Конспект лекций. Тема1 Цели, задачи и содержание дисциплины, связь со смежными дисциплинами

Тема1 Цели, задачи и содержание дисциплины, связь со смежными дисциплинами..Характеристика основных месторождений, разрабатываемых открытым способом

План лекции

1. Цели задачи и содержание дисциплины. История становления дисциплины, ее основоположники, роль ученых Казахстана при решении оптимизационных задач выполнения процессов открытых горных работ. Значение курса для практической деятельности горного инженера. Связь курса со смежными дисциплинами.

2.Основные горно-геологические характеристики залегания месторождений.

1. Цели задачи и содержание дисциплины. История становления дисциплины. Значение курса для практической деятельности горного инженера. Связь курса со смежными дисциплинами

Открытый способ разработки полезных ископаемых является наиболее перспективным в техническом, экономическом и социальном отношениях. Благодаря мощной индустриальной базе и значительным запасам полезных ископаемых, расположенных близко к земной поверхности, этим способом в настоящее время добывается примерно ¾ общего объема твердого минерального сырья. Прогрессивный открытый способ разработки МПИ получил дальнейшее развитие при значительном улучшении ТЭП на основе совершенствования техники, технологии и организации горного производства.

Для специальности 050707 «Горное дело» учебным планом предусмотрен предмет Процессы ОГР, который органически связан с рядом дисциплин, обеспечивающих подготовку студентов к его изучению. Такие дисциплины как «Геология», «Физика горных пород», «Разрушение горных пород», «Переработка и обогащение полезных ископаемых» непосредственно примыкают к нему и способствуют более глубокому его изучению.

2.Основные горно-геологические характеристики залегания месторождений.

В зависимости от положения относительно господствующего уровня поверхности и глубины залегания различают: поверхностного типа, глубинного типа, высотного типа, высотно-глубинного типа.

По углу падения различают залежи: пологие, наклонные, крутонаклонные, крутые, сложного залегания.

По мощности залежи разделяются на весьма маломощные, малой мощности, средней мощности, мощные и весьма мощные.

Рельеф поверхности месторождения может быть равнинным, в виде склона возвышенности, в виде возвышенности, холмистым, и залежь может быть под водой. Основные типы месторождений, разрабатываемых открытым способом, различают по геометрическим признакам: углу падения и мощности залежи.

Существуют горизонтальные, пологие (с углом падения до 10°), наклонные (от 10 до 30°) и крутые (свыше 30°) залежи. Кроме того, выделяют штокообразные и массивные рудные тела, а также залежи в виде складок

Химический и минеральный состав, физические, технологические и технические свойства определяют качество полезного ископаемого.

Показателями качества полезного ископаемого в недрах являются кондиции, которые подразделяются на геологические, проектные, эксплуатационные.

Каждое добытое полезное ископаемое обладает полезными и вредными свойствами.

В процессе эксплуатации месторождения вследствие оставления полезного ископаемого в бортах карьера, в почве и кровле залежи, а также при раздельной выемке, при ВП и транспортных работах образуются его количественные потери. Также имеются качественные потери полезного ископаемого называемые разубоживанием.

Рекомендуемая литература [ 1, ]

Контрольные задания для СРС (тема 1) [ 1, ]

1. Достоинства и недостатки открытого способа разработки по сравнению с подземным.

2. Какими свойствами и показателями характеризуется качество полезного ископаемого.

3. Какими условиями определяется подразделение пластов и залежей на пологие, крутые, наклонные.

.

Тема 2.Основные и вспомогательные процессы на карьерах. Элементы и параметры карьера. (2час.)

План лекции

1Основные и вспомогательные процессы на карьерах

2. Элементы и параметры карьера, уступа.

3 Коэффициенты вскрыши.

.

Технология разработки месторождения- это совокупность способов и приемов механизированного осуществления взаимосвязанных процессов горных работ. Технология производственных процессов при выемки горных пород из массива состоит из чередующихся в производственном цикле отдельных приемов работы. Г орные работы на карьерах заключаются в выемки, перемещении и складировании полезных ископаемых и вкрышных пород.Весь комплекс горных работ можно разделить на связанные между собой основные производственные процессы. Каждому основному процессу соответствуют вспомогательные работы Помимо этого на карьерах выполняются ряд общих вспомогательных процессов - электроснабжение, водоотлив, вентиляция, ремонт оборудования и др.

Месторождение или его часть, разрабатываемая, одним карьером называют карьерным полем. Карьерное поле является объемной геометрической фигурой, характеризуемой размерами в плане и глубиной оно входит в состав земельного отвода карьера, в пределах которого размещается также удаленные из карьера вскрышные породы и, промплощадка, и другие производственные сооружения.

Элементы карьера: уступ, рабочий, нерабочий борт карьера.

Элементы уступа: нижняя и верхняя площадки, верхняя и нижняя бровки, угол откоса уступа.

Параметры карьера: конечная глубина карьера, угол откоса борта карьера, размеры дна и поверхности карьера.

Параметры уступа: высота, угол откоса уступа. Месторождение (или его часть), разрабатываемое одним карьером, называют карьерным полем. Границами карьерного поля являются поверхности, проходящие через верхний и нижний контуры карьера (рис. 19.1, а). При этом верхним контуром карьера называют линию пересечения борта карьера с земной поверхностью, а нижним — с плоскостью дна карьера. Дном карьера называется нижняя, обычно горизонтальная, поверхность карьера.

При открытой разработке месторождение разделяют на отдельные горизонтальные слои. Слои вынимают сверху вниз с опережением верхнего слоя по отношению к нижнему. Поэтому в процессе разработки карьер приобретает уступную форму.

Горизонтальный слой толщи пустых пород или полезного ископаемого, разрабатываемый самостоятельными средствами отбойки, погрузки и транспортирования горной массы, называют уступом.

Часть уступа по его высоте, которая разрабатывается самостоятельными средствами выемки, но обслуживается транспортом, общим для всего уступа, называют подуступом.

Горизонтальная часть поверхности уступа называется площадкой уступа (рис..1, 6).

Рис..1. Элементы уступа карьера:

1 — нижняя площадка уступа; 2 — верхняя площадка уступа; 3 — верхняя бровка; 4 — откос; 5 — нижняя бровка; 6 — забой; 7 — борт карьера

Различают верхнюю и нижнюю площадки уступа. Кроме того, площадки уступа подразделяются на рабочие и нерабочие. Площадка называется рабочей, если на ней располагается выемочно-погрузочное оборудование. Нерабочие площадки остаются свободными. Наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства, называется откосом. Угол наклона откоса уступа к горизонтальной поверхности называется углом откоса. Углы откосов карьера зависят от многих факторов, в том числе от физико-механических свойств пород и полезного ископаемого, высоты уступов, времени их стояния и пр. Так, для пород типа глин, песков углы откосов находятся в пределах 25—50°, для глинистых и песчанистых сланцев, известняков, песчаников, железных руд — 55—75°, для гранитных пород, кварцевых жил, базальтов — 75— 90°. Линия пересечения откоса уступа с его площадкой называется бровяой уступа. Различают верхнюю и нижнюю бровки уступа. Торец, или откос, уступа, являющийся непосредственным объектом горных работ, называется забоем.

Комплекс площадок и откосов уступов от поверхности земли до дна карьера называют бортом карьера. Поверхность, проходящую через верхний и нижний его контуры, называют откосом борта карьера.

Уступ разрабатывается последовательными параллельными полосами-заходками. Часть заходки по ее длине, разрабатываемая самостоятельными средствами отбойки и погрузки, называют блоком.

Параметры карьера: конечная глубина карьера, угол откоса борта карьера, размеры дна и поверхности карьера

Главные параметры карьера характеризуют масштабы открытых горных работ. К ним относятся:

запасы полезного ископаемого в карьерном поле, которые определяют возможный масштаб добычи, срок существования карьера и экономические результаты разработки;

конечная глубина карьера, которая определяет возможную производственную мощность, размеры по поверхности, общий объем извлекаемой горной массы. Современные карьеры имеют глубину до 450 м;

размеры карьера по простиранию и вкрест простирания по поверхности. Они определяются размерами залежи и влияют на глубину и размеры дна карьера, углы откоса его бортов;

размеры дна карьера, которые устанавливаются оконтуриванием разрабатываемой части залежи на отметке конечной глубины карьера;

углы откосов борта карьера, определяемые условиями устойчивости пород прибортового массива и размерами транспортных '.коммуникаций;

общий объем горной массы в контурах карьера — показатель, определяющий производственную мощность и срок его службы.

3.Коэффициенты вскрыши: объемный и весовой.

Различают коэффициенты вскрыши: средний эксплуатационный, слоевой, контурный, текущий, граничный, плановый. Под коэффициентом вскрыши понимается отношение полного объема вскрышных пород в кубических метрах, подлежащих удалению со всего карьерного поля, к промышленным запасам полезного ископаемого в? тоннах, извлекаемым в пределах того же поля.

. В практике проектирования и эксплуатации карьеров наи­более широко используют коэффициенты вскрыши: средний, эксплуатационный, текущий, контурный и граничный.

Средним коэффициентом вскрыши k_ср называется отноше­ние общего объема пустых пород в конечных контурах карьера V_в к отрабатываемым запасам полезного ископаемого V_и в этих же контурах:

, м³ / м³

Эксплуатационный коэффициент вскрыши выража­ет отношение объемов пустых пород V_в^с к запасам полезного ископаемого V_и^с отрабатываемым за период эксплуатации карьера:

, м³ / м³

Текущий коэффициент вскрыши выражает отношение объема пустых пород V_тв к запасам полезного ископаемого V_ти, отрабатываемым в определенный период времени (год, квартал, месяц)

, м³ / м³

Контурный коэффициент вскрыши определяет отноше­ние объемов пустых пород SDV_в к извлекаемым запасам полез­ного ископаемого SDV_и, прирезаемым к карьеру при расшире­нии его контуров в плане или при его углублении

, м³ / м³

Граничным коэффициентом вскрыши называется мак­симально допустимый коэффициент вскрыши по условиям эко­номичности открытых горных работ на данном месторождении. Он определяет максимально допустимый объем вскрыши, кото­рый может быть удален из карьера для добычи единицы полез­ного ископаемого. Величина граничного коэффициента вскрыши определяется па основании сравнения допустимой себестоимости полезного ископаемого С_д и полной себестоимости полез­ного ископаемого при открытом способе разработки месторож­дения С_п.

Себестоимость полезного ископаемого, добытого открытым способом, руб. / м³

,

где З_д — затраты на добычу полезного ископаемого (без учета затрат на вскрышные работы), руб. / м³; З_в — затраты на выемку пустых пород, руб. / м³;

k_в — коэффициент вскрыши, м³ / м³.

Экономичность открытого способа разработки месторожде­ния обеспечивается, если С_п £ С_д. При С_п = С_д k_в = k_г. В этом случае граничный коэффициент вскрыши

,

При определении граничного коэффициента вскрыши в качестве допустимой себестоимости может приниматься прогнозируемая цена полезного ископаемого на рынках минерального сырья или полная себестоимость подземной разработки данного месторождения.

Глубина, при которой себестоимость добычи 1 т угля открытым или подземным способом будет одинаковой, является границей открытой разработки, или предельной глубиной карьера. Предельной глубине карьера соответствует предельный коэффициент вскрыши.

Следует отметить условность границы между открытыми и подземными работами. С развитием техники и изменением технологии добычи угля изменяются стоимостные показатели, что отражается на значении предельного коэффициента вскрыши.

Рекомендуемая литература [1, 2, 3.5]

Контрольные задания для СРС (тема 1) [1, 2, 3.5]

1. Понятие карьера, горного отвода, уступа, рабочей площадки.

2. Как и из каких элементов формируется рабочий и нерабочий борт.

3. Какие процессы открытых горных работ, и в какой последовательности они выполняются.

4. Какие основные производственные факторы могут явиться причиной травматизма.

5.

Тема 3. Процессы подготовки горных пород к выемке. Горные породы как объект выемки Технологическая характеристикагорных пород (4 час)

.

План лекции

1.Способы подготовки горных пород к выемке. Общие сведения.

2.Технологическая характеристика горных пород.

.1Способы подготовки горных пород к выемке. Общие сведения

Подготовка горных пород к выемке производится в целях обеспечения безопасности горных работ, необходимого качества добываемого сырья, технической возможности и наилучших условий применения средств механизации последующих процессов. Подготовка включает: обеспечение устойчивости откосов уступов; осушение горных пород, подлежащих извлечению в данный период разработки; разупрочнение и изменение их агрегатного состояния; разрушение (разрыхление) породного массива и другие виды воздействия на горные породы для облегчения их выемки.

Подготовка к выемке может осуществляться механическими способами (исполнительными органами горных машин), гидравлическими способами (нагнетанием, насыщением водой, растворением), физическими способами (электромагнитным, термическим воздействием), химическим, комбинированными и взрывным способами. Выбор способа подготовки горных пород к выемке зависит прежде всего от вида, агрегатного состояния и свойств пород в массиве, мощности предприятия, наличных технических средств, предъявляемых требований к качеству добываемого сырья, а также от природных условий ведения работ. Затраты на подготовку к выемке составляют от 5 до 40 % общих затрат на горные работы.

Выемка мягких, песчаных н естественно мелкоразрушенных пород успешно производится всеми видами выемочно-погрузочного оборудования. При этом подготовка совмещена с выемкой и производится одними и теми же средствами механизации.

Выемка плотных пород также может осуществляться непосредственно из массива выемочными машинами с повышенными усилиями копания. Если усилия, развиваемые выемочными машинами, недостаточны, производится подготовка таких пород к выемке, которая заключается в их предварительном механическом рыхлении или взрывании на сотрясение. В мерзлом со­стоянии эти породы только при небольших отрицательных температурах могут разрабатываться непосредственно выемочными машинами с повышенными усилиями копания. Как правило, в этих условиях требуется подготовка к выемке механическим или взрывным способом или предварительное оттаивание. Используются также методы предохранения пород от промерзания.

Подготовка горных пород к выемке в зимних условиях включает комплекс мероприятий по предотвращению промерзания пород, рыхлению мерзлых пород и приведению их в талое состояние (оттаивание). Для предохранения пород от промерзания используют вспашку, глубокое рыхление и боронование поверхности разрабатываемого зимой слоя, создают над ним снеговой или искусственный льдовоздушный покров, а также утепляют поверхность теплоизоляционными материалами или устраивают специальные навесы и тепляки, производят химическую обработку пород. Выбор способа предохранения определяется в первую очередь глубиной промерзания пород, которая зависит от темпе­ратуры воздуха, длительности промерзания, направления и скорости ветра, а также от свойств и состояния горных пород.

Вспашка, рыхление и боронование поверхности позволяют уменьшить теплопроводность породы благодаря образованию в ней рыхлого слоя. Вспашку и рыхление производят специаль­ными плугами или рыхлителями па глубину 0, 3 - 0, 4 м, а боронование—на глубину до 0, 2 м. Применяют также глубокое (на 1—1, 8 м и более) рыхление пород экскаваторами, что уменьшает глубину их промерзания в 2—3 раза. Часто производят снегозадержание посредством снежных валов или снегозадерживающих щитов, ряды которых располагают перпендикулярно к господствующему направлению ветра на расстоянии друг от друга не более 15-кратной высоты вала. За зимний период щиты переставляют 2 — 5 раз. Для снегозадержания на площади 1 га требуется 60—100 щитов. Теплоизоляционные свойства снега иногда улучшают путем периодического дождевания его поверхности. Создаваемый ледяной по­кров препятствует конвекции.

Для предохранения от промерзания россыпей площадь, обвалованную бульдозерами (высота вала до 1, 5 м), осенью за­ливают слоем воды 0, 8—1, 5 м для создания ледяного покрова. При глубине промерзания более 0, 6—0, 8 м необходимо утеплять породу дополнительно теплоизоляционными материалами: мхом, опилками, шлаком, углем, минеральной ватой, минеральным войлоком и др.

В связи с постепенным увеличением в зимний период глубины промерзания пород при определении толщины слоя утеплителя должно учитываться время разработки блока уступа. Применение искусственных утеплителей позволяет свести до минимума, а иногда и совсем предотвратить промерзание гор­ных пород. Предварительное рыхление пород экскаваторами на глубину до 1, 2 м, боронование па глубину 0, 15 м и утепление площадок и откосов уступов слоем некондиционного угля тол­щиной 0, 15—0, 2 м позволяет на карьерах уменьшить промерзание пород в 3, 5—4 раза и обеспечить работу многоковшовых экскаваторов на вскрышных уступах в зимний период. Известны случаи утепления уступов в песчано-гравийных породах и глинах, промерзающих на глубину 2, 5—3 м, слоем пенопласта толщиной 0, 2—0, 25 м, а также вскрышными породами.

Для предохранения от промерзания как мягких, так и разрушенных пород в настоящее время применяются пенолед и замороженная пена. Для получения пены могут быть использованы алкидсульфат, вода и сжатый воздух. Слой замороженной при температуре ниже -15°С пены толщиной 0, 15—0, 2 см, равномерно наносимый с помощью пеногенераторной установки на поверхность любой конфигурации, затем дополнительно еще 3—5 раз покрывают пеной для образования защитной пенистой корки льда толщиной 3—4 мм.

Химическая обработка песчано-глинистых пород хлористыми солями натрия или калия заключается в рассыпании в сухом виде этих солей в измельченном состоянии (менее 30—40 мм) после предварительной планировки поверхности, вспашки на глубину 20—30 см при наличии уклона (для предотвращения смыва раствора). Покрытие поверхности производится парал­лельными полосами, расстояние между которыми не превышает 0, 7 м.

ОТТАИВАНИЕ МЕРЗЛЫХ ПОРОД

Оттаивание может осуществляться путем электрообогрева, поверхностного пожога, с помощью горячих газов, пара, воды, при сжигании термохимических патронов и т. п.

Электрообогрев может быть глубинным или поверхностным, низко- или высокочастотным.

При глубинном электрообогреве переменным током промышленной частоты напряжением 12—380 В электроды размещают в шнурах, пробуренных па глубину промерзания породы по квадратной или шахматной сетке на расстоянии 0, 5—0, 7 м один от другого. Электрическая цепь замыкается по талой породе под мерзлым слоем. В результате нагрева талой породы н передачи тепла вышележащим слоям происходит их постепенное оттаивание снизу вверх.

При поверхностном электрообогреве полосовые электроды в виде сеток из тонкой медной проволоки, длина которых равна наклонной высоте уступа, укладывают на его откос. Питание осуществляется от генератора высокочастотных колебаний.

Поверхностный пожог (сжигание слоя угля толщиной 0, 2— 0, 35 м на поверхности слоя мерзлых пород) иногда используется па карьерах по добыче глин: промерзшая до глубины 2 м глина полностью оттаивает в течение 6—10 дней.

Для поверхностного оттаивания пород газообразным топливом используются горючие газы, поступающие в карьер по газопроводу или доставляемые в баллонах. Оттаивание паром производится с помощью паровых игл (стальных труб внутренним диаметром 19—22 мм и длиной 1, 7—-3 м), вставляемых в шпуры или забиваемых в породы по мере их оттаивания на расстоянии 2—2, 5 м друг от друга. Используется насыщенный пар с температурой 102—110°С под давлением 0, 2—0, 5 МПа, Продолжительность оттаивания тя­желых глин 4--6 ч, расход пара на 1 м³ мерзлоты составляет приблизительно 20—30 кг. Достоинство способа—относительная экономичность, недостаток—увлажнение пород, способствующее их повторному замерзанию.

Подобным же образом осуществляется оттаивание горячей водой. Оттаивание речной водой производят посредством нагнетания ее по погружаемым в мерзлые породы трубчатым иглам, проведения дренажных канав или дождевания. Оно может производиться также при естественном просачивании ее из распо­ложенной на возвышенной части массива оросительной канавы в расположенную ниже на расстоянии 70—150 м дренажную канаву глубиной до 2—3 м. От оросительной могут проводиться поперечные канавы глубиной до 0, 7 м, оканчивающиеся в 30— 50 м от дренажной.

При водооттаивании дождеванием распыленная стационарной или передвижной дождевальной установкой вода просачивается через верхний талый слой пород под уклон и, отдавая тепло нижележащему слою мерзлоты, постепенно понижает ее уровень.

Гидрооттаивание и парооттаивание широко применяют на разработках россыпей в районах многолетней мерзлоты. Оттаивание определяют с помощью щупов и замеров температуры или электросопротивления в контрольных иглах и скважинах. При разработке многолетней мерзлоты интенсифицируют естественное оттаивание.

МЕХАНИЧЕСКОЕ РЫХЛЕНИЕ

Механическое рыхление пород осуществляется прицепными или навесными рыхлителями, в которых масса тягача используется для заглубления рабочего органа рыхли­теля. Глубина рыхления прицепными рыхлителями достигает обычно 0, 4—0, 5 м, а навесными— 1, 5—2 м. На открытых разработках наиболее успешно применяются навесные рыхлители тяжелого типа на тракторах мощностью более 250 кВт. Рыхлители могут иметь до пяти зубьев с цельными или со­ставными наконечниками. Для подготовки полускальных пород применяют однозубые рыхлители, а в плотных породах целесообразнее использовать многозубые рыхлители для увеличения их производительности. Навесные рыхлители имеют гидравлическую систему изменения глубины рыхления. Рыхление мало и среднетрещиноватых полускальных пород производят зубьями с прямыми стойками. Для рыхления хрупких и сильнотрещиноватых пород используют зубья сложной формы.

К параметрам рабочего органа рыхлителя относятся: угол резания g, угол заострения w, задний угол j толщина и длина зуба, расстояние между зубьями.

Сила резания рыхлителя зависит от угла рыхления. Оптимальный угол рыхления при полускальных и мерзлых породах составляет 30—45". Увеличение его от 40 до 60° удваивает лобовое сопротивление зубу.

Угол заострения наконечников - 20—30°. Он принимается таким, чтобы при любом заглублении зубьев задний угол был больше 10° при рыхлении мерзлых и 5—7° при рыхлении скальных и полускальных пород. Уменьшение угла j ведет к смятию породы задней гранью наконечника, увеличению его износа и сопротивления породы рыхлению.

При движении рыхлителя порода разрушается в границах трапециевидной прорези.

В монолитных породах в нижней части прорези образуется щель, ширина основания которой близка к толщине наконечника зуба, а высота (0, 15— 0, 2) величины заглубления зуба рыхлителя. Угол наклона боковых стенок прорези к изменяется от 40 до 60° в зависимости от трудности разрушения пород и параметров наконечника. Рыхлимость пород определяется возможным заглублением зуба рыхлителя и зависит от мощности, развиваемой рыхлителем, прочности пород и трещиноватости массива. Рыхление монолитных пород происходит в основном за счет преодоления сопротивления их растяжению, а трещиноватых пород—сцепления по контактам структурных блоков. В результате их отрыва породы интенсивно разрушаются в пре­делах заглубления зуба. При естественной трещиноватости или развитой слоистости пород, а также при увеличении мощности рыхлителя эффективность механического рыхления возрастает.

Под воздействием рабочего органа рыхлителя в горных породах возникает сложное напряженное состояние, представляющее собой комбинацию сил сжатия и растяжения. Как в монолитных, так и в трещиноватых массивах при рыхлении нарушается связность горных пород, характеризующаяся величиной сцепления.

Величина напряжений, создаваемых на рабочем органе, зависит от значения усилия на крюке базовой машины, глубины рыхления и конструктивных размеров зуба рыхлителя. В свою очередь, усилие на крюке связано со скоростью рыхления, тяговой характеристикой базовой машины. Учитывая это, основные параметры—скорость и глубина рыхления—не могут приниматься произвольно, а должны рассчитываться по тяговой характеристике базовой машины.

Рыхление породного массива производится при параллельных смежных проходах рыхлителя на горизонтальной или наклонной площадке. В результате создается слой разрушенной породы. При рыхлении наклонными слоями (до 20°) максимальное использование тяговых усилий достигается при рабочем движении его под уклон и холостом перегоне машины вверх. Рыхление горизонтальными слоями производится при рабочих проходах рыхлителя по челноковой схеме.

Расстояние между смежными проходами устанавливается из условия обеспечения требуемой кусковатости и достаточной глубины рыхления массива. Между смежными прорезями в нижней части сечения образуются «целики»—золы неразрыхленной породы, затрудняющие выемку горной массы. Глубина эффективного рыхления меньше заглубления зуба и составляет (0, 5— 0, 7) этого заглубления. В связи с этим целесообразны дополнительные перекрестные проходы рыхлителя перпендикулярно или диагонально первоначальным проходам для разрушения целиков и обеспечения лучшей кусковатости горной массы.

Рыхлимость породы зависит от взаимного направления рыхления и системы трещин. Наиболее эффективно рыхление поперек направления основной трещиноватости. При рыхлении слоистых полускальных пород наиболее сложным является первоначальное заглубление зуба. Для облегчения заглубления многократным проходом рыхлителя или взрывным способом создают «передовой врез» на необходимую глубину поперек намечаемых параллельных проходов рыхлителя.

При полном использовании возможной глубины рыхления оптимальное расстояние между смежными проходами рыхлителя определяется из условия достижения максимального объема подготовки горной массы за один проход.

Производительность рыхлителей в плотных породах достигает 1000—1500 м³ / ч; она существенно зависит от длины па­раллельных резов, которую целесообразно принимать в преде­лах 100—300 м.

Механическое рыхление позволяет облегчить раздельную выемку маломощных горизонтальных и наклонных (до 20°) пластов, эффективно регулировать кусковатость горной массы, уменьшить потерн и разубоживание полезного ископаемого благодаря отсутствию развала и перемешиванию пород, минимально переизмельчать и разупрочнять горные породы (что особенно важно при добывании строительных горных пород), повысить безопасность работ. Вместе с тем при механическом рыхлении мощность разрыхленного слоя невелика, что затруд­няет непосредственную экскаваторную выемку.

Рыхлители могут успешно применяться при разработке угля, фосфоритных и апатитовых руд, сланцев, песчаников, полускальных известняков, а также маломощных слоев скальных сильно- и чрезвычайно трещиноватых руд и пород. Механиче­ское рыхление эффективно при гидравлической разработке тяжелых глинистых пород, разработке мерзлых пород и при вспо­могательных работах (проведение дренажных канав, выкорчевывание пней и др.). Хорошее качество подготовки и небольшая мощность разрыхленного слоя позволяют вести выемку горной массы скреперами, бульдозерами и погрузчиками.

ПОДГОТОВКА СКАЛЬНЫХ ПОРОД ВЗРЫВОМ

Взрывание широко применяется в карьерах для разрушения полускальных и скальных пород. Практически оно является единственным способом подготовки скальных пород к выемке. От организации и качества взрывных работ в значительной степени зависят производительность всего карьерного оборудования и затраты на горные работы. Взрывные работы должны обеспечивать: требуемую степень дробления горных пород для последующих технологических процессов добычи и переработки; требуемые качество и сортность взорванного полезного ископаемого, достижение в необходимых случаях избирательного дробления пород различной трудности разрушения; минимальное отклонение отметок и размеров площадок и уступов, их формы от проектных значений; заданные форму и угол откоса уступа, возможность безопасного бурения и заряжания последующих скважин; проектные размеры и форму развала взорванных пород, удобные для выемочно-погрузочных работ, необходимую даль­ность и направление перемещения пород, особенно при сбросе в выработанное пространство; допустимое по нормам сейсмическое воздействие взрыва и максимальную сохранность окружающих сооружений и породного массива за конечными контурами карьера и соблюдение заданного угла погашения его борта; достаточный объем взорванных пород для бесперебойной и высокопроизводительной выемки и погрузки; высокую безопасность, экономичность и производительность горных работ.

Выполнение перечисленных технических требований к взрывам обеспечивается правильным выбором метода, параметров, порядка взрывания и организации взрывных работ, т. е. рациональной технологией взрывных работ, которая должна быть тесно увязана со всеми работами в карьере. Для этого необхо­димы составление проектов ведения буровых и взрывных работ, правильное заряжание скважин, применение требуемых условиями ВВ и др. Предпосылкой улучшения качества дробления является равномерное распределение ВВ в массиве. Обычно взрывные работы в карьере ведут в две стадии. На первой стадии при отделении породы от массива осуществляется первичное дробление, на второй —дополнительное (вторичное) дробление негабаритных кусков, выравнивание подошвы уступа, обрушение нависей, заколов и т.д.

Ведение работ в две стадии не следует считать нормальным: необходимость в этом возникает вследствие недостаточно эффективного проведения первичного взрывания.

Метод взрывания характеризуется размещением зарядов ВВ по отношению к объекту дробления, формой и размерами за­рядов. Он определяет результаты и эффективность взрывов и общую организацию работ по подготовке пород к выемк

2.Технологическая характеристика горных пород.

Горному инженеру важно знать физико-технические свойства и характеристики горных пород: плотность, пористость, влажность, устойчивость, абразивность, сопротивление различным усилиям и др.Для ОГР все горные породы дедят на группы: скальные и полускальные, плотные, мягкие и сыпучие, разрушенные. Рыхлые или мягкие с коэффициентом крепости по М.М.Протодьяконову до 1. Такие породы не требуют предварительного рыхления, так как эта операция совмещается с выемкой. К ним относятся торф, песок, супеси и др. Плотные породы с коэффициентом крепости по М.М.Протодьяконову до 1, 5. При механическом способе выемки также не требуют предварительного рыхления. К ним относятся тяжелые глины, суглинки, лесс и др. Полускальные с коэффициентом крепости по М.М.Протодьяконову от 1, 5 до 4. Для их разработки обычно применяют предварительное взрывание или механическое рыхление. Сюда входят глинистые сланцы, мергель, гипс, каменный уголь и пр. Скальные породы, требующие взрывных работ для последующей выемки с коэффициентом крепости по М.М.Протодьяконову больше 5. К ним относятся граниты, диориты, кварциты, доломиты, песчаники и пр.

Характеристики пород. Классификация горных пород по относительной трудности разрушения.

Рекомендуемая литература [1, 2, 3, 5]

Контрольные задания для СРС (тема 3) [1, 2, 3, 5]

1.Понятие показателя трудности разрушения породы.

2. Характеристика плотных, мягких и сыпучих пород.

3.Разделение скальных и полускальных пород по трещиноватости (блочности).

4.Разделение разрушенных пород по степени связности.

5.Физико-механические свойства полезных ископаемых и вмещающих пород

6.Механические процессы подготовки.

Тема 4.Способы подготовки горных пород к выемке в зависимости от трудности разрушения. Способы бурения. Взрывные работы на карьерах. Способы, методы и схемы ведения взрывных работ.Расчет и составление паспорта буровзрывных работ(12час.)

План лекций

1Способы подготовки горных пород к выемке в зависимости от трудности разрушения.

2 Способы бурения

3.Технологическая характеристика и режим ударного, шнекового, шарошечного бурения

4. Взрывные работы на карьерах.

5. Способы и схемы ведения взрывных работ

6. Методы ведения взрывных работ.

7.Особенности других методов взрывания

1.Способы подготовки горных пород к выемке в зависимости от трудности разрушения.

Подготовка горных пород к выемки производится с целью обеспечения безопасности горных работ, необходимого качества добываемого сырья, технической возможности применения средств механизации последующих процессов

Техническая оценка и область применения различных способов поготовки. К невзрывным способам подготовки пород к выемки относятся: предохранение пород от промерзания, оттаивание, механическое рыхление, управляемое обрушение пород и другие методы..Механические способы подготовки пород к выемке осуществляются прицепными или навесными рыхлителями. Технологичекие параметры навесных рыхлителей.Технолгические схемы работы рыхлителей. Основные положения подготовки скальных пород взрывом Механическое рыхление эффективно при подготовке мало- средне- и сильнотрещиноватых полускальных и плотных пород. Взрывная подготовка применяется на открытых горных работах при отделении полускальных и скальных пород от массива и дробления их до кусков заданных размеров. Различают две стадии дробления: отделение пород от массива; вторичное дробление.

Процесс подготовки горных пород БВ способом характеризуется тремя выходными параметрами, влияющими на эффективность последующих процессов: качеством рыхления, формой развалапород, степенью обеспеченности экскаваторов взорванной массой и частотой взрывов.

2 Способы бурения..

Технологические основы буровых работ. Цель бурения – создание в породном массиве скважин и шпуров. Буримость горных пород. Относительный показатель трудности бурения. Классификация пород по буримости. Буримость – процесс разрушения пород буровым инструментом и характеризуется показателем буримости.

По трудности бурения разделяются на 5 классов:

- легкобуримые Пб=1-5;

- породы средней трудности бурения П_б=5, 1-10;

- труднобуримые породы П_б=10, 1-15;

- весьма труднобуримые П_б=15, 1-20

- исключительно труднобуримые П_б=20, 1-25;

более 25 внекатегорные.

(1.3)

где: σ _сж-предел прочности пород сжатию, МПа

σ _сдв – предел прочности пород сдвижению, МПа

Способы бурения в зависимости от способа воздействия породоразрушающего инструмента на забой используемые в настоящее время буровые станки делятся на две группы: механического и физического воздействия.

Виды бурения, их технологическая оценка и область применения.На карьерах применются слежующие виды бурения: шнековое, шарошечное, ударно-вращательное, огневое. Шнековый способ применяется на породах небольшой крепости (4-6). Станки характеризуются простотой эксплуатации. Шарошечный способ применяется на породах любой крепости., ударно-вращательный- на породах высокой крепости,, огневой- на высокой крепости породах, поддающися терморазрушению Бурение зависит от категорий пород по трудности бурения т.е. при П_б=1-6 используют шнековое бурение, при П_б=7-14 используют шарошечное бурение, при П_б=14-25 используют пневмоударное бурение.

При шнековом бурении используют станки типа СБР – 125, СБР – 160;

При шарошечном бурении используют станки типа СБШ- 200, СБШ- 250МН, СБШ -320;

При пневмоударном бурении используют станки типа СБУ – 125, СБУ – 160.

3. Технологическая характеристика и режим ударного, шнекового, шарошечного бурения.

Основные технологические операции при бурении. Марки станков.Характеристика бурового инструмента. Определение технической скорости бурения..Технологическая характеристикаударного, шнекового, шарошечного,

пневмоударного и термического бурения. Режим и скорость бурения. Определение технической скорости бурения Вспомогательные работы при бурении. Технологические основы автоматизации бурения. Организация буровых работ и производительность Проектирование и планирование буровых работ. Процесс обуревания блока состоит из следующих операций: очистка площадки блока бульдозером, разметка, наезд на устье будующей скважины, бурение, съезд и закрывание устья предохранительным щитком.

4.Взрывные работы на карьерах

Взрываемость- это сопротивляемость горных пород разрушени при взрывании характеризуется расходом ВВ на 1 м³ массива, который зависит от факторов.

Взрывные работы на карьерах производятся в тех случаях, когда непосредственная выемка пород невозможна или затруднена без предварительного их отделения от массива или рыхления.

Эффективное дробление горных пород достигается на основе правильно установленного удельного расхода ВВ, т.е. массы заряда ВВ необходимого для эффективного дробления единицы объема породы. Для относительного расчета удельного расхода ВВ и относительной оценки взрываемости пород в массиве используется эталонный удельный расход ВВ (аммонит 6 ЖВ).

Технологические основы взрывных работ. Технологическая характеристика взрывных материалов. Классификация горных пород по трудности взрывания.. Рациональные диаметры скважин. Прогнозирование кусковатости взорванных пород Технологическая характеристика взрывчатых материалов. Взрываемость горных пород. Понятие об удельном расходе ВВ. Эталонный удельный расход ВВ. Классификация горных пород по трудности дробления взрывом. Проектный и фактический расход ВВ Распределение зарядов производится в массиве пропорционально прочности и структурным свойствам частей взрываемого забоя. Заряды в скважине располагаются в крепких породах или в непосредственной близости от них.

Диаметр скважины выбирается с учётом физико-механических свойств и структурных особенностей массива.