Технологические основы взрывных работ на карьерах

#

Различают следующие методы взрывных работ: скважинных зарядов (самый распространенный на современных карьерах), камерных зарядов (применяется при взрывании больших массивов горных пород на выброс, сброс или дробление), наружных и шпуровых зарядов. Последние два метода на карьерах применяются редко, как правило, их применяют для дробления негабаритных блоков.
Метод отбойки скважинными зарядами является основным на карьерах. Скважины в массиве обычно располагаются вертикально, реже наклонно, совсем редко — горизонтально. Основные параметры буровзрывных работ при вертикальном расположении скважин: диаметр скважины, высота уступа, расстояние между зарядами, расстояние между рядами, длина перебура, линия наименьшего сопротивления, высота забойки, величина заряда, его конструкция.
Конструкция скважинного заряда. Заряд в скважинах располагают в виде сплошной колонки — сплошной заряд, либо с воздушными промежутками или из забойки — рассредоточенный заряд. В последнем случае достигается лучшее и более равномерное дробление материала по всей высоте уступа. Схема рассредоточенного заряда на уступе высотой 15 м показана на рис. 146.

Для получения сосредоточенных зарядов буровые скважины и шпуры простреливают небольшими зарядами ВВ, в результате чего на дне скважины создается пространство для размещения сосредоточенного заряда ВВ. Это пространство называют «котлом», а сосредоточенный заряд — «котловым» зарядом. Котловые заряды используют, когда объем скважины недостаточен для размещения в нем необходимого по расчету заряда ВВ. Существенные недостатки котловых зарядов: на прострелку затрачивается дополнительное время, дробление взорванного массива хуже, чем при колонковых зарядах.
Прогрессивным методом управления действием взрыва является применение конструкции заряда с воздушными промежутками (см. рис. 146), который обеспечивает повышение интенсивности и равномерности дробления (размер среднего куска уменьшается в 1,5-3 раза, выход негабарита сокращается в несколько раз), сокращает объем работ по забойке, снижает удельный расход ВВ (на 10-30 %), увеличивает выход горной массы, уменьшает заколы в глубь массива и сейсмический эффект взрыва.
Улучшение дробления горных пород при взрывании зарядов с воздушными промежутками достигается за счет перераспределения энергии во взрывном импульсе (снижение пикового давления в начальный период и удлинение действия взрыва), запирания газообразными продуктами взрыва верхнего заряда, действия взрыва нижнего (основного) заряда, интерференции взрывных волн верхнего и нижнего зарядов

Выемка пород скреперами, бульдозерами и погрузчиками.

# Бульдозеры, скреперы и одноковшовые погрузчики относятся к выемочно-транспортным машинам, которые при производстве вскрышных, добычных и вспомогательных работ на карьерах отделяют горную массу от массива или навала, перемещают (транспортируют) ее в рабочем органе и укладывают в отвал или грузят в транспортные средства. Погрузка транспортных средств бульдозерами и скреперами осуществляется с использованием специальных бункеров. Погрузчики производят непосредственную погрузку транспортных средств.

Бульдозер представляет собой агрегат, состоящий из базового гусеничного или колесного трактора (тягача) и навесного бульдозерного оборудования (отвала, устройства для подвески отвала к базовой машине, системы привода отвала). Некоторые конструкции допускают поворот отвала в плане относительно трактора. В зависимости от условий работы применяются отвалы различной конструкции. Наиболее распространен сварной отвал коробчатой формы, в нижней части которого закреплен стальной нож. Для увеличения прочности отвал снабжается ребрами жесткости, а при работе в сыпучих породах - открылками-удлинителями. В условиях плотных пород отвал снабжается съемными зубьями, позволяющими рыхлить породу в процессе работы.

Бульдозеры имеют гусеничный или пневмоколесный ход. Колесные бульдозеры оснащены шинами низкого давления (0,15..0,175 МПа), что обеспечивает их высокую проходимость и большую скорость передвижения (до 30 км/ч).

По мощности тягача бульдозеры разделяются на:

• сверхмощные (мощность более 250 кВт);
• мощные (150..250 кВт);
• средней мощности (75..150 кВт);
• легкие (до 75 кВт).

Бульдозеры имеют гидравлическое и канатное управление. Заглубление отвала у канатных бульдозеров происходит под действием силы тяжести, а при гидравлическом управлении - с помощью гидравлических систем.

На карьерах бульдозеры используются как для производства вспомогательных работ (зачистка кровли пласта, планировка трассы транспортных коммуникаций и рабочих площадок уступов, понижение их высоты, сооружение насыпей и др.), так и вскрышных и добычных работ. В тяжелых условиях наибольшее применение получили гусеничные бульдозеры с неповоротным в плане отвалом. Применение колесных бульдозеров целесообразно при большой разбросанности участков с малыми объемами работ.

Рабочий цикл бульдозера при разработке пород состоит из операций зарезки горизонтального или наклонного слоя, резания этого слоя для получения призмы волочения и перемещения ее к месту разгрузки. Для эффективной работы плотные, трещиноватые и мерзлые породы необходимо готовить к выемке механическим рыхлением.

Производительность бульдозера зависит в основном от:

• мощности базового трактора;
• размеров отвала;
• расстояния транспортирования;
• свойств разрабатываемых пород.

Максимальный поперечный уклон при работе бульдозеров не должен превышать 30%. Бульдозер может преодолевать подъем 15-18 и 35-40% соответственно с грузом и без груза, а также спуск 45%.

Колесный скрепер - самоходный или прицепной к тягачу агрегат, служащий для зачерпывания, перемещения и разгрузки породы. Рабочим органом скрепера является ковш, имеющий на передней кромке днища нож, с помощью которого срезается слой породы. Ковш скрепера бывает телескопическим и грейферным. По способу разгрузки ковша различают скреперы со свободной, принудительной и полупринудительной разгрузкой породы. При свободной разгрузке порода разгружается путем опрокидывания ковша вперед или назад. Принудительная разгрузка состоит в выталкивании породы задней стенкой ковша. Полупринудительная разгрузка осуществляется опрокидыванием ковша вперед и частичным выталкиванием.

Скреперы бывают одноосные и двухосные. По способу управления различают скреперы гидравлические и с механическим (канатным) управлением.

Наиболее перспективны для открытых разработок мощные самоходные или полуприцепные скреперы, созданные на базе колесных одно и двухосных тягачей и обладающие большой скоростью (40-60 км/ч без груза и 20-30 км/ч с грузом) и маневренностью. Скреперы с гусеничными тягачами используются лишь при плохих дорожных условиях и небольшом расстоянии транспортирования (до 300 м).

Скреперы используются при производстве вскрышных и добычных работ, проходке траншей и сооружении насыпей, зачистке пластов полезных ископамых, производстве работ по рекультивации и при различных вспомогательных работах. Скреперы в основном используются при разработке мягких пород. В последние годы мощные скреперы находят применение при разработке мелкораздробленных скальных пород. В тяжелых условиях загрузка скреперов осуществляется, как правило, с подталкиванием бульдозером-толкачом.

Разработка пород скрепером осуществляется следующим образом. При подходе скрепера к забою поднимается передняя его заслонка, а ковш опускается. В процессе дальнейшего движения скрепера по забою его нож срезает слой породы, толщина которого в мягких породах составляет 0,2-0,3 м, а в плотных и хорошо разрушенных - 0,1-0,15 м. После наполнения ковш поднимается, закрывается заслонка и скрепер перемещается к месту разгрузки. На отвале ковш опускается, поднимается передняя заслонка и задняя стенка, перемещаясь по ковшу, выталкивает породу. После разгрузки ковш поднимается, задняя стенка сдвигается в исходное положение и опускается передняя заслонка. В таком положении скрепер возвращается в забой и цикл повторяется.

Разработка породы скрепером производится горизонтальными слоями (при заполнении ковша на горизонтальной площадке) и наклонными слоями (в основном при проведении траншей) с заполнением ковша на наклонной поверхности при движении скрепера под уклон. В последнем случае время разгрузки ковша сокращается на 20-30% благодаря большой толщине срезаемого слоя. Угол наклона забоя изменяется в пределах 10—20°.

Колесные скреперы выгодно отличаются от других выемочных машин простотой конструкции, надежностью, небольшой массой и стоимостью.

Производительность мощных колесных скреперов зависит от расстояния транспортирования. Сменная эксплуатационная производительность скреперов с ковшом вместимостью 15 м³при расстоянии транспортирования 200 м составляет 1000-1500 м³ (при транспортировании на расстояние 1000 м она снижается до 300 м³).

Одноковшовый погрузчик представляет собой самоходное шасси с короткой стрелой, на конце которой шарнирно закреплен ковш. Черпание породы происходит при опущенной стреле под действием усилия ходового механизма или под действием гидравлического напора при застопоренном ходовом механизме. После наполнения ковш слегка поднимается и погрузчик отъезжает к месту разгрузки. Разгрузка может быть передняя, задняя и боковая.

Различают погрузчики неповоротные (ковш при разгрузке не поворачивается) , полуповоротные и полноповоротные. Погрузчики бывают на пневмоколесном и гусеничном ходу, обладают большой скоростью передвижения и используются как для погрузки автосамосвалов в забоях, так и в качестве самостоятельных транспортных средств. Скорость их движения по дорогам с покрытием достигает 25 и 45 км/ч соответственно с грузом и без груза, а по карьерным дорогам она составляет 10-15 км/ч. Погрузчики на гусеничном ходу используются для погрузки транспортных средств, удаленных от забоя на 10-15 м.

Погрузчики могут быть с дизельным, дизель-электрическим и дизель-гидравлическим приводом. По мощности привода различают погрузчики малой мощности (мощность до 75 кВт), средней (75-150 кВт) и большой (более 150 кВт). Управление погрузчиком может быть канат-но-блочным и гидравлическим.

Высота забоя погрузчика ограничивается высотой черпания и составляет 1-5 м. Для мощных погрузчиков с ковшом вместимостью более 5 м³ она может достигать более 9 м. Высота разгрузки для мощных погрузчиков достигает 5 м.

Погрузчики имеют небольшую массу (в 6-8 раз меньшую, чем у экскаваторов с той же вместимостью ковша), простую конструкцию, высокую маневренность и большую скорость движения, что позволяет их использовать не только для погрузки в сложных забоях, но и для транспортирования горной массы и многозабойного обслуживания. По сравнению с одноковшовыми экскаваторами эксплуатационные затраты при использовании погрузчиков и их стоимость в 2-3 раза ниже.

Основными недостатками, ограничивающими применение погрузчиков, являются небольшие параметры рабочего оборудования (что ограничивает высоту разрабатываемых уступов до 10 м) и относительно небольшое напорное усилие (в моделях малой и средней мощности), которое недостаточно для разработки крупнокусковатых пород.

Погрузчики целесообразно применять на карьерах строительных материалов и цветных металлов, а также при разработке сложных забо ев небольшой высоты, сложенных рыхлыми и хорошо раздробленными скальными и полускальными породами.