Армирование шахтных стволов 4 страница

Вопрос 25

Мягкие, разрушенные полускальные и скальные горные породы перемещаются и складируются в насыпи, называемые отвалами. Различают внутренние и внешние отвалы. Внутренние отвалы (рис. 6.1) размещаются в выработанном пространстве карьеров, разрабатывающих горизонтальные и пологие месторождения при постоянном числе вскрышных и добычных уступов. Внешние отвалы (рис. 6.2) располагаются за пределами карьерного поля при разработке наклонных и крутых месторождений при постоянно увеличивающемся числе вскрышных и добычных уступов.

В период строительства и наращивания производственной мощности карьеров на горизонтальных и пологих залежах возможно только внешнее отвалообразование.

Внутреннее отвалообразование во всех случаях целесообразнее, так как при этом обеспечивается минимальная дальность и благоприятные условия транспортирования грузов, создаются предпосылки для полного восстановления земель, нарушенных открытыми горными работами, исключается необходимость занятия под отвалы ценных земель и т. д.

Внешние отвалы стремятся размещать в балках, оврагах, на месте болот и на землях, не занятых сельскохозяйственным и лесным производством.

Складируемые в отвал породы характеризуются коэффициентом внутреннего трения, равным тангенсу угла естественного откоса. Углы естественного откоса отвалов изменяются от 34 до 38°. Уложенные в отвал крупнокусковые породы при высоте до 10 м имеют угол естественного откоса 42 – 45°. Высокие отвалы крупнокусковых пород в нижней части выполаживаются до 25 – 30°.

Породные отвалы, как правило, неоднородны. Это происходит как за счет отсыпки литологически разных пород, так и за счет естественного фракционирования их по крупности. Мелкие фракции располагаются в верхней, а более крупные – в нижней части насыпи.

Способ отвалообразования определяется в первую очередь видом применяемого для перемещения горных пород транспорта и зависит также от объемов и физико-технических свойств складируемых пород, размера отвальных площадей, общей высоты отвала, числа отсыпаемых ярусов и других факторов.

Вопрос 26

Системы разработки на отрытых горных разработках. Их основные элементы, классификация систем открытых горных работ по Е. Шешко. Принцип ее построения.

Открытая разработка месторождений включает этапы: подготовку поверхности, осушение месторождений полезных ископаемых, горно-капитальные работы (рис. 1), вскрышные работы (удаление пустых пород, покрывающих или вмещающих полезное ископаемое) и добычные работы. Вскрышные и добычные работы включают процессы отбойки, выемки, транспортировки и разгрузки полезного ископаемого. Эти основные производств. процессы объединяются в единую технологию на базе комплексной механизации и автоматизации. К вспомогательным процессам при Открытая разработка месторождений относятся зачистка уступов, ремонт и строительство дорог (автомобильных, железных), водоотлив и др. Отбойка состоит в отделении горной массы от массива с одновременным её дроблением с помощью буровзрывных работ (см. Бурение, Взрывные работы). Выемка-погрузка производится, как правило, экскаваторами и погрузчиками. Горную массу перемещают из забоя средствами карьерного транспорта. Массив, сложенный некрепкими горными породами, не требует предварительного рыхления; в этом случае отбойка и погрузка составляют единый процесс, осуществляемый экскаваторами, скреперами, погрузчиками, бульдозерами или др. механическими средствами либо с помощью гидромеханизации. При разработке россыпей успешно применяются драги. Полезные ископаемые транспортируются на склады или места их переработки, пустая порода – в отвалы.

Различают цикличную, циклично-поточную и поточную технологию Открытая разработка месторождений При цикличной технологии процессы выемки и транспортирования прерываются технологическими паузами. При циклично-поточной технологии (рис. 2) выемка осуществляется машинами цикличного действия (одноковшовыми экскаваторами или погрузчиками), а перемещение — ленточными конвейерами или сочетанием конвейерного транспорта с автомобильным (иногда с применением самоходных дробильных агрегатов или полустационарных и стационарных дробильных, дробильно-сортировочных или сортировочных установок) или ж.-д. транспортом. При поточной технологии процессы отбойки, выемки, транспортировки, разгрузки выполняются механизмами непрерывного действия (например, многочерпаковыми экскаваторами, ленточными конвейерами или гидромеханизацией). Для цикличной и циклично-поточной технологии разработаны и созданы системы автоматизированного управления отдельными процессами, информация о протекании которых обрабатывается с помощью средств вычислительной техники. Для поточной технологии, и прежде всего техники непрерывного действия, существуют автоматизированные системы управления производством. Техника непрерывного действия в СССР создаётся на базе комплексов оборудования с роторными экскаваторами и теоретической производительностью 630, 1250, 1500, 2500, 5000, 10000, 12500 м³/ч. Наиболее освоенный вид техники непрерывного действия — роторные экскаваторы с нормальным усилием резания. Совершенствование поточных схем горных работ связано с применением полустационарных и самоходных дробильных и дробильно-грохотильных агрегатов производительностью до 2000 т/ч, а также надёжных конвейеров с лентами, способными перемещать крупнокусковой абразивный материал.

Выбор рациональных параметров Открытая разработка месторождений и оборудования производится с учётом климатических особенностей, района разработки, свойств горных пород, запасов полезного ископаемого, формы месторождения и др., а также требований, предъявляемых к качеству готовой продукции.

Порядок открытых горных работ, обеспечивающих экономичную и безопасную эксплуатацию месторождения, называется системой разработки (рис. 3). Существует нескольких систем Открытая разработка месторождений Наибольшее распространение в СССР получила классификация систем Открытая разработка месторождений Н. В. Мельникова (1950), которая основана на способе перемещения пустых пород вскрыши в отвалы и типе применяемого оборудования и состоит из 5 групп. Бестранспортные, при которых вскрышные породы перемещаются из забоя в выработанное пространство вскрышным экскаватором. Транспортно-отвальные, характеризуемые перемещением вскрышных пород в отвалы транспортно-отвальными мостами или отвалообразователями. Погрузка породы на ленточные конвейеры транспортно-отвальных мостов и консольных отвалообразователей осуществляется обычно многочерпаковыми, а иногда одноковшовыми экскаваторами. Транспортные системы, при которых перемещение пород во внутренние (расположенные в выработанном пространстве) или внешние (расположенные за границами карьера) отвалы производится железнодорожным, автомобильным, конвейерным, скиповым и комбинированным транспортом. Специальные системы, при которых вскрышные породы удаляются кабельными экскаваторами, бульдозерами, колёсными скреперами или средствами гидромеханизации. Комбинированные системы, при которых вскрышные породы верхней зоны месторождения средствами транспорта вывозятся на внешние или внутренние отвалы; породы нижней зоны перемещаются во внутренние отвалы экскаваторами, транспортно-отвальными мостами или отвалообразователями.

Большие объёмы вскрышных работ и сложные условия разработки на карьерах предопределили преобладающее применение транспортных систем разработки, которые в СССР будут занимать доминирующее положение на открытых работах всех отраслей горной промышленности. При разработке пластовых месторождений угля, марганцевых руд и горно-химического сырья успешно применяются высокоэффективные бестранспортные и транспортно-отвальные системы разработки.

Известны также классификации систем Открытая разработка месторождений Е. Ф. Шешко (1950), В. В. Ржевского (1963) и др.

Совершенствование Открытая разработка месторождений осуществляется с помощью комплексной механизации и оптимизации параметров горных работ и оборудования, разработки и внедрения новых рациональных технологических схем, преимущественного использования взрывчатых веществ простейшего состава, применения техники непрерывного действия, увеличения области применения бестранспортных систем разработки и циклично-поточной технологии на базе основного карьерного и специально создаваемого оборудования, применения оптимальных схем комбинированного транспорта.

Вопрос 27

БЕСТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ (а. transportless mining system, direct overcasting system; н. transport-loses Abbauverfahren, transportloses System; ф. systeme d`exploitation sans transport; и. explotacion sin transporte) — способ ведения открытых горных работ, при котором вскрышные породы перемещаются во внутренний отвал экскаваторами. Применяется, как правило, при разработке горизонтальных и пологих (до 12°) пластовых (мощностью обычно до 30 м) залежей полезных ископаемых Внедрение бестранспортной системы разработки в СССР началось в 1942-45 (Н. В. Мельников, А. С. Чернегов, М. М. Соколовский, А. М. Шарков и др.).

Выделяют две разновидности бестранспортной системы разработки: классическую (основную), при которой вскрышные и добычные работы технологически, технически и организационно обособлены, и "экскаватор-карьер", где они объединены. В классической бестранспортной системе разработки схемы вскрышных работ делятся на простые и усложнённые. Простые схемы — без перевалки вскрышных пород (без вторичного отвала) применяются на участках и месторождениях с мощностью пустых пород не более 15-30 м, усложнённые — с одной или несколько перевалками части или всего объёма первичного отвала (со вторичным отвалом) при мощности пустых пород не более 30-40 м. При большей мощности по бестранспортной системе разработки отрабатывают только нижний (основной) уступ, а верхние (передовые) — с использованием транспортной, транспортно-отвальной или специальной систем разработки. В усложнённых схемах за счёт перевалки вскрышных пород во вторичный отвал по всему фронту работ освобождается полоса выработанного пространства, на которую из последующей вскрышной заходки отсыпается первичный отвал.

Различают усложнённые схемы вскрышных работ с обычным первичным отвалом и предотвалом. В первом случае вскрышные и отвальные работы технологически и технически обособлены, во втором вскрышные работы на нижнем уступе или подуступе и первичная перевалка пустых пород технологически и технически объединены. В СССР разработаны и широко применяются три основные усложнённые схемы вскрышных работ с предотвалом — подмосковная, украинская и райчихинская. В подмосковной схеме поверхность предотвала находится ниже рабочей площадки вскрышного уступа; высота предотвала равна или меньше высоты подвалки вскрышного уступа; поверхность первичного отвала — гребенчатой или плоскогребенчатой формы. В украинской схеме поверхность предотвала расположена также ниже рабочей площадки вскрышного уступа; высота предотвала в ней больше высоты подвалки вскрышного уступа, поверхность первичного отвала обычно гребенчатой формы. В райчихинской схеме поверхности предотвала и рабочей площадки вскрышного уступа совпадают; высота предотвала равна высоте подвалки вскрышного уступа, поверхность первичного отвала имеет плоскогребенчатую или плоскую форму. Разновидность этой схемы вскрышных работ — черемховская схема.

При бестранспортных системах разработки породы экскавиру-ют, переваливают в выработанное пространство и размещают на внутреннем отвале вскрышными экскаваторами без применения транспортных средств. Бестранспортные системы применяют обычно при разработке горизонтальных или слабонаклонных (под углом 5—10°) пластов.

Бестранспортные системы просты в организационном отношении, отличаются низкой стоимостью работ, высокой производительностью труда.

Простая бестранспортная система разработки включает несколько схем экскавации. При использовании механической лопаты экскаватор устанавливают на кровле пласта полезного ископаемого и разрабатывают всю толщу покрывающих пород одним уступом ( Х.5). Вслед за подвиганием породного уступа добывают полезное ископаемое.

Расчет данной схемы заключается в выборе рабочих размеров вскрышных экскаваторов в зависимости от мощности покрывающих пород.

Если мощность вскрыши значительна, а рабочие размеры вскрышных экскаваторов недостаточны для окончательного размещения пород в выработанном пространстве, на внутреннем отвале устанавливают вспомогательный драглайн. Экскаватор при перевалке породы освобождает добычной уступ от навала породы и подготавливает в выработанном пространстве место для размещения породы из очередной заходки.

В зависимости от размеров вскрышного экскаватора и мощности покрывающих пород возможно большое количество вариантов системы разработки с кратной перевалкой породы в отвал. На Х.7 представлен вариант, когда при удалении породы вскрышным экскаватором производится полная подвалка пласта полезного ископаемого.

Вопрос 28

Автомобильный карьерный транспорт
Современное транспортное средство на карьере должно быть высокомобильным и мощным, в наибольшей степени эти качества присущи автомобильному транспорту. В настоящее время около 80% всего объема транспортируемых горных пород на открытых горных работах перевозят автотранспортом. Но он является и самым дорогим. Вообще доля затрат на транспортировку достигает 40…60% общей стоимости работ в карьере. Высокие эксплуатационные расходы включают наиболее емкие составляющие, такие как топливо и масла, шины, сменные агрегаты, поддержание дорог и т. д. В свою очередь по размеру капитальных затрат автотранспорт уступает железнодорожному и конвейерному.
Производители карьерных самосвалов работают в направлении создания машин большей грузоподъемности, способных преодолевать большие затяжные уклоны. Сдерживающими факторами здесь в первую очередь выступают ограничения по грузоподъемности шин и проблема создания эффективных высокомощных силовых установок. В первом случае частично снизить нагрузку на колеса позволяет введение в конструкцию дополнительного моста, как это делают в карьерных сочлененных самосвалах. Полный привод сочлененников увеличивает сцепную массу (масса, приходящаяся на приводные оси локомотива), повышает проходимость и преодолеваемый уклон. Однако использование такой конструктивной схемы при создании сверхтяжелых самосвалов пока затруднительно. Интерес вызывают разработки гусеничных самосвалов Rubber Crawler Carrier (Hitachi). Гусеничный ход увеличивает величину преодолеваемого уклона, общую проходимость, но вопрос создания тяжелых самосвалов на гусеничном ходу весьма далекая перспектива.
Концепция самосвала с жесткой рамой и задним ведущим мостом (колесная формула 4×2, удельная мощность 5…6 кВт/т) используется не один десяток лет. Конструкция современного рамного самосвала является продуктом многолетней эволюции, и дальнейшее улучшение конструктивно-компоновочной схемы вряд ли возможно. Основные разработки сейчас ориентированы на повышение надежности агрегатов, внедрение более прогрессивных силовых установок, в том числе электрических двигателей с частотным и импульсным регулированием, более экономичных и экологичных дизельных двигателей. Преимущества схемы – высокая прочность несущих элементов, позволяющая выдержать ударные нагрузки при погрузке экскаватором, относительная простота компоновки по сравнению с теми же сочлененниками.
На карьерных самосвалах получили применение два типа трансмиссии – гидромеханическая (ГМТ) и электромеханическая (ЭМТ). Как показывает практика, при определенных условиях для уклонов 12…15% является предпочтительней использование самосвалов с ГМТ, имеющих лучшие динамические характеристики. К.п.д. гидромеханической трансмиссии выше, выше скорость движения и производительность на единицу потребляемого топлива. В свою очередь применение ЭМТ позволяет изменить компоновку самосвала, упростить кинематическую схему, применить индивидуальный привод на каждое колесо (мотор-колесо), обеспечивает работу дизеля в щадящем режиме. Ранее ГМТ применяли на самосвалах грузоподъемностью (г/п) до 120 т, более тяжелые машины оснащали ЭМТ. В настоящее время ГМТ применяется на всех машинах, конкурируя с ЭМТ. Например, Caterpillar выпускает линейку самосвалов с ГМТ, завершая моделью 797В г/п 345 т. Однако гидромеханическая трансмиссия уступает электромеханической по межремонтному ресурсу дороже в эксплуатации.
Основным фактором, ограничивающим применение автосамосвалов с дизель-электрическим приводом в глубоких карьерах, до сих пор являлся перегрев тяговых генераторов и электродвигателей мотор-колес. Постоянное совершенствование тягового привода карьерных самосвалов позволило решить эту проблему. Автосамосвалы БелАЗ последних моделей могут работать без перегрева тяговых электродвигателей при высоте подъема горной массы 400 м и более. Так что в ближайшем будущем конкуренция между ГМТ и ЭМТ только усилится.
Со стороны горных специалистов, представляющих особо мощные рудники (при объеме транспортировки свыше 40 млн. м³ горной массы в год), уже высказываются пожелания о создании самосвалов г/п свыше 500 т, и это экономически оправдано. Например, увеличение г/п рамных самосвалов со 100 до 300 т снижает стоимость транспортировки на 25%. Дальше совершенствовать конструкцию рамных самосвалов для удовлетворения все более возрастающих требований нецелесообразно. Для создания сверхмощных самосвалов, способных эффективно вывозить горную массу с глубоких горизонтов, необходимы новые технические решения, принципиально иные конструктивные схемы машин.

АВТОДОРОГА карьерная — служит для безопасного движения автомобилей с расчётными скоростями и нагрузками при транспортировании полезных ископаемых и пустых пород от забоев до пунктов разгрузки, а также при перевозке хозяйственных и вспомогательных грузов.

По местоположению на трассе автодороги могут быть поверхностными (проложенными на поверхности), в капитальных траншеях, на постоянных и скользящих съездах, на рабочих площадках, в забоях и на отвалах.

По условиям эксплуатации автодороги делятся на постоянные, прокладываемые на длительный срок эксплуатации, и временные, перемещающиеся вслед за фронтом работ.

Различают 3 категории автодорог, для каждой из которых выявлены максимальные скорости движения автотранспорта и другие технические характеристики — ширина проезжей части, наибольший уклон, минимальный радиус кривизны закруглённых участков, тип покрытия. Основные элементы, определяющие поперечный профиль автодороги (рис.): расстояние между бровками, называемое шириной земляного полотна, проезжая часть, обочины, кюветы. Размеры элементов поперечного профиля устанавливаются в зависимости от вида подвижного состава, числа полос движения и конструкции водоотводных сооружений.

Проезжая часть выполняется с односторонним или двухсторонним уклоном для отвода воды. Односкатную поверхность проезжей части устраивают на петлевых и спиральных съездах в карьере, а также на отвальных и забойных дорогах, двускатную — на прямых участках постоянных дорог, на поверхности и в капитальных траншеях. Ширина проезжей части временных дорог 10,5-13,5 м, постоянных при двухстороннем движении автомашин грузоподъёмностью 27-75 т — до 14-20 м.

Проезжая часть постоянных автодорог имеет дорожную одежду, обеспечивающую движение с высокими скоростями и предохраняющую дорогу от разрушения под действием подвижного состава и природных климатических факторов. Дорожную одежду постоянных автодорог устраивают из одного или нескольких конструктивных слоев. Нижний, несущий слой, или дорожное основание, обычно отсыпают из полускальных или скальных пород, получаемых при ведении горных разработок, а также из рыхлых грунтов.

Выбор материала для верхнего слоя дорожного покрытия зависит от срока предполагаемой эксплуатации дороги и грузонапряжённости движения. Распространение при сооружении автодорог в CCCP и за рубежом получило нежёсткое щебёночное покрытие (крупность кусков до 70 мм) часто с обработкой вяжущими материалами на основе битумов (глубиной пропитки до 10-12 см). При полускальном основании толщина щебёночного покрытия достигает 30-45 см, при скальном — 10-15 см. С увеличением грузоподъёмности автомобилей для стационарных автодорог применяют цементобетонное покрытие, отличающееся высокой прочностью и долговечностью. При рыхлых и полускальных породах в основании толщина такого покрытия составляет 25-45 см на автодорогах, предназначенных для движения автомобилей грузоподъёмностью 27-75 т.

Для оснований временных автодорог используют вскрышные породы. При устройстве автодорог в этих случаях ограничиваются профилированием их бульдозерами и укаткой дорожными катками. Продольный профиль автодорог проектируется в виде плавной линии, состоящей из площадок, уклонов и вертикальных кривых, соединяющих участки с различными уклонами. При выборе расчётного (т.н. руководящего) уклона учитываются глубина карьера, интенсивность движения, тяговые свойства автомобилей. С увеличением уклонов сокращаются объёмы вскрышных работ, однако снижаются скорость движения, а также пропускная способность дороги и безопасность движения. Руководящий уклон на автодороге, предназначенной для современных автосамосвалов, ограничивается величиной 70-90% в направлении движения гружёных машин. Уклоны в направлении движения порожняка по условиям безопасности не превышают 100-120‰. На длинных, затяжных уклонах предусматривают вставки с уклоном до 20‰, длиной не менее 50-60 м через каждые 400- 500 м уклона. Радиусы выпуклых вертикальных кривых составляют 200-500 м, вогнутых — 150-200 м. Трассирование автодорог в карьерах производят исходя из минимального объёма земляных работ.

Автодорога в плане состоит из прямолинейных участков, сопрягаемых с помощью дуг длиной 50-90 м, или серпантинов длиной 130-170 м. В местах пересечения автодорог с водотоками, оврагами или другими путями сообщения устраивают искусственные сооружения — мосты, трубы, путепроводы, транспортные развязки и т.п.

Одна из характеристик автодороги — её пропускная способность, т.е. максимальное число автомобилей, проходящих по данному участку дороги в единицу времени. Пропускная способность полосы автодороги при движении в одном направлении определяется по формуле

N = 1000 • v/к • L_б, где

v — расчётная скорость движения, км/ч;

к = 1,75-2 — коэффициент неравномерности движения;

L_б- интервал безопасности между автомобилями.

Величина интервала безопасности складывается из пути, проходимого автосамосвалом за время реакции водителя, тормозного пути автомашины и её длины, т.е. может быть представлена в виде

L_б = v•t_p/3,6 + v 2/254 (р+о₀±i) + I_a, где

t_p = 0,6-1,0 с — время реакции водителя;

р = 0,15-0,2 — коэффициент сцепления колёс с дорожным покрытием для неблагоприятных условий;

о₀ = 0,02-0,025 — удельное основное сопротивление движению;

i — уклон, на котором происходит торможение (в тысячных долях);

I_a — длина автомобиля.

Пропускная способность двухполосных автодорог определяется по этой же формуле для каждого направления. Для безопасного непрерывного движения автотранспорта в условиях карьеров создаётся дорожная служба (уход за дорогой и дорожными сооружениями, поддержание их в чистоте и т.п.). В шахтах в целях снижения эксплуатационных расходов, повышения производительности самоходных машин и др. строят подземные автодороги. Основные виды покрытия, распространённые на отечественных и зарубежных рудниках, — бетонные, асфальтовые и подсыпка щебнем. Перспективное направление механизации строительства и улучшения подземных автодорог — механическая обработка скальной почвы горных выработок и использование её в качестве дорожного полотна.

Вопрос 29