Материал: Объекты и условия открытой разработки. Отличительные признаки открытых горных работ. Достоинства и недостатки

Кроме того, при открытой разработке применяются бульдозеры, колесные скреперы, отвальные плуги, отвалообразователи, зарядно - смесительные машины для приготовления взрывчатых веществ и автоматизированного заряжания взрывных скважин, другое мощное оборудование.

Объекты открытых горных работ

полезный ископаемое горный порода

Объектами горных разработок являются различные горные породы: коренные, и их покрывающие.

К коренным породам относятся магматические, метаморфические и осадочные, залегающие в толще земной коры на месте своего образования.

К покрывающим относятся наносы, то есть измельченные породы, переотложенные или перенесенные от основного места своего происхождения.

Горные породы и содержащиеся в них минералы в процессе выемки и переработки характеризуются определенными технологическими свойствами, главными из которых являются трудоемкость их добычи и полезность использования. На современном этапе, в условиях рыночной экономики на первое место выходит коммерческая ценность добываемого минерального сырья. Технологические свойства горных пород обуславливают выбор оборудования для их разработки и переработки, схему комплексной механизации, величину затрат, что в конечном счете определяет экономическую эффективность разработки месторождения. Коммерческая ценность сырья определяется спросом на рынке сбыта.

Трудоемкость разработки определяется физико-механическими свойствами горных пород, к которым относятся плотность в массиве, крепость, трещиноватость, разрыхляемость, пределы прочности на сжатие, на сдвиг, на растяжение, сцепление, угол внутреннего трения.

Совокупная оценка физико-механических свойств пород по трудности их разработки производится на основании классификации горных пород.

Существует несколько классификаций горных пород, в соответствии с которыми производится планирование горных работ и нормирование затрат на различные виды работ, а также осуществляется учет выполнения работ и т. д. Наиболее широкое распространение на открытых горных работах получили две классификации. Это классификация крепости профессора М. М. Протодьяконова, в соответствии с которой рыхлые и мягкие породы имеют коэффициент крепости до 1, полускальные - от 1 до 5, скальные - от 5 до 20.

Существует шкала крепости и порядок определения крепости пород и минералов, которые рассматриваются в курсе, изучающей геологические дисциплины.

Академик В.В. Ржевский предложил классификацию горных пород по относительной трудности разрушения, которая характеризуется общим показателем трудности разрушения породы. По трудности разрушения все породы делятся на пять классов и 25 категорий. Такие данные приведены в геологических справочниках.

Показатель категории совпадает с величиной показателя трудности разрушения П_р.

П_р = 0,05 k_тр.(у_сж. + у_сдв. + у_раст.) + 0,0005г,

Где k_тр - коэффициент трещиноватости (0,1 - 1,0);

г - плотность пород, кг/м³;

Общий показатель трудности разрушения породы определяет относительное сопротивление горных пород воздействию внешних усилий и предназначен для общей технической оценки горной породы как объекта открытой разработки. По этому показателю можно определить и правильно выбрать способ механизации горных работ и основное оборудование. Для расчетов отдельных конкретных процессов открытой разработки (бурения, взрывания, экскавации и транспортирования пород) используются показатели трудности, имеющие единую методологическую основу определения с показателем П_р.

В теории и практике открытых горных работ для технологической характеристики горных пород используются следующие группы.

1. Рыхлые и мягкие породы

Отделяются от массива без предварительного рыхления всеми видами горных машин простым копанием с небольшим усилием. Как правило это почвенно - растительный слой, пески, глины, суглинки и др. Эти породы способны сохранять углы откоса 50 - 60 градусов при высоте уступа до 15 м.

2. Плотные породы

Отделяются от целика горными машинами без предварительного рыхления при достаточных усилиях копания (не менее 0,4 Мпа) либо с предварительным рыхлением. К этой категории пород относятся твердые глины, мел, бурые и каменные угли, глинистые руды и другие. Они способны сохранять в массиве углы откоса до 70 градусов при высоте уступа до 20 м.

3. Полускальные породы

При разработке требуется предварительное рыхление взрывным способом, либо специальные горные машины (комбайны, струги и т. п.).

К полускальным породам относятся выветрелые изверженные и метаморфические породы, а также большинство осадочных пород (глинистые сланцы и песчаники). Руды гематитовые, мергели, известняк-ракушечник, аргиллиты, алевролиты, гипс, каменная соль, каменные и прочие бурые угли и др.)._

4. Скальные породы

По классификации проф. В.В. Ржевского они подразделяются на легкоразрушаемые скальные, скальные породы средней трудности разрушения, трудноразрушаемые скальные породы и весьма трудноразрушаемые скальные породы.

К скальным относится большинство изверженных и метаморфических пород (граниты, кварциты, базальты, габбро, сиениты, колчеданы), а также некоторые осадочные породы (песчаники, прочные известняки, кремнистые конгломераты и др.).

Трудность разрушения скальных и полускальных пород существенно зависит от трещиноватости пород.

Различают породы монолитные, малотрещиноватые, среднетрещиноватые, сильнотрещиноватые и слоистые.

У монолитных пород трещины практически отсутствуют, у малотрещиноватых расстояние между трещинами 100 - 150 см, у среднетрещиноватых - 50 - 100 см, у сильнотрещиноватых - 10 - 50 см. Породы, имеющие отдельности размером около 10 см являются чрезвычайно трещиноватыми. Слоистые породы характеризуются выраженным напластованием маломощных, сравнительно однородных пластов.

Разрушенные горные породы различаются по степени связности, кусковатости и прочности в куске.

По степени связности различают сыпучие разрушенные породы с коэффициентом разрыхления 1,4 - 1,65 и более, связно-сыпучие разрушенные породы с коэффициентом разрыхления 1,2 - 1,3, связно - разрушенные породы с коэффициентом разрыхления 1,03 - 1,05, сохраняющие в насыпи крутой откос.

Кусковатость горных пород определяют по среднему линейному размеру куска d_ср.

Условия залегания месторождений, разрабатываемых открытым способом

Открытым способом возможна разработка месторождений полезных ископаемых любой формы, залегающих в разнообразных природных условиях. Тем не мене выбор открытого способа разработки обосновывается возможностью получения более высоких технико-экономических показателей по сравнению с показателями при подземной разработке. А основное влияние на выбор технологии и механизации горных работ и на общие технико-экономические показатели оказывают условия залегания месторождений

Скопления минерального сырья в земной коре имеют разнообразные условия залегания и всевозможные формы. Тем не менее, накопленный опыт в горной науке позволил сформировать основные формы залегания полезных ископаемых по наиболее отличительным признакам.

• 1. По форме месторождения
• 2. По положению залежи относительно дневной поверхности
• 3. По углу наклона к горизонту залежи
• 4. По мощности залежи
• 5. По структурному строению и распределению качества полезных ископаемых
• 6. По преобладающим типам пород месторождения

Основные формы залегания приведены на рис. 2.

Рис.2 Основные формы залегания месторождений

• 1. По форме месторождения:
  • - пласты и пластообразные залежи, имеющие относительно выдержанную мощность и более или менее четкие плоскости кровли и почвы (угольные, известняковые, доломитовые, сланцевые, глиняные месторождения и.т.д.);
  • - залежи сложной формы (штоки, дайки, линзы, гнезда), свиты тектонически нарушенных пластов и.т.п..
• 2. По положению залежи относительно земной поверхности (рис2):
  • - поверхностный тип, имеющий расположение залежи на поверхности или покрытый наносами небольшой мощности (а);
  • - глубинный тип, имеющий расположение залежи значительно ниже господствующего уровня земной поверхности (б, в, г, д, е, ж, з. к, м);
  • - нагорный тип, имеющий расположение залежи на возвышенности или на склоне горы выше господствующего уровня земной поверхности (д);
  • - высотно-глубинный тип, имеющий расположение залежи частично на горе или на горном склоне (и, л).
• 3. По углу наклона к горизонту:
  • - горизонтальные или слабонаклонные (пологие) с углом наклона до 15 градусов; (возможно размещение вскрышных пород в выработанном пространстве и не требуется разноска бортов карьера для вскрытия лежачего бока);
  • - наклонные с углом наклона от 15 до 30 градусов (разноса бортов для отработки лежачего бока не требуется, складирование в выработанном пространстве вскрышных пород невозможно);
  • - крутопадающие с углом наклона более 30 градусов (требуется разноска всех бортов по мере углубки карьера).
• 4. По мощности залежи:
  • - тонкие, с мощностью залежи до 3 метров (выемка мощными одноковшовыми экскаваторами не эффективна);
  • - малой мощности с мощностью до 10 - 20 м;
  • - средней мощности с мощностью до 30 м;
  • - большой мощности с мощностью более 30 м.
• 5. По структурному строению и распределению качества:
  • - простые однокомпонентные с однородным строением и равномерным распределением качественных признаков залежи;
  • - сложно-структурные многосортные с неравномерным распределением типов и сортов руд в плане залежи и по ее глубине (разработка таких месторождений требует четкого планирования с использованием ЭВМ).
• 6. По преобладающим типам пород месторождения:
  • - скальные породы вскрыши и крепкие сорта железных и цветных руд;
  • - мягкие и плотные покрывающие породы, скальные вмещающие породы и крепкие руды;
  • - полускальные породы вскрыши и полезного ископаемого (угольные месторождения);
  • - мягкие и плотные породы вскрыши полезного ископаемого (марганцеворудные и буроугольные месторождения).