Содержание к диссертации
Введение
Современное состояние вопроса. цель и задачи исследования 8
1.1. Характеристика современного состояния сырьевой базы месторождений карбонатных пород 8
1.2. Особенности технологии ведения открытых горных работ при разработке месторождений карбонатных пород 20
1.3. Анализ опыта использования выработанных пространств, образуемых при разработке месторождений 40
1.4. Анализ результатов исследований, связанных с технологией горных работ и использованием выработанных пространств карьеров карбонатных пород 42
1.5. Цель и задачи исследования 49
Типизация месторождений карбонатных пород по относительной трудности их разработки. методика планирования и обработки результатов численных экспериментов 51
2.1. Анализ факторов влияющих на трудность разработки месторождений карбонатных пород 51
2.2. Обоснование показателя относительной трудности разработки месторождений карбонатных пород 52
2.3. Типизация месторождений карбонатных пород по трудности их разработки 66
2.4. Математические методы планирования и обработки результатов численных экспериментов 66
2.5. Обоснование экономического критерия для сравнения технологических схем
Исследование и обоснование устойчивых параметров бортов карьеров карбонатных пород 93
3.1. Факторы, влияющие на параметры нерабочих бортов карьеров 93
3.2. Исследование влияния времени разработки и прочности пород на динамику параметров нерабочих бортов карбонатного карьера 93
3.3. Обоснование параметров нерабочих бортов карьеров карбонатных пород с учетом технологии формирование откосов нерабочих уступов 97
3.4. Технологические схемы формирования нерабочих бортов карьера 104
3.5. Выводы 117
Обоснование технологии ведения горных работ на карьерах карбонатных пород, расположенных вблизи селитебных территорий 119
4.1. Факторы, влияющие на технологию разработки месторождений карбонатных пород 119
4.2. Варианты технологии разработки месторождений карбонатных 122
4.3. Расчет параметров технологии и ее технико-экономических показателей при использовании стреловых комбайнов 128
4.4. Методика обоснования условий рационального применения вариантов технологии разработки месторождений карбонатных пород 134
4.5. Выводы 139
Исследование целесообразности строительства зданий и сооружений в бортах карбонатных карьеров 143
5.1. Технология строительства вспомогательных зданий и сооружений в бортах карьеров 143
5.2. Расчет параметров целиков : 147
5.3. Исследование влияния прочностных свойств пород на эффективность строительства зданий и сооружений 151
5.4. Выводы 155
Апробация результатов исследований применительно к условиям торгашинского месторождения известняков 157
6.1. Характеристика Торгашинского месторождения известняков 157
6.2. Современное стояние горных работ и проблемы их производства 159
6.3. Рациональный вариант технологии горных работ 163
6.4. Выводы 166
Заключение 168
Литература
- Анализ опыта использования выработанных пространств, образуемых при разработке месторождений
- Обоснование показателя относительной трудности разработки месторождений карбонатных пород
- Обоснование параметров нерабочих бортов карьеров карбонатных пород с учетом технологии формирование откосов нерабочих уступов
- Расчет параметров технологии и ее технико-экономических показателей при использовании стреловых комбайнов
Введение к работе
Актуальность темы исследования В настоящее время в России намечен значительный рост производства строительных материалов, сырьем для которых служат карбонатные породы Ввиду незначительной стоимости продукции, большинство таких предприятий расположены вблизи селитебных территорий или в черте городов
В современных экономических и экологических условиях это возможно только при ограничении влияния взрывных работ па окружающую среду, а также на обрушение и осыпание откосов уступов бортов карьера, широком применении вариантов безвзрывной технологии и рациональном использовании выработанных пространств, образованных при разработке месторождений Кроме этого, разработка должна вестись при минимальном нарушении орографии поверхности месторождения А поскольку, в этом случае извлекаемые запасы ограничены контуром горного отвода и углами откосов нерабочих бортов карьера, то необходимо повышать полноту извлечения недр в указанных границах
При этом технология разработки месторождений в данных условиях должна удовлетворять следующим требованиям снижать отрицательное воздействие горных работ на окружающую среду и формировать выработанное пространство, затраты на подготовку к использованию которого будут минимальны
Однако, отсутствие результатов исследований, позволяющих обосновывать параметры подобной технологии и условия ее применения, сдерживает широкое ее распространение Это обстоятельство определяет актуальность и своевременность темы исследования, связанной с обоснованием технологии разработки месторождений карбонатных пород вблизи селитебных территорий
Идея уаботы состоит в том, что технология разработки месторождений карбонатных пород вблизи селитебных территорий должна обеспечивать максимальную эффективность их эксплуатации и последующего использования выработанных пространств
Цель уаботы состоит в обосновании рациональных условий применения вариантов технологии разработки карбонатных месторождений вблизи селитебных территорий, позволяющих максимально сохранять естественную экосистему
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи
-исследовать влияние параметров и особенностей строения массивов на величину относительного показателя трудности разработки месторождений карбонатных пород,
-определить область рационального применения способов подготовки карбонатных пород к выемке,
-разработать методику обоснования условий использования вариантов технологии формирования нерабочих бортов карбонатных карьеров,
-оценить эффективность использования комбайнов и камнерезных машин для строительства зданий и сооружений в бортах карбонатных карьеров
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Относительный показатель трудности разработки зависит от особенностей строения и орографии поверхности месторождения карбонатных пород, а также от расположения его относительно господствующих отметок местности, которые в совокупности обуславливают эффективность горных работ
-
Выбор технологии, обеспечивающей максимальную эффективность разработки месторождения карбонатных пород и последующего использования выработанного пространства, предопределен близостью селитебной территории и относительным показателем трудности разработки
-
Для уменьшения площади отчуждаемых земель и увеличения извлечения из недр, вспомогательные здания и сооружения при разработке месторождения карбонатных пород вблизи селитебных территорий следует располагать в подземных выработках в бортах карьера, используя для их проходки комплекс оборудования, включающий комбайны и камнерезные машины
Научная новизна работы заключается в следующем
-впервые установлен характер влияния параметров и особенностей строения массивов карбонатных месторождений на величину относительного показателя трудности их разработки,
-впервые выявлена зависимость для определения условий рационального применения способов подготовки к выемке с учетом относительного показателя трудности разработки месторождения карбонатных пород,
-впервые установлено влияние прочности пород на эффективность применения камнерезных машин и комбайнов для строительства зданий и сооружений в бортах карбонатных карьеров,
-впервые получена зависимость для оценки влияния прочности пород и времени разработки на величину устойчивого угла огкоса нерабочего борта карбонатного карьера
При решении поставленных в диссертации задач использованы следующие методы научных исследований анализ литературных данных и существующего опыта разработки месторождений карбонатных пород, технико-экономический анализ, аналитические и графоаналитические методы, методы математической статистики; математическое моделирование, методы оптимального планирования численных экспериментов
Достоверность научных положений: подтверждается исходными предпосылками предшествующих фундаментальных работ отечественных и зарубежных ученых в данной области, сопоставимостью результатов математического моделирования и аналитических расчетов, результатами численных исследований, данными моделирования, значительными объемами статистических данных
Практическая иенность и реализация работы:
-разработана методика для расчета величины относительного показателя трудности разработки карбонатных месторождений,
-получены формулы для оценки эффективности применения комбайнов и камнерезных машин с учетом прочности карбонатных пород,
-разработана методика для обоснования условий использования вариантов технологии формирования нерабочих бортов карбонатных карьеров,
-выполнена оценка эффективности использования комбайнов и камнерезных машин для строительства зданий и сооружений в бортах карбонатных карьеров,
-построена диаграмма для выбора вариантов технологии горных работ для разработки месторождений карбонатных пород,
-получепы формулы для расчета величины устойчивого угла откоса нерабочего борта карбонатного карьера с учетом прочности пород и времени разработки
Основные результаты работы использованы при разработке проекта реконструкции Киргитейского карьера магнезитов Расчетный экономический эффект составил 12,5 млн руб /год
Апробация работы Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на Всероссийских научных конференциях молодых ученых «Молодежь и наука — третье тысячелетие» (г Красноярск, ГАЦМиЗ, 1998г), «Безопасность-98» (г Иркутск, ИрГТУ, 1999), на Второй Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых им Академика М А Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г Томск, 1999г), «Перспективные материалы Получение и технологии», (г Красноярск, ГУЦМиЗ, 2004г), на Международной научной конференциях «Технологии 2004» (Турция, 2004г ), «Экология и безопасность жизнедеятельности» (г Пенза, 2004г ), «Природоресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (г Пенза, 2005г ), «Экономика природопользования» (г Пенза, 2005г), «Совершенствование методов поиска и разведки, технологии, добычи и переработки полезных ископаемых» (Красноярск ГУЦМиЗ, 2006)
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 16 печатных работ
Автор выражает благодарность за неоценимую помощь и консультации при подготовке диссертации профессору, доктору технических наук Косолапо-ву А И, сотрудникам кафедры «Открытые горные работы», принявших активное участие при обсуждении и апробации диссертации
Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 99 рисунков и список использованной литературы из 151 наименования
Анализ опыта использования выработанных пространств, образуемых при разработке месторождений
При выборе технологии разработки месторождений большое значение имеют особенности строения залежи - распределение пород, различающихся минеральным составом, прочностью, и наличие прослоев глины и пустых пород. Для характеристики месторождений карбонатных пород важным является их закарстованность, которая обычно не превышает 2-3 % от общего объема пород в массиве; в отдельных случаях она достигает 12-15 % [7].
Месторождения карбонатных пород, как правило, эксплуатируются до водоносного горизонта.
Особенностью месторождений, влияющей на направление горных работ, процессы и результаты взрывных работ является трещиноватость пород.
Производство вскрышных работ на карьерах промышленности нерудных строительных материалов не имеет специфических особенностей. Объем их, как правило, значительно меньше, чем в других горнодобывающих отраслях, и схемы удаления вскрыши относительно простые, значения коэффициен-тов вскрыши наиболее часто находятся в пределах 0,2 - 0,4 м /м , преобладают месторождения с мощностью вскрыши менее Зм.
Средневзвешенная мощность вскрыши по данным анализа выборки по разведанным месторождениям карбонатных пород составляет 8м.
Скальная вскрыша составляет около 25 % от общего объема вскрышных пород, при этом породы скальной вскрыши на карьерах карбонатных пород используют для производства цемента, дорожных работ. Рыхлые вскрышные породы представлены, главным образом, песками, обычно мелкими, суглинками и глинами, иногда - тяжелыми глинами. Скальная вскрыша представлена выветренными породами, часто, особенно на месторождениях карбонатных пород, с суглинками, доломитовой мукой и глиной. Применяется, главным образом, экскаваторно-транспортно-отвальный комплекс оборудования, включающий в себя в качестве транспортного комплекса оборудования автосамосвалы, отвального - бульдозеры.
Предварительный отбор возможных систем разработки производят с учетом требований, предъявляемых к сырью. Окончательный выбор системы осуществляют при оптимизации технологии с учетом возможности усреднения сырья при селективных способах выемки. Подготовку горных пород к выемке на карьерах, разрабатывающих месторождения карбонатных пород, выполняют почти исключительно с использованием буровзрывных работ.
Общие требования к буровзрывным работам включают достижение заданной степени дробления, минимального выхода негабарита, создание развала с заданными параметрами (ширина, высота), соблюдение проектных отметок площадок и откосов уступа, отсутствие или минимальное значение заколов, создание достаточного объема подготовленной горной массы, обеспечение безопасности и экономичности работ.
Новые буровые станки, взрывчатые вещества, методики расчета параметров БВР и их влияния на последующие процессы рассмотрены в работах [64, 65,95, 96, 97, 98,99,100 и др.].
Наряду с определенными преимуществами буровзрывные работы имеют ряд недостатков, важнейшими из которых являются значительная опасность ведения горных работ, сейсмическое воздействие на законтурный массив, повышенное пыле- и газовыделение. Одновременно при разработке разнопрочностных массивов, какими в основном представлены месторождения карбонатных пород, качество взрывания низкое, а выход негабарита высокий, что приводит к высоким затратам на подготовку горной массы к вы-емочно-погрузочным работам.
Ведение выемочно-погрузочных работ, конкретные технологические схемы и методики расчетов их параметров применительно к экскаваторам с рабочим оборудованием традиционного исполнения, в частности мехлопат типа ЭКГ представлены в работах [9, 92,93, 94].
По мнению автора [121], развитие выемочно-погрузочных работ на карьерах будет осуществляться внедрением гидравлических экскаваторов. Гидравлические прямые лопаты имеют более высокую производительность и меньшую металлоемкость по сравнению с мехлопатами с одинаковой вместимостью ковша. Траектория движения и подвижность ковша гидравлической лопаты позволяет более эффективно использовать их при разработке сложных забоев.
Экскаваторы гидравлические с ковшом вместимостью 4м и более способны разрабатывать породы прочностью до 60 ч- 80 МПа. Это создает условия значительного сокращения области применения взрывного рыхления. Возможно взрывание на встряхивание без нарушения структуры массива. Независимое перемещение ковша, рукояти и стрелы в забое дает возможность выбирать оптимальную траекторию движения режущей кромки ковша в забое, обеспечивая более полную выемку и наименьшее разубоживание полезного ископаемого.
Более рациональными для раздельной отработки являются обратные гидравлические лопаты (ЭГО). Они обладают более широкими возможностями по образованию различных форм выработок и откосов забоев, что позволяет им работать без оставления в почве призм недобора.
Однако, со временем, вопросы, связанные с совершенствованием горного оборудования и снижением объемов буровзрывных работ в породах значительной крепости, все более назревал в среде ученных и практиков. Подтверждением этому служат многие публикации, которые в своей основе содержат это новшество.
Так, в докладе д.т.н. Федорова Д.И., к.т.н. Недорезова И.А., Федулова А.И. и инж. Хамчукова Ю.М. на Международной конференции по совершенствованию техники и технологии открытых горных работ, проходившей в октябре 1966г. в г. Новосибирске, были освещены результаты исследований послойного разрушения скальных пород ковшами активного действия без производства буро-взрывных работ. Это было достигнуто путем замены зубьев ковша экскаватора блоками ударного действия с энергией 100 кГ-м.
Исследованию области применения, технических характеристик экскаваторов с ковшом активного действия (далее ЭК АД) моделей ЭКГ-5В, ЭКГ-12В, а также с вместимостью 10,15 и 20м посвящены работы [102,103,104,105].
В работе [102] показано, что при использовании ЭКАД капитальные затраты сопоставимы с затратами при традиционной технологии, а эксплуатационные, в связи с сокращением объемов буровзрывных работ (БВР), снижаются на 20 -г 40 %. Область эффективного применения ЭКАД определяется: вместимостью активного ковша, энергией единичного удара, блочностью пород, стои мостными показателями по основным производственным процессам, соотношением цены на экскаваторы с ковшом новой конструкции и серийного исполнения. К тому же она может быть расширена за счет предварительного взрывания с уменьшенным расходом ВВ. В зависимости от технологической схемы они могут беспрепятственно работать в породах с крепость от 90 до 120 МПа. В.В. Ржевский и Ю.И. Анистратов в 1967г. предложили комбайн (рис. 1.11), совмещающий бурение, взрывание, выемку и погрузку пород [106, 107].
Обоснование показателя относительной трудности разработки месторождений карбонатных пород
Разработка месторождений карбонатных пород открытым способом имеет ряд особенностей, которые влияют на работу карьеров. Эти особенности состоят в специфике потребления, качественных характеристиках продукции, расположения предприятия, применяемой технологии [3, 61].
Высокий спрос на продукцию, которую используют в основном в качестве строительных материалов и металлургическом производстве, ведет к большому количеству предприятий по разработке месторождений карбонатных пород.
Предприятия по разработке месторождений карбонатных пород имеют большие отличия по производственной мощности, уровню механизации и технологическим показателям. В одних случаях, для обеспечения специализированных предприятий создают крупные карьеры, в других, для небольших потребностей, - мелкие, с небольшим сроком службы.
Низкая транспортабельность продукции и высокая стоимость транспортирования по сравнению со стоимостью готовой продукции ограничивает экономически целесообразную зону потребления продукции одного предприятия. Это ведет к тому, что карьеры по добыче карбонатных пород расположены в основном вблизи селитебных территорий.
Различные требования к качеству продукции, быстро изменяющиеся в зависимости от конъюнктуры рынка, накладывают дополнительные условия при выборе технологии разработки и применяемых типов оборудования.
Широкое распространение месторождений карбонатных пород дает возможность выбора наиболее благоприятных по горнотехническим условиям разработки участков. Коэффициент вскрыши редко превышает единицу, в среднем составляет 0,3 м /т. Это оказывает влияние на специфику и технологию рекультивации. В данном случае засыпка выработанного пространства вскрышными и некондиционными породами невозможна. Следовательно, карьерные выемки, образующиеся после разработки месторождения, целесообразно использовать в дальнейшем для каких-либо целей.
Оценку месторождений полезных ископаемых осуществляют на основе сравнения качественных показателей, размеров, высотного положения, рельефа поверхности, строения и прочностных свойств пород, климатических условий и освоенности района, удаленности от мест потребления полезного ископаемого, от транспортных и энергетических коммуникаций и т.п.
По большому числу показателей выбор наиболее конкурентно-способного объекта можно осуществить интуитивно или в результате расчета экономических показателей. В первом случае точность оценки зависит от квалификации эксперта, а во втором от методики расчетов и полноты учета факторов. Первый вариант дает субъективную оценку, а второй более объективен, но весьма трудоемок. Эти обстоятельства и послужили основанием для поиска относительных показателей трудности разработки месторождений карбонатных пород.
Месторождения карбонатных пород расположены чаще всего вблизи мест потребления (селитебных территорий). Для сопоставления их между собой важно иметь критерии, которые бы интегрировали показатели, характеризующие особенности строения и расположения месторождения. В связи с этим, вопрос оценки трудности их разработки имеет, не проходящую актуальность.
Это обстоятельство и было учтено в последующем при обосновании показателя относительной оценки месторождений по трудности разработки. При этом исходили из того, что между относительными и абсолютными показателями трудности существует зависимость, вид которой предопределен градаци ей классификации. Для 25-категорийной шкалы пятиуровневой классификации, в которой разница трудоемкости соседних классов составляет 100%, данная зависимость имеет вид [59] Г, = а-1,1487"-, (2.1) где Тр - трудоемкость работ, связанных с разработкой месторождения, в натуральном измерении, ед./т; а - коэффициент перехода от трудоемкости к показателю относительной трудности разработки; Пт - относительный показатель трудности разработки месторождения. Решая уравнение (1) относительно Пт, получаем
Поскольку разработка месторождений связана не только с добычными работами, а также с производством вскрышных и горно-подготовительных работ, со строительством и поддержанием в нормальном состоянии транспортных коммуникаций, осуществлением природоохранных мероприятий и т.п., то ее трудоемкость обусловлена факторами, оказывающими наиболее существенное влияние на трудоемкость перечисленных работ.
Обычно, оценку месторождений полезных ископаемых осуществляют на основе сравнения качественных показателей, размеров, высотного положения, рельефа поверхности, строения и прочностных свойств пород, климатических условий и освоенности района, удаленности от мест потребления полезного ископаемого, от транспортных и энергетических коммуникаций и т.п.
При проведении настоящего исследования трудность разработки предложено оценивать по энергоемкости [59, 61, 62, 63]. Для расчета ее величины использована формула Tp=(Nd+Ne+NZKp)-KrK2, (2.3) где Nd, Ne, и Ыгкр - удельная установленная мощность машин (далее энергоемкость), занятых, соответственно на добычных, вскрышных и горнокапитальных работах, кВт.ч/т;
Kj и.К2- коэффициенты, учитывающие затраты энергии на природоохранные меры и создание комфортных условий.
Полагая, что затраты на природоохранные мероприятия пропорционально растут с увеличением радиуса выброса веществ, загрязняющих окружающую среду, получена формула, связывающая значения коэффициента Kj с крутизной склонов месторождения и его превышением над преобладающими высотными отметками местности [1].
Обоснование параметров нерабочих бортов карьеров карбонатных пород с учетом технологии формирование откосов нерабочих уступов
Платежи за пользование природными ресурсами - недрами и землей осуществляется в виде единовременных разовых выплат, а также ежегодных платежей и налогов [131, 132, 133, 139].Разовые выплаты относят на капитальные вложения и они включают: - сборы на выдачу лицензий на право пользования недрами; - единовременные арендные взносы (бонус) за право добычи; - плату за изъятие земельного отвода. Ежегодные платежи относят к затратам на добычу полезного ископаемого и их включают в себестоимость производимой продукции. К ним относят: - платежи за право добычи полезного ископаемого; - налоги за пользование изъятыми землями; - платежи за допустимые выбросы и сбросы загрязняющих веществ, а также за размещение отходов (в частности, пород вскрыши и шламов обогаще ния); - платежи за охрану и воспроизводство минеральных ресурсов.
Размеры ежегодных платежей в прямом исчислении в течение срока действия лицензии на право пользования природными ресурсами (до 20 лет) определяют из выражения Pt=Pflt+P3t+Poct+PMt Py6- (2-84) где Рд t - ежегодная плата за право добычи, руб.; P3t - ежегодная плата за пользование землями (земельный налог), руб.; Poct - платежи за загрязнение окружающей среды, руб.; PMt- плата за воспроизводство минерально-сырьевой базы, руб. Размер ежегодных платежей за право добычи твердых полезных ископаемых, за исключением общераспространенных, исходя из стоимости товарной продукции, равен [139]
Платежи за землю, в соответствии с Законом РФ о плате за землю, слагаются из единовременной платы за изъятие из хозяйственного использования участков поверхности с учетом их качества (лес, пашня, жилые и промышленные застройки, неудобья и т.п.) и ежегодного налога [125].
Ежегодная плата за земли, используемые под промышленные нужды и расположенные вне населенных пунктов, устанавливается в размере трехкратных средних ставок налога района (Нр), в котором расположено предприятие, т.е. P3t=S3t-(3-Hp) -Куц,руб., (2.86) где S3t - площадь земельного отвода, облагаемого налогом в t-ом году, га. Плата за воспроизводство минерально-сырьевых ресурсов, предназначенная для создания и поддержания минерально-сырьевых баз добывающих предприятий, реализуется в виде ежегодных выплат за геологоразведочные работы, учитывающих частичную компенсацию затрат на поиски и предварительную разведку конкретного вида ископаемого и погашение части расходов на геологические работы по разведке всех видов полезных ископаемых в данном регионе.
Ставки отчислений на воспроизводство минерально-сырьевых ресурсов применяют к стоимости товарной продукции, а величину ежегодной выплаты рассчитывают по формуле А,, LL С К„» Рм, У ;00 .РУб., (2.87) где Crt - размер ставки отчислений за воспроизводство минерально-сырьевой базы. Отчисления на воспроизводство минерально-сырьевой базы не производятся при добыче трудноизвлекаемых, некондиционных, ранее списанных запа сов полезных ископаемых, а также при использовании вскрышных и вмещающих пород, отходов горнодобывающего и связанных с ним перерабатывающих производств. Решение об освобождении пользователей недр от отчислений принимается органами, предоставляющими лицензии на пользование недрами [132].
Скидка за истощение недр с платежей за пользование недрами может предоставляться пользователю недр, осуществляющему добычу полезного ископаемого из остаточных запасов пониженного качества, за исключением случаев ухудшения качества запасов полезного ископаемого в результате выборочной отработки месторождения.
За воздействие на окружающую среду помимо платы за недра, землю и воду, взимают и подлежат расчету три вида ежегодной платы: за загрязнение атмосферного воздуха, поверхностных и подземных води загрязнение территории вследствие размещения на ней отходов производства.
Каждый вид платы рассчитывают по трем категориям: - в пределах допустимых загрязнений; - в пределах установленных лимитов; - при превышении установленных лимитов. Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в пределах допустимых загрязнений (ПДВ) Пан =Сан -Маі -Аа. ,приМаі Мні, (2.88) где Сан - норматив платы за выбросы в атмосферу в пределах допустимых загрязнений с учетом коэффициента экологической ситуации территории; Mai - фактический выброс /-го загрязняющего вещества, т/год; М„ І - предельно допустимый выброс z-го загрязняющего вещества, т/год; Аа І - коэффициент, учитывающий относительную опасность /-го загрязняющего вещества,
Расчет параметров технологии и ее технико-экономических показателей при использовании стреловых комбайнов
В настоящее время в России отмечен значительный рост производства строительных материалов из карбонатных пород. Из-за их относительно невысокой стоимости большинство предприятий расположены вблизи селитебных территорий больших городов. В современных экономических и экологических условиях это предопределяет необходимость уменьшения воздействия горного производства на окружающую среду и повышения эффективности использования выработанного пространства. Этим требованиям и должна удовлетворять принятая технология разработки, которая должна включать работы, позволяющие параллельно с горными работами формировать выработанное пространство с минимальными затратами, требуемой формы, с заданными размерами и качеством поверхности откосов.
Поскольку взрывные работы являются наиболее значимым компонентом отрицательного влияния горных работ на окружающую среду, то варианты технологии разработки карбонатных месторождений в данных условиях должны исключать или минимизировать их применение.
В последнее время широкое применение при разработке пород невысокой прочности получают стреловые и комбайны послойного фрезерования. Анализ опыта их применения свидетельствует, что наиболее перспективными для условий карбонатных пород во всем диапазоне свойств можно рассматривать тяжелые стрелковые комбайны (массой более 60т). Такие комбайны фирмы Alpine Westphalia имеют массу до 120 т, высоту резания до 5 м, могут отрабатывать заходки шириной до 8 м и эффективно разрушать породы с пределом прочности на одноосное сжатие более 120 МПа. В настоящее время особую актуальность приобретает проблема эффективного использования выработанного пространства для размещения объектов городской инфраструктуры. Причем, для уменьшения времени подготовки выработанного пространства для использования поверхность откосов должна быть ровной, а откосы иметь углы близкие к 90. Поэтому при любой технологии горных ра 122 бот, после их завершения откосам следует придавать требуемый профиль с помощью камнерезных машин. Причем это необходимо делать и даже в тех случаях, когда единственно экономичным способом рыхления является буровзрывной.
В соответствии с этим для условий карьеров карбонатных пород могут быть рекомендованы следующие варианты технологических схем.
Вариант 1. Здесь рассмотрен вариант традиционной технологической схемы, основанной на буровзрывных и выемочно-погрузочных работах, современным гидравлическим и мобильным экскаватором типа «HITACHI ZX-850H».
Экскаватор «HITACHI ZX-850H» относится к классу тяжелых гидравлических гусеничных экскаваторов. Может иметь исполнение «прямая» и «обратная» лопата. По сравнению с электрическими, дизельные гидравлические экскаваторы имеют меньший вес, габариты, более мобильны и просты в эксплуатации, оснащаются быстросъемными соединениями и различным навесным оборудованием.
Зависимость производительности экскаватора от предела прочности породы на одноосное сжатие представлена на рис 4.2 и получена в результате расчета с учетом ожидаемой кусковатости, наполнения ковша и разрыхления пород в нем (см.п.2.2).
Зависимость производительности экскаватора «HITACHI ZX-8 5 ОН» от предела прочности породы на одноосное сжатие
Вариант 2. В отличии от предыдущего для формирования конечного контура карьера используют контурное взрывание методом предварительного щелеобразования (рис.4.3).
Поскольку природная монолитность законтурного массива в обоих вариантах не сохраняется (см. рис. 3.12), то это приводит к осыпанию откосов и выполаживанию борта карьера (рис.4.4а) и как следствие к увеличению потерь полезного ископаемого. Дополнительно, для подготовки такого выработанного пространства к использованию необходимо нарезать вертикальные уступы (рис.4.4б). Для этого может быть рекомендована следующая схема (рис.4.5): откос на всю высоту пригружают насыпью; затем вдоль откоса проходят вертикальные реза, глубиной равной рациональной высоте резания баровой машины, расстояние между ними зависит от глубины резания машины (рис.4.6); после этого понижают насыпь на глубину резания и подрезают массив в горизонтальной плоскости; отделенные таким образом объемы породы дробят шпуровыми зарядами взрывчатых веществ; подобным образом, послойно формируют вертикальные уступы на нерабочем борту для последующего использования выработанного пространства.
