Процессы открытых горных работ
Процессы открытых горных работ 2
Процессы открытых горных работ 3
Процессы открытых горных работ 4
Процессы открытых горных работ 5
Процессы открытых горных работ 6 Горно-добывающая промышленность является основой индустриального развития общества. Добываемые из недр Земли уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф обеспечивают топливом электростанции, транспорт и коммунально-бытовой сектор. Руды черных, цветных и редких металлов являются сырьем для металлургической промышленности. Добыча горно-химического сырья обеспечивает потребности химической промышленности в сырье и сельского хозяйства в удобрениях, а добыча строительных горных пород служит основой развития строительной индустрии.
Процессы открытых горных работ 7 В стоимости конечной продукции перерабатывающих отраслей России - электроэнергии, тепла, металлов, минеральных удобрений, строительных материалов и изделий - затраты на сырье, поставляемое горно-добывающими предприятиями, составляет от 30-40 до 60-70%. В связи с этим ведущее место в горной промышленности должно принадлежать экономически наиболее эффективным способам добычи полезных ископаемых при использовании наиболее совершенной техники и технологии горных работ.
Процессы открытых горных работ 8 Открытый способ добычи полезных ископаемых характеризуется значительно более высокими технико-экономическими показателями и несопоставимо более безопасными условиями труда рабочих по сравнению с подземной добычей. Затраты на добычу полезных ископаемых на большинстве карьеров в 1,5–2,0 раза ниже, а производительность труда рабочих в 2–3 раза выше, чем на шахтах и рудниках. В частности, на угольных разрезах и шахтах России в 2013 г. производительность труда рабочих по добыче составила соответственно 388,9 т и 144,3 т в месяц на человека.
Процессы открытых горных работ 9 Столь высокие показатели открытых горных работ объясняются в первую очередь возможностью применения на карьерах крупногабаритного, мощного и высокопроизводительного оборудования, использование которого при подземной добыче невозможно из-за ограниченных размеров подземных горных выработок. К настоящему времени открытый способ стал основным способом добычи твердых полезных ископаемых.
Процессы открытых горных работ 10 Его удельный вес в добыче угля достиг 71,2%, при добыче железных руд - около 90%, цветных металлов - 60%, горно-химического сырья - 100%, а строительные горные породы уже давно добываются только открытым способом. Главенствующее положение открытого способа в добыче полезных ископаемых сохранится и в обозримой перспективе. Цель курса «Процессы открытых горных работ» - изучение средств и способов осуществления на карьерах технологических
Процессы открытых горных работ 11 процессов, включающих подготовку горных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, перемещение и складирование пород. Этот курс является первым в перечне специальных дисциплин по подготовке горных инженеров- открытчиков, формирование которых завершается изучением курсов «Технология и комплексная механизация открытых горных работ», «Проектирование карьеров», «Эксплуатация карьерного оборудования» и других дисциплин специализации.
Процессы открытых горных работ 12 Инициатором создания курса был академик В.В. Ржевский. Им был подготовлен и первый учебник «Процессы открытых горных работ». В течение многих лет Владимир Васильевич непрестанно работал над совершенствованием учебника, последнее (четвертое) издание книги вышло в свет в 1985 г. За прошедшие после этого годы в технике и технологии открытых горных работ произошли существенные изменения, что, естественно, требует своего отражения в учебной литературе.
Процессы открытых горных работ 13 В связи с этим в настоящем учебнике предпринята попытка возможно более полно осветить современное состояние теории и практики осуществления технологических процессов на карьерах и направления их дальнейшего совершенствования. Учебник подготовлен в соответствии с рабочей учебной программой по дисциплине «Процессы открытых горных работ» и является, в сущности, конспектом лекций по этому курсу, которые в течение более 20 лет читаются авторами учебника для студентов- открытчиков Московского государственного горного университета.
Процессы открытых горных работ 14 Принадлежа к научной школе В.В. Ржевского и разделяя научные и методологические идеи, заложенные им при разработке курса, мы счи таем необходимым сохранить их, развивая и дополняя в той мере, которая определяется уровнем современного состояния горной науки, техники и технологии в области открытых горных работ. Поэтому в качестве научной основы настоящего учебника принято учение о горных породах, являющихся объектом горных работ.
Процессы открытых горных работ 15 Именно свойствами пород прежде всего определяются как выбор техники, технологии и параметров технологических процессов, так и их технико-экономические показатели и экономика горного предприятия в целом. Описание особенностей и оценка эффективности каждого из технологических процессов в учебнике базируются поэтому на простых, доступных к определению в условиях карьера данных о свойствах горных пород в массиве и в разрыхленном состоянии.
Процессы открытых горных работ 16 Они же используются для инженерных расчетов при проектировании параметров технологических процессов. Изложенные в учебнике сведения дают студентам возможность с необходимой глубиной изучить комплекс вопросов, связанных с осуществлением технологических процессов при открытых горных работах, и использовать полученные знания при освоении других дисциплин специализации, при принятии технических и технологических решений в процессе курсового и дипломного проектирования и в последующей инженерной деятельности.
Процессы открытых горных работ 17 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ДОБЫЧИ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Добыча полезных ископаемых подземным способом В мировой практике существуют два основных способа добычи твердых полезных ископаемых - подземный и открытый. Другие способы добычи - подводный, скважинная гидродобыча, выщелачивание и др. - пока не играют сколь-нибудь заметной роли.
Процессы открытых горных работ 18 Подземный способ добычи применяется при разработке залежей полезного ископаемого, характеризующихся различной мощностью и значительной глубиной залегания. При этом способе добычные и подготовительные работы производятся в забоях подземных горных выработок. Система горных выработок шахты или рудника обычно включает вертикальные или наклонные стволы, камеры, квершлаги, штреки, уклоны и др., с помощью которых открывается доступ к полезному ископаемому и обеспечивается его доставка на поверхность (рис. 1.1).
Процессы открытых горных работ 19 Рис. 1.1. Принципиальная схема добычи полезного ископаемого подземным способом: 1 - угольный пласт; 2, 3 - основной и вспомогательный стволы; 4 -квершлаги; 5, 6 - откаточный и вентиляционный штреки
Процессы открытых горных работ 20 Подземные выработки служат также для перемещения людей, доставки под землю различного рода грузов — узлы горно-транспортных машин, запасные части, материалы для крепления горных выработок, взрывчатые материалы и т.п. Через горные выработки осуществляется проветривание шахт и водоотлив. Капитальные горные выработки, к которым относятся стволы, околоствольные дворы, квершлаги, камеры различного назначения, проходятся в период строительства шахты, до сдачи ее в эксплуатацию, т.е. до начала добычных работ.
Процессы открытых горных работ 21 Так, диаметр стволов не превышает обычно 5–6 м, а ширина и высота горизонтальных выработок составляет не более 3–4 м. Такие размеры выработок не позволяют использовать под землей мощную крупногабаритную технику и обеспечить высокий уровень производительности труда рабочих. Это обстоятельство является одной из отличительных особенностей подземного способа добычи полезных ископаемых. Другая его особенность состоит в том, что подземные горные работы не вызывают крупномасштабных нарушений земной поверхности.
Процессы открытых горных работ 22 Эти выработки служат обычно в течение всего срока службы шахты. Проходка других выработок — штреков, уклонов и пр. производится и в период эксплуатации по мере развития горных работ. Во времени проходка этих выработок совмещается с добычными работами, опережая их в пространстве. Глубина вертикальных стволов достигает тысячи метров и более. Протяженность горизонтальных выработок составляет многие сотни и тысячи метров. Подземные выработки имеют, как правило, ограниченные поперечные размеры.
Процессы открытых горных работ 23 Так, диаметр стволов не превышает обычно 5–6 м, а ширина и высота горизонтальных выработок составляет не более 3–4 м. Такие размеры выработок не позволяют использовать под землей мощную крупногабаритную технику и обеспечить высокий уровень производительности труда рабочих. Это обстоятельство является одной из отличительных особенностей подземного способа добычи полезных ископаемых. Другая его особенность состоит в том, что подземные горные работы не вызывают крупномасштабных нарушений земной поверхности.
Процессы открытых горных работ 24 Тем не менее и при подземной добыче из сельскохозяйственного или иного вида использования изымаются земли, необходимые для строительства поверхностных сооружений (надшахтных зданий, механических мастерских, административно-бытовых зданий и др.), для размещения отвалов пород, извлекаемых в процессе проходки горных выработок, складов полезного ископаемого, подъездных путей и т.п. Подземные горные работы оказывают существенное отрицательное влияние на режим и качество подземных вод и поверхностных водных источников, куда обычно сбрасывается откачиваемая из шахты вода.
Процессы открытых горных работ 25 Токсичные вещества, попадающие в шахтные воды из покрывающих и подстилающих полезное ископаемое горных пород, разносятся, таким образом, на значительные расстояния, измеряемые десятками километров. При использовании воды из загрязненных поверхностных источников для полива токсичными веществами загрязняются сельскохозяйственные угодья.
Процессы открытых горных работ 26 Подземная добыча сопровождается большими объемами выбросов загрязненного воздуха при проветривании шахт и рудников, пылеобразованием на складах полезного ископаемого и отвалах пустых пород (терриконах), что является источником загрязнения атмосферы. Но наиболее важно, что работа людей под землей сопряжена с высоким уровнем опасности для их здоровья и жизни, особенно при добыче угля в шахтах, опасных по газу и пыли.
Процессы открытых горных работ 27 Добыча полезных ископаемых открытым способом Для разработки открытым способом доступны в основном залежи полезных ископаемых, характеризующиеся достаточно большой мощностью при относительно небольшой глубине их залегания. В этом случае добыча полезного ископаемого производится после удаления вскрышных пород, которые в ходе разработки залежей перемещаются во внешние или внутренние отвалы.
Процессы открытых горных работ 28 Именно в необходимости удаления покрывающих залежь вскрышных пород состоит основная особенность открытого способа добычи и его принципиальное отличие от подземного. При разработке крутых и наклонных месторождений вскрышные породы, как правило, размещаются во внешних отвалах (рис. 1.2, а, б).
Процессы открытых горных работ 29 При разработке пологих и горизонтальных месторождений для размещения вскрышных пород используется выработанное пространство, образующееся после извлечения полезного ископаемого (рис. 1.2, в). Основным условием возможности применения открытого способа добычи является близость залежи полезного ископаемого к земной поверхности и достаточно большая ее мощность. Чаще всего открытым способом разрабатываются залежи мощностью от 10–15 м до 30–50 м и более.
Процессы открытых горных работ 30
Процессы открытых горных работ 31 Рис. 1.2. Схемы добычи полезного ископаемого открытым способом при крутом (а), наклонном (б) и горизонтальном (в) залегании пласта: 1 — пласт полезного ископаемого; 2 — отвал вскрышных пород; 3 — направление грузопотоков вскрышных пород
Процессы открытых горных работ 32 Однако в мировой практике известны примеры открытой разработки тонких угольных пластов мощностью 1–2 м и менее при благоприятном (горизонтальном) их залегании на небольшой глубине. Разрабатываемые открытым способом залежи могут иметь пластовую ( пластообразную ) форму. Пластовые залежи могут быть представлены одним пластом или свитой из нескольких, обычно параллельно залегающих пластов.
Процессы открытых горных работ 33 Такие залежи (обычно это угольные пласты) характеризуются четким контактом с вмещающими породами и достаточно выдержанными мощностью и углами падения. Рудные залежи могут иметь значительно более сложную, часто неправильную форму — штоки, линзы, жилы и др. Залежи могут выходить непосредственно на земную поверхность или могут быть покрыты сравнительно небольшим слоем вскрышных пород мощностью до 20–30 м (рис. 1.3).
Процессы открытых горных работ 34 Такие залежи относятся к залежам поверхностного типа, которые наиболее доступны для разработки открытым способом. Примером таких залежей являются угольные месторождения Канско-Ачинского бассейна. Залежи глубинного типа располагаются ниже господствующего уровня поверхности. Их разработка открытым способом наиболее удобна и целесообразна в том случае, если залежь имеет выход на поверхность (под наносы).
Процессы открытых горных работ 35 Такие условия характерны для большинства угольных месторождений (рис. 1.4, а). Если залежь расположена на значительной глубине (до 200–250 м) и не имеет выхода на поверхность (рис. 1.4, б), то даже при очень большой ее мощности вопрос о выборе способа разработки (открытый или подземный) должен решаться на основе технико-экономического анализа.
Процессы открытых горных работ 36 Открытым способом разрабатываются также залежи нагорного (высотного) типа, расположенные выше господствующего уровня поверхности (рис. 1.5, а), и залежи высотно-глубинного типа, которые располагаются частично выше, а частично ниже уровня поверхности (рис. 1.5, б). По углу падения разрабатываемые открытым способом залежи подразделяются на горизонтальные (с углом падения 0–5°), пологопадающие (угол падения 6–14°), наклонные (от 15 до 30–45°) и крутые (свыше 30–46°).
