытия и границей взрывоопасной зоны и план карьера на расчетный год. Эти же исходные данные, дополненные сведениями об оборудовании, режиме его работы, штатах, расходе материалов, капитальных затратах и так далее, служат основой для разработки других частей проекта, заключительной из которых является экономическая часть.
Проектом должны быть предусмотрены работы по рекультивации горных выработок и отвалов после окончания отработки месторождения и параллельно с его отработкой.
8.2.	Границы карьеров
Одним из основных критериев рациональности открытой разработки является граничный коэффициент вскрыши - максимально допустимый коэффициент, при котором разработка полезного ископаемого открытым способом является экономически целесообразной. Этот коэффициент, используемый для установления границ перехода от открытых горных работ к подземным, определяется из выражения
г ~	£_ ,	(Ю)
А	Су-
где ^П0д3 - себестоимость полезного ископаемого, добытого подземным способом, руб./м3.
При расчете граничного (экономически допустимого) коэффициента вскрыши все исходные стоимостные показатели принимаются по проектным данным аналогичных карьеров и рудников с наиболее прогрессивными технологическими решениями.
Границы открытых горных работ на горизонтальных и слабонаклонных месторождениях определяются по геологическому коэффициенту вскрыши (отношение мощности покрывающих пород к мощности полезного ископаемого).
- 96 -
. При проектировании карьеров, разрабатывающих крутопадающие месторождения, в общем случае подразумевается доработка запасов полезного ископаемого, не вошедших в границы карьера, подземным способом. В связи с этим границы карьера на крутопадающем месторождении обычно определяются как границы пере- . хода от открытых работ к подземным. Исходя из требования минимальных суммарных приведенных затрат на разработку месторождения последовательно по глубине открытым и подземным способом, границы карьера в современных проектах чаще всего устанавливаются по контурному коэффициенту вскриши, численно равному экономически допустимому, который определяется из выражения (10) сравнением стоимостных и технологических показателей открытого и подземного способов разработки.
При заведомой неприемлемости подземного спосооа разработки контурный коэффициент вскрыши приравнивается по величине к экономически допустимому, значение которого определяется из выражения (16), что соответствует исключению из границ карьера нерентабельных по добыче и переработке запасов.
Для оконтуривания карьеров, разрабатывающих вытянутые крутопадающие рудные залежи, используются поперечные геологические разрезы (рис.37). Здесь отрезки прямых АВ и ВС - линии бортов карьера
Рис.37, Расчетная схема определения границ карьера на поперечном разрезе
со стороны висячего и лежачего боков залежи, проведенные под углами устойчивости (конструктивными -углами) соответственно й рл. При этом отрезок &С параллелен отрезку АВ. Нетрудно убедиться в том, что
\^-АВ/ВЕ~ВС/СЕ.
97
• Таким образом, оконтуривание на поперечном разрезе сводится к установлению такого местоположения точек пересечения откосов бортов с рудной залежью, при котором контурный коэффициент равен граничному.
Для рудных тел с выдержанными по глубине мощностями на поперечных разрезах при спокойном рельефе глубина карьера
при.
ЬГ - %ХОНТ W ° W '
Для мощных рудных тел глубина карьера за счет углубления по рудной зоне без разноса бортов карьера, проходящих по вмещающим породам, может быть доведена до величины
m-bv K-ff0 +• -----------,
CW *
где минимальная ширина дна карьера, 30 м.
Когда разрезы даны под острым углом к простиранию, необходимо к устойчивому (предельному) углу наклона борта карьера вводить понижающий коэффициент. Для указанных разрезов угол наклона борта карьера рассчитывается по формуле
Якос “ MS t<| руст »
где Ркос- Угол наклона борта на «косом" разрезе; о> - плоский угол между нормальным и «косым" разрезами; руст - максимальный устойчивый угол наклона борта карьера.
Для месторождений, имеющих угол падения залежей меньше угла устойчивости борта карьера, предельная глубина открытых работ определяется по соотношению вмещающих пород и руды только со стороны висячего бока.
В процессе оконтуривания могут встретиться случаи, когда рудное тело имеет по глубине пережимы или прерывность, при этом
98
П III IV V VI VIIVIIIIX
Рис* 38. Построение плана карьера на конец отработки
заданному контурному коэффициенту вскрыши соответствует не единственное положение контуров карьера. Необходимым и достаточным условием принятия нижнего контура является непревы-шение коэффициента ! вскрыши в межконтур-' ной прирезке над заданным контурным.
План карьера на , конец отработки строится следующим образом (рис.38). На продольную проекцию выносятся отметки дна по каждому поперечному разрезу, затем участки дна карьера нивелируются. Минимальная протяженность пониженных участков дна определяется длиной съезда на высоту одного уступа и длиной участка примыкания. При высоте уступа 10-20 м и применении в карьере автомобильного транспорта минимальная длина дна составит 150-200 м. Уточненное дно карьера наносится на план, затем под заданными углами отстраиваются борта карьера на конец отработки, параллельно с этим корректируются контуры карьера на поперечных геологических разрезах.
Если рациональность разработки верхней части как крутопадающего, так и горизонтального месторождения открытым способом не очевидна (значительная мощность покрывающих пород, большой средний коэффициент вскрыши, значительный объем горно-капиталь
99
ных работ и большой срок строительства), прорабатывается два варианта: подземный способ разработки всех запасов и комбинация открытой разработки верхней пасти и подземной разработки остальной части местороадения. На основании технико-экономического сравнения этих вариантов выбирается способ разработки верхней части местороадения. Одним из основных условий, при которых необходимо такое сравнение, является приближение себестоимости сырой руды в расчетном периоде эксплуатации карьера к ее максимально допустимому значению, что равносильно приближению значения среднего коэффициента вскрыши к величине &эКсп/л (здесь л - коэффициент неравномерности вскрышных работ, численно равный отношению максимального расчетного коэффициента вскрыши к среднеэксплуатационному). Ориентировочно для горизонтальных и пологопадающих месторождений л = 1,№1,5} для крутопадающих вытянутых д. = 1,25т1,35; для глубоких карьеров округлой формы л = 1,45т1,6.
При проектировании необходимо учитывать возможность дальнейшего расширения границ карьера по мере доразведки месторождения, для чего рекомендуется отстраивать перспективный контур карьера по поверхности с учетом промышленного использования забалансовых запасов полезного ископаемого и запасов категории С» . При решении вопросов размещения постоянных зданий, сооружений, коммуникаций и отвалов следует руководствоваться перспективным контуром карьера по поверхности.
При обеспечении карьера запасами полезного ископаемого на продолжительный срок эксплуатации в отдельных случаях может быть рациональным выделение промежуточных койтуров карьера с запасами, обеспечивающими работу в течение первых 15-20 лет с более благоприятными условиями разработки: меньшим коэффициентом вскрыши, меньшей дальностью откатки, лучшим качеством полезного ископаемого и т.д. Порядок установления промежуточных контуров карьера определяется поставленной целью - улучшением в первый период работы карьера того или иного показателя разработки.
- 100 -
8.3.	Производительность карьера по полезным ископаемым и по горной массе
Производственная мощность карьера (возможная» установленная планом или проектом) определяется количеством горной массы» добываемой в карьере в единицу времени. Производственную мощность карьера измеряют в тоннах или кубометрах и обычно исчисляют в смену, сутки, месяц и год.
Различают производительность карьера по полезным ископаемым, вскрыше и.горной массе, взаимосвязь между этими показате-' лями следующая:
^г “	%экон’
Л +	“4 +^г ^эксп”^гС+^эксп)*
На производственную мощность карьера влияет множество технических и экономических факторов. Главными из них являются потребность народного хозяйства в полезном ископаемом, отпускная цена на товарную продукцию, себестоимость полезного ископаемого с учетом погашения затрат на выемку горных пород - отходов карьера, а также геологические условия месторождения, объем запасов, способ вскрытия, система разработки и др.
Ограничивают производственную мощность карьера горно-технические и экономические факторы: провозная способность транспортных коммуникаций, интенсивность развития горных работ, число добычных экскаваторов; удельные и абсолютные капитальные затраты на строительство карьера, себестоимость и отпускная цена товарной продукции, земельная рента за площади, занимаемые предприятием, горная-рента и др.
При разработка крутопадающих залежей возможная производительность карьера по основному полезному ископаемому определяется возможной скоростью углубки по следующей формуле:
где hv понижение горных работ, м/год; - запаек полезного ископаемого в недрах, м3/м; *Г - потери полезного ископаемого, доли единицы; у - засорение полезного ископаемого другими породами, доли единицы.
По формула (II) определяется возможная производительность карьера, разрабатывающего залежь небольших размеров в плане при простых условиях залегания. Однако среди железорудных чаще встречаются месторождения, представленные одной иле несколькими крутопадающими залежами о невыдержанными элементами залегания и неправильной конфигурацией по глубине и в плане. .> этом случае рудные площади вовлекаются в эксплуатацию постепенно, неравномерно, что вызывает необходимость установления возможной производительности по руде в разные периоды разработки месторождения. С .этой целью отстраиваются положения горных работ через 50-IU0 м по глубине и подсчитываются запасы руды по интервалам (с учетом размеров, эксплуатационных потерь и засорения) . Продолжительность каждого периода работы определяется по максимальном скорости углубки. возможная производительность карьера по руде (усредненная но годам в каждом периоде) устанавливается путем деления запасов руды в интервале моаду двум: смежными положениями горных работ на продолжительность их отработки.
Понижение горных работ составляет в среднем при использовании железнодорожного транспорта 6-8 м/год, при использовании автомобильного и конвейерного - 10-15 м/год. В период строительства карьера при использовании автомобильного транспорта понижение достигает 45-55 м/год. Годовое ношажние зависит от способа и механизации подготовки новых горизонтов, модели экс-в.чзаторов, используемых при этом, высоты уступов к т.д. Наибольшая скорость понижения горных работ достигается при использовании автомобильного транспорта, при системах разработки с поперечными заходками.
При"разработке горизонтальных или полсгоЕвдаущцх залежей возможная по горно-тсхническн.; условиям прог.сводихельыост:. карьера ио руде усгенавлдвьетек го кситсльке; сх.ог к. л. !:•«?-
гх:яя габочс-го оэп, i, определяемой сьэрость» подвигекия усгу-па да сграничиваичом горизонте. Значение возможной производительности до полезному ископаемому
?	w L ф )’ у™ .	(12)
Если мощность полезного ископаемого и длина фронта работ значительно изменяются по мере продвижения горных работ в принятом направлении, то возможная производительность карьера определяется по периодам отработки месторождения.
Производительность карьера по полезному ископаемому может быть определена также из условия возможного размещения экскаваторов на добычном фронте. При этом число добычных уступов определяется, исхода из схемы развития горных работ. При продольном расположении фронта работ и выдержанном залегания пласта число добычных уступов п - rnf Ь.
Число экскаваторов на одном уступе
где Ly - средняя длина уступа, м; ^л- длина .блока, равная при использовании железнодорожного транспорта 500-700 м. -при использовании автомобильного - 250-400 м.
Исхода из условий обмена поездов при использовании желез-нодорожного транспорта на одном уступе обычно располагают не более двух экскаваторов.
Производительность карьера по полезному ископаемому
аз)
где С( - производительность .добычного экскаватора, ма/год<
Производительность карьера по полезному ископаемому должна быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить минимальный срок, существования карьера: о
Jj. , млн.т	5	5-1С	10-5» ’	ас
Тк, голы	. 20	20-25	30-"5	40
103
При этом производительность карьера до полезному ископаемому
? -РК-
В качестве возможной производительности обычно принимают минимальное из трех значений производительности карьера по полезному ископаемому, определенных по формулам (Ю)-(13).
В проекте необходимо не только приводить возможную производительность карьера по полезному ископаемому, но и указывать возможный срок ее достижения и продолжительность периода стабильной добычи.
Если принятая производительность карьера по полезному ископаемому меньше возможной по горно-техническим условиям, то целесообразно приводить в проекте и соответствующие последней основные технико-экономические показатели, подсчитанные с той или иной степенью детальности. Такие сведения позволяют формировать мнение q возможности и рациональности дальнейшего расширения предприятия.по мере изменения плановой потребности в сырье и возможности ее покрытия. Проектные решения должны учитывать возможность дальнейшего расширения предприятия до технически допустимых пределов.
Оптимальная производительность карьера по полезному ископаемому определяется технико-экономическими расчетами. Задача сводится к отысканию одного из нескольких возможных вариантов покрытия фиксированной плановой потребности металлургических заводов (одного или группы) в сырье. Оптимальный вариант характеризуется минимальными суммарными приведенным затратами на производство и транспортирование товарного полезного ископаемого (с учетом его качества) до мест его потребления. Принятый в результате сравнения вариант потребности однозначно определяет производительность проектируемого предприятия по полезному ископаемому.
. В качестве верхнего предела варьирования принимается возможная с точки зрения горно-технических условий производительность по полезному ископаемому.,При реконструкции карьера в качестве ограничения может фигурировать также возможность расширения обогатительной фабрики по условиям застройки терри-.. тории промышленной площадки.
104 -
При наличии в составе предприятия нескольких карьеров производительность каждого из них и очередность вовлечения в разработку определяются в процессе календарного планированья.
Производительность карьера пс горным породам-отходам с достаточной степенью точности монет быть установлена при помочи эксплуатационного коэффициента вскрыши по формуле
^эксп -
Эксплуатационный коэффициент вскрыши
^эксп "* ^срЛ •
Более точным является определение производительности карьера по вмещающим породам на основе тщательного-анализа календарного плана горных работ, выполняемого в проекте в соответствии с установленным порядком развития горных работ и заданной производительностью по полезному ископаемому.
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.	Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ, М., 1984.
2.	Арсентьев А.И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей, М», 1981.
3.	Брюховецкий О.С.» Бунин Ж.В., Ковалев И.А, Технология и комплексная механизация разработки месторождений полезных ископаемых. М-, 1989.
4.	Ржевский В.В. Открытые горные работы. М.» 1985.
5.	Т о м а к о в П. И.» Наумов И. К. Технология, механизация и организа-ция открытых горных работ. М., 1978.
'	6. Хол од и я ков Г. А. Определение основных параметров открытой разработки комплексных месторождений. Л>. 1988.
7.	Хохряков В.С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. М.» 1982.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение..............................................................  3
Основные условные обозначения ......................................... 8
1.	Обш.Ие сведения о технологии открытой добычи полезных ископаемых.............. . .	.............,........................   Ю
1.1.	Общие сведения о полезном ископаемом, отходах карьера
и горной массе ..............................................   10
1.2.	Месторождение полезных ископаемых. Кондиции. Виды полезных ископаемых и требования, предъявляемые к их качеству............... 13
1.3.	Основные свойства горных пород..............................   17
1.4.	Основные понятия о карьере. Элементы и главные параметры карьера............................................................ 1g
1.5.	Типы месторождений,	разрабатываемых открытым способом ....	21'
1.6.	Этапы открытых горных	работ................................... 23
1.7.	Выход различных пород с единицы горной массы. Коэффициенты добычи и отходов.................................................   24
1.8.	Технологические процессы в карьерах........................... 28
2.	Подготовка горных пород к выемке..................... ,	*.......... 29
2.1.	Невзрывные споЬобы.........................................    30
2.2.	Буровзрывные способы..................................  ,	. *	33
2.3.	Виды бурения взрывных скважин ..............................	34
2.4.	Влияние технологии буровзрывных работ на выходные параметры процесса рыхления................................................   38
2.5.	Методика расчета параметров буровзрывных работ и количества бурового оборудования...............................  »...........  41
2.6,	Организация буровзрывных работ................................ 43
3.	Выемочно-погрузочные работы иа карьерах............................ 44
3.1.	Виды применяемых механических средств	44
3.2.	Выемочно-погрузочные работы с применением средств малой механизации..................... ............................. 45	
3.3.	Выемочно-погрузочные работы механическими лопатами........... -50
3.4.	Выемочно-погрузочные работы драглайнами .....................  67
107
3.5.	Выемочно-погрузочиг^е	ммогододшодмым
экскаваторами............ . • . • ••«••••.......................  б©
3.6.	Выбор типа погрузочного оборудования . .......................   80
4.	Перемешен не карьерных грузов....................................   til
4.1.	Виды карьерного транспорта ....................................  82
4.2.	Технология перемещения карьерных грузе» железнодорожным транспортом .......................................................   83
4.3.	Технология перемещения карьерных грузов автомобильным транспортом .......................................................   68
4.4.	Технология перемещения карьерных грузов конвейерным транспортом.......................................................... 67
4.в.	Технология перемещения карьерных грузов комбинированным транспортом.......................................................... 70
4.6.	Общие принципы выбора вида карьерного	транспорта................ 72
в. Складирование горных пород........................................... 74
3.1.	Обшие сведения о складировании горных порол..................... 74
5.2.	Экскаваторное отвалообразование................................. 75
5.3.	Плужное и бульдозерное отвалообраэоваине........................ 77
5.4.	Обеспечение устойчивости отвалов..............................   78
в. Вскрытие карьерных полей............................................. 78
6.1.	Обшив сведения о вскрытии карьерных полей....................... 78
6.2.	Типы траншей, их элементы и параметры........................... 80
6.3.	Бестранспортные способы проходки траншей........................ 81
6.4.	Транспортные способы проходки траншей........................... 82
6.5.	Классификация способов вскрытия карьерных полей................. 84
7.	Системы открытой разработки месторождений полезных ископаемых. . .	86
7.1.	Общие сведения о системах открытой разработки и их классификация......................................................   88
7.2.	Основные элементы, параметры и показатели систем разработки. .	87
7.3.	Угпубочиые системы разработки................................... 88
7.4.	Безутлубочные системы разработки................................ 90
8.	Основы проектирования карьеров...................................... 82
8.1.	Организация проектирования карьеров. Состав проекта............ -03
8.2.	Гранты^, карьеров............................................... 06
8.3.	Производительность карьера по полезным ископаемым и по горной массе .................................................. 101
рекомендуемый библиографический список . ............................   108
Св.план, 1890, поз. 67
Генрих Александрович Холодняков
ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ
Учебное пособие
Редактор Е.А.Васильева
Технический редактор Р.П.Кравцова
Корректор И.В.Неверова
Сдано в набор 19.10,90. Подписано в печать 30.12.90.
Формат 60 х 84/16. Бум.тип. № 2, Печать офсетная.
Усл.пеЧ.л. 6,3. Усп.кр.~отт. 6,3. Уч.-изд.л. 6.
Тираж SOO экз. Над. № 156. Заказ 604. Цена 30 коп.
Ленинградский горный институт ам.Г.В.Плеханова
Ротапринт Ленинградского горного института
Адрес института и ротапринта: 199026 Ленинград, 21-я линия, 2