Особенности добычи строительных горных пород Исполнитель

Тема: Особенности   добычи   строительных горных   пород

План:

1. Технологические комплексы добычи и переработки песчано-гравийных пород.
2. Технологические комплексы производства щебня.
3. Технологические комплексы добычи природного камня.

Цель занятия – формировании в сознании студентов общих понятий о добыче строительных материалах, особенностях технологических комплексов песчанно-гравийных пород, щебня и природного камня.

{spoiler=Продолжать Читать}

Технологические комплексы добычи и переработки песчано-гравийных пород

Добыча песчано-гравийных пород и их переработка для получения гравия, щебня и песка, как правило, совмещены на одном пред­приятии — так же как добыча и переработка (обработка) боль­шинства других  строительных  горных  пород.

В общем случае производство продукции из строительных горных пород включает процессы: добывание этих пород, переме­щение их в цеха переработки, переработка, складирование и по­следующая отгрузка готовой продукции потребителям.

При разработке песчано-гравийных пород возможные степень совмещения указанных процессов, место переработки породи состав комплексов оборудования зависят в основном от содержа­ния и условий залегания в полезной толще крупнообломочного материала (валунов и др.) и глинистых пород, степени обводнен­ности месторождения, видов готовой продукции и требований к ней, мощности и срока службы карьера, а также числа близрас-положенных  карьеров.

Наиболее полное совмещение процессов добычи и переработки достигается при разработке сухих и частично обводненных место­рождений добычными экскаваторами в комплексе с передвиж­ными забойными перерабатывающими установками (агрегатами) (рис. 17.1,а) и при разработке полностью обводненных и подводных месторождений плавучими снарядами с добычным и перера­батывающим оборудованием (рис. 1.7.1, б). При отсутствии круп­нообломочного материала (фракции +70 мм) для отделения песка и получения чистого гравия забойные агрегаты должны осуще­ствлять грохочение с промывкой, а при наличии валунов — их дробление на щебень. Готовая продукция обычно отгружается в транспортные средства потребителей непосредственно или с промежуточным складированием на рабочей площадке, а отходы пере­работки (и песок при отсутствии потребителей) складируются в выработанном  пространстве карьера.

Рис. 17.1. Основные технологические комплексы песчано-гравийных карьеров:

Э — экскаватор;     П— погрузчик;    А — автотранспорт;    КЛ — конвейеры     ленточные; ■ Б — баржа;    ПС — плавучий   снаряд;    ПДСУ — передвижная   или   полустационарная дробильно-сортировочная   установка;   ДСЦ — дробильно-сортировочный   цех;   Я_т — по­требитель

При использовании полустационарных дробильно-сортиро-вочных установок для выпуска готовой продукции перемещение к ним горной массы из забоев осуществляется автотранспортом или непосредственно одноковшовыми погрузчиками (рис. 17.1, в).

Результатом переработки песчано-гравийных пород на пере­движных и полустационарных дробильно-сортировочных уста­новках (крупное дробление и отдельные стадии сортировки) чаще является промежуточный продукт. Дальнейшее перемещение его к основному дробильно-сортировочному цеху целесообразно осуществлять  конвейерным транспортом  (рис.   17.1,г, д).

В настоящее время комплексы с передвижными дробильно-сортировочными установками (ПДСУ) для выпуска готовой про­дукции применяются на карьерах малой мощности (100— 150 тыс. м³/год), в основном притрассовых. Недостаточно пока и применение передвижных и полустационарных дробильно-сортировочных установок для получения промпродукта. Вместе с тем перспективы применения таких установок, в первую очередь для получения промпродукта, связанные с внедрением передвиж­ных дробильных агрегатов (с дробилками щековыми, молотковыми, вибрационного действия), велики и основаны на целесообразности расширения области применения конвейерного транспорта при разработке песчано-гравийных месторождений и уменьшения объемов перевозимых пород при складировании отходов в карьере.

Наиболее распространена в настоящее время при разработке сухих и частично обводненных песчано-гравийных месторожде­ний технология с переработкой полезного ископаемого в стацио­нарных дробильно-сортировочных цехах (ДСЦ). Расстояние транс­портирования песчано-гравийной массы обычно не превышает 2,5 км, но может возрастать при обслуживании одним ДСЦ не­скольких карьеров (участков). При большом содержании в пес­чано-гравийной массе валунных фракций обычно применяется автомобильный транспорт (иногда железнодорожный), а при отсутствии или небольшом содержании валунов на ряде карьеров используется   конвейерный   транспорт   (рис.    17.1, е, ж).

Выемка и погрузка необводненных пород осуществляется в основном прямыми мехлопатами с ковшами вместимостью 1,25 м³ и более. На забойный конвейер порода поступает через бункер-питатель. При залегании отдельными прослоями крупно­обломочного материала, глинистых пород или загрязненной илистыми и глинистыми частицами песчано-гравийной смеси про­изводится их раздельная выемка, как и части песчаных пород при отсутствии потребителя; в последнем случае целесообразно при­менение также специального самоходного агрегата для отсева песка *. Экскаватором также выполняется сортировка негабарит­ных валунных фракций: при автотранспорте — по ширине прием­ного отверстия дробилки, при конвейерном транспорте — по ширине конвейерной ленты; в последнем случае для увеличения производительности экскаватора выделение негабаритных валунов возможно на грохоте бункера-питателя с последующей укладкой валунов в штабель и отгрузкой в средства автотранспорта.

Частично обводненные песчано-гравийные породы при отсут­ствии водопонижения разрабатываются в основном драглайнами с укладкой в штабели для обезвоживания (до естественной влаж­ности) и последующей погрузкой в средства автотранспорта (рис. 17.1, з) или на конвейер.

Возможно также применение приконвейерном транспорте  обезвоживающих бункеров-питателей, а также обезвоживающее -транспортирующих кон­вейеров, имеющих выпуклую форму в поперечном сечении. Для увеличения коэффициента наполнения используют­ся перфорированные.драглайновые ковши (пятистенные для увеличения высоты забоя).

Для разработки сухих и обводнен­ных песчано-гравийных пород могут применяться также канатные скреперы и башенные экскаваторы.

Комплексы оборудования дробильно-сортировочных цехов включают щеко-вую (ЩКД) и конусные (КСД и КМД) дробилки, вибрационные и инерцион­ные наклонные грохоты для предвари­тельного и промежуточного разделения фракций, оборудование для промывки фракций перед и после грохочения, обез­воживания гравийных и песчаных фрак­ций,    классификации    песков.  Схемадробления при раздельном выпуске щебня и гравия трехста-дийная, а при совместном выпуске щебня и гравия — двустадийная.

Система разработки песчано-гравийных месторождений чаще продольная  или  поперечная  однобортовая,  иногда  веерная.

Необводненная часть толщи песчано-гравийных пород часто разрабатывается одним уступом. При мощной толще сухих пород и применении конвейерного транспорта для обеспечения безопас­ности горных работ верхнюю часть высокого уступа (20 м и более) выполаживают до 35—40° с помощью вспомогательного драглайна со специальным рабочим органом, устанавливаемого на верхней площадке уступа (рис.  17.2).

При разработке частично обводненных песчано-гравийных пород добычной уступ обычно разделяется на два подуступа (сухой и частично обводненный), отрабатываемые различными выемоч­ными машинами (см. рис. 17.1, з).Высота нижнего подуступа при выемке драглайном нижним черпанием полезного ископаемого из-под воды значительно меньше глубины черпания экскаватора вследствие обрушения подводной и надводной частей забоя и необходимости передвижки драглайна. Потери полезного иско­паемого увеличиваются с уменьшением в нем содержания гравий­ных   фракций.

Обводненные пойменные пёсчано-гравийные месторождений могут разрабатываться драглайнами после предварительного водопонижения с помощью дренажных траншей, что позволяет суще­ственно увеличить высоту уступа (на величину понижения уровня грунтовых вод). Система разработки при этом обычно поперечная, а дренажные траншеи проводятся перпендикулярно разрезной траншее с попутной добычей полезного ископаемого. Разработка пойменных месторождений осуществляется в межпаводковый период года (8—10 месяцев). В паводковый период (с апреля по июль) обеспечение сырьем ДСЦ осуществляется из паводковых складов штабельного типа, сооружаемых на незатапливаемых участках поймы; вместимость складов принимается равной четы­рехмесячной производительности ДСЦ. Повышению эффектив­ности разработки пойменных месторождений способствует улав­ливание (аккумуляция) наносов паводкового стока карьерными выработками с последующим использованием аккумулированных наносов в качестве сырья для ДСЦ. Эффективность наносоулавливания характеризуется коэффициентом аккумуляции, равному отношению аккумулированных наносов к первоначальному объ­ему выработки; коэффициент аккумуляции возрастает с увели­чением высоты и длины добычного уступа, а также при сгла­живании русла реки перед и позади карьера и достигает 0,90—0,94.

Для экскаваторно-автомобильных добычных комплексов ха­рактерна отработка уступов сквозными продольными заходками — панелями или блоками неправильной формы: для усреднения ка­чества песчано-гравийной смеси, при разработке отдельных остро­вов поймы между водными протоками и т. д. При экскаваторно-конвейерных добычных комплексах уступ отрабатывается сквоз­ными продольными, поперечными или тупиковыми продольными заходками. Тип применяемых заходок, а также их ширина и число заходок в панели при работе мехлопат и драглайнов зависит от наличия перегружателя, его длины, длины разгрузочного конвейера бункера-питателя и линейных параметров экскаваторов *. Ши­рина добычных панелей существенно увеличивается при исполь­зовании в качестве выемочно-погрузочного оборудования одно­ковшовых погрузчиков.

Ширина рабочих площадок добычных уступов определяется шириной панели и транспортной полосы, а также числом и раз­мерами штабелей: для обезвоживания, готовой продукции, пром-продукта   (с   зазорами   между   штабелями).

Производительность комплексов добычного оборудования за­висит во многом от содержания и размеров крупнообломочного материала, степени селекции и межзабойного усреднения песчано-гравийной смеси, степени обводненности месторождения.  В благоприятных условиях производитель­ность комплексов достигает 300— 400 тыс м³ на 1 м³ вместимости ковша экскаватора.

Комплексы с плавучими снарядами широко применяются для подводной добычи песчано-гравийных пород, чаще в руслах рек. Используются плавучие снаряды с ковшовой цепью, грейферным ковшом   и   земснаряды.

В ряде случаев на плавучих снаря­дах устанавливается перерабатывающее оборудование: виброгрохоты, корытные мойки, классификаторы, дробилки; от­ходы промывки складируются в вырабо­танном пространстве акватории. Такие дражные комплексы с получением гото­вой продукции могут применяться при большой производительности предприя­тия. Чаще на плавучих снарядах устанавливают только грохоты (для отделения валунов, песка и валунов) или   перерабатывающее   оборудование   отсутствует.

Плавучие снаряды с ковшовой цепью (часто это серийно изго­тавливаемые землечерпалки) имеют ковши вместимостью до 280 л, глубину разработки ниже уровня воды до 15 м, производитель­ность до 300 м³/ч; папильонирование обычно канатное. Такие снаряды могут применяться для разработки валунистых песчано-гравийных пород.

Грейферные плавучие снаряды со стрелой (поворотной или подъемной) или передвижной тележкой (рис. 11.3) имеют ковш вместимостью 1—5 м³ и глубину черпания 30—40 м, определяемую канатоемкостью барабана. С увеличением глубины черпания от 10 до 20 и 30 м производительность грейферного снаряда умень­шается на 25 и 45%. Такие снаряды могут иметь два грейферных ковша для одновременного производства вскрышных и добычных работ. Целесообразны грейферные снаряды при разработке пес­чано-гравийных пород с высоким (30—70%) содержанием гравия.

Транспортирование песчано-гравийной массы или готовой про­дукции от плавучих снарядов осуществляется баржами, ленточ­ными конвейерами или по пульповоду; последние монтируются на    понтонах.

К параметрам разработок плавучими снарядами относятся мощность отрабатываемой подводной толщи (высота забоя), ши­рина забоев и заходок, длина фронта работ. Высота забоя опре­деляется в основном глубиной черпания снаряда. Ширина забоя и возможное направление его подвигания зависят от вида транс­порта, типа плавучего снаряда и глубины разработки. При землечерпалках и земснарядах ширина забоя (заходки) определяется так же, как для драг. Для грейферных снарядов при транспорти­ровании горной массы на берег плавучим конвейером максималь­ная ширина заходки определяется суммированием длины плаву­чей бухты и расстояния между концами разгрузочного конвейера снаряда и грейферной стрелы; при переработке добытой массы на снаряде ширина заходки может быть в два раза больше. Раз­меры отрабатываемой площади зависят как от размеров залежи, так и от условий судоходства.

Сезонная производительность комплексов с плавучими сна­рядами достигает 500 тыс. м³ и более при коэффициенте исполь­зования во времени около 0,5. Лимитирующим в большинстве случаев является транспортное звено, особенно при использова­нии барж.

Технологические комплексы производства щебня

Процессы производства щебня составляют общий технологиче­ский процесс добычи полезного ископаемого в забоях, дробления, сортировки, обогащения, складирования и отгрузки готовой про­дукции потребителям. Комплексы включают оборудование всего технологического потока от забоев до складов готовой продукции. На формирование комплексов оборудования предприятий по про­изводству щебня существенно влияют величина запасов место­рождения, рельеф поверхности, трудность разработки пород и структура залежи, годовая производственная мощность карьера и требования к качеству продукции.

При небольших запасах, отрабатываемых карьерами малой мощности (до 200—400 тыс. м³/год) или временными карьерами (например, притрассовьши при производстве дорожно-строитель-ных материалов), комплексы могут включать передвижные дро-бильно-сортировочные установки (ПДСУ) и легкое маневренное малогабаритное добычное оборудование: легкие пневмоударные буровые станки, одноковшовые погрузчики, бульдозеры, экска­ваторы с вместимостью ковша до 2—3 м³ и автосамосвалы грузо­подъемностью 7, 12 и 27 т (рис. 11.4, а).

При запасах 10—25 млн. м³ и более 25 млн. м³ обычно строят карьеры соответственно средней (400—1000 тыс. м³/год) и боль­шой (более 1 млн. м³/год) мощности с переработкой добываемого в карьере полезного ископаемого в стационарных дробильно-сортировочных цехах (ДСЦ) и на крупных дробильно-обогати-тельных фабриках (ДОФ). Выбор рационального добычного обо­рудования этих карьеров зависит в основном от их мощности, качества полезного ископаемого и расстояния его транспортиро­вания к ДСЦ или ДОФ.

Наиболее качественный щебень получается из прочных из­верженных пород (гранит, базальт и др.). Однако большая потребность в щебне для строительных и дорожных работ часто обус­ловливает необходимость использования для его производства различных осадочных пород (песчаников и карбонатных типа известняков и доломитов) месторождений, расположенных вблизи потребителей щебня.

Наиболее распространены в настоящее время на щебеночных карьерах (независимо от прочности и структуры разрабатываемых

Рис.  17.4. Основные технологические комплексы щебеночных карьеров:

СБУ, СВЯ/ — станки пневмоударного и шарошечного бурения; Р — рыхлитель; В — бульдозер; Я — погрузчик; Э — экскаватор; ЯД — передвижная дробилка; А — авто­мобильный транспорт; Ж.-Д. — железнодорожный транспорт; КЛ — конвейерный транс­порт; ПДСУ — передвижная дробильно-сортировочная установка; ДСЦ — дробильно-сортировочный цех; ДОФ — дробильно-сортировочная фабрика

пород) комплексы оборудования ЭАР с использованием станков пневмоударного бурения, карьерно-строительных экскаваторов (Е 5^s1,25 м³) и автосамосвалов грузоподъемностью 10—27 т (рис. 17.4, б). Такие комплексы в основном рациональны на карьерах средней мощности при разработке однородных пород, а также пород с горизонтальной слоистостью при мощности слоев не менее 4—5 м и расстоянии транспортирования к ДСЦ до 2,5— 3 км. При легковзрываемых породах в качестве выемочно-погру-зочных средств могут использоваться одноковшовые погрузчики, которые при расстоянии перемещения к ДСЦ или перегрузочному пункту не более 0,5—0,7 км могут работать и как выемочно-транспортирующие машины  (рис.   11.4, б).

На мощных карьерах при валовой разработке пород рацио­нальны комплексы ЭАР с шарошечными буровыми станками, мехлопатами карьерного типа (Е = 3,2ч-8 м³) и автосамосвалами грузоподъемностью от 27 до 75 т, а при больших расстояниях перемещения до ДОФ — комплексы с железнодорожным транспор­том (рис.  17.4, г).

Комплексы с конвейерным или автомобильно-конвейерным транспортом целесообразны при валовой разработке неабразив­ных карбонатных пород, если позволяют существенно сократить расстояние перемещения полезного ископаемого до ДОФ (в основ­ном на нагорных карьерах), увеличить производительность экска­ваторов, сократить объем перемещаемой на ДОФ горной массы (до 20—30%) за счет оставления отходов (мелочи) в карьере и обес­печить непрерывность технологического процесса переработки (рис. 11.4, д, е).

Большинство   месторождений   карбонатных пород — сложно-структурные, представленные маломощными (0,5—1,5 м) горизон­тальными   и   наклонными   слоями   пород   различной   прочности. При   взрывании   карбонатных   пород   на  дробление  происходит переизмельчение   и   перемешивание   пород   продуктивных   слоев высокой прочности со слабыми и глинистыми прослоями, снижается также природная прочность карбонатных пород вследствие «пере­жога» их в зоне расположения заряда ВВ. В то же время техно­логические возможности механических методов переработки по­роды (дробления, сортировки) весьма ограничены. В результате при валовой подготовке тонкослоистых карбонатных пород взры­ванием количество отходов на щебеночных карьерах достигает 40—50%  и выпускается щебень преимущественно низкой проч­ности (марки 200, 300 иногда 400), несмотря на наличие в полез­ной толще до 25—30%  пород,  из которых может быть получен продукт более высоких марок. Раздельная выемка разнопрочных пород при валовой их подготовке, даже при взрывании в зажатой среде, обусловливает необходимость сложной экскаваторной сорти­ровки,  технически трудно достижима  и  практически  возможна только  при  визуально различимых  разнопрочных  породах  при мощности их слоев не менее 4—5 м.

Поэтому более рациональны безвзрывная раздельная подго­товка карбонатных пород (П_рдо 5—6) тонкими слоями выемки, а более прочных карбонатных пород (У7_Р до 10) — комбинирован­ным способом, при котором безвзрывному рыхлению предшествует предварительное ослабление массива взрывом на встряхивание (по расширенной сетке скважинных зарядов В В). Далее произво­дится раздельная послойная выемка и отгрузка разрыхленных разнопрочных  пород.

Комплексы добычного оборудования при раздельной разра­ботке карбонатных пород включают: звено подготовки к выемке— навесные механические рыхлители (рис. 17.4, ж) или дополни­тельно буровые станки (рис. 11.4,з), звено выемки и погрузки —одноковшовые погрузчики (см. рис. 17.4, ж) или бульдозеры и экскаваторы (см. рис. 11.4, з), транспортное звено — чаще всего автосамосвалы.

В результате выделения прочных разностей пород непосред­ственно в забоях карьера при такой технологии повышается сортность щебня, увеличивается его выход, уменьшаются объемы транспортируемой для переработки горной массы и ее кусковатость, что позволяет в некоторых случаях отказаться от первич­ного  (крупного)  дробления  в  цехах  переработки.

Комплексы оборудования переработки пород на щебень вклю­чают: щековые (реже конусные) дробилки (ЩКД и ККД), нор-мальноконусные (КОД) и короткоконусные (КМД) дробилки соответственно для крупного, среднего и мелкого трехстадийного дробления абразивных пород типа гранитов, базальтов и песча­ников; такие же или дробилки ударного действия (молотковые и роторные) при неабразивных осадочных породах;

грохоты (инерционные и вибрационные) для предварительного грохочения перед отдельными стадиями дробления, отбора за­грязняющей мелочи, сортировки рядового щебня (0—70 и 0— 40 мм) на товарные фракции с выделением фракции 0—5 мм, про­мывки   и   обезвоживания   щебня;

спиральные или многокамерные гидравлические классифика­торы при дешламации отходов дробления крупностью 0—5 мм с выделением и обезвоживанием песчаных фракций 0,15— 5 мм;

моечное оборудование (скрубберы, бичевые и корытные мойки) для промывки пород перед второй стадией дробления и перед сортировкой щебня на товарные фракции при наличии трудно-промывистой   глины;

оборудование для обогащения методами отсадки или разде­ления в тяжелых суспензиях при переработке карбонатных пород с содержанием слабых разностей более 20%;

питатели (пластинчатые, вибрационные, качающиеся) для по­дачи горной массы в дробилки и равномерной загрузки остального оборудования.

Системы разработки при использовании комплексов с авто­транспортом чаще всего продольные, поперечные или кольцевые. Выбор системы разработки зависит в основном от требуемой длины и возможной кривизны фронта работ, его положения относительно направления слоистости массива и потока подземных вод на об­водненных месторождениях.

При валовой подготовке пород к выемке панели добычных уступов отрабатываются обычно продольными заходками по раз­валу  взорванной   породы-.   Выемка   производится  торцовым  илифронтальным забоем — по условиям усреднения или раздельной выемки.

При раздельной разработке карбонатных равнопрочных пород осуществляются раздельные подготовка и выемка тонких (0,3— 0,5 м и более) горизонтальных или наклонных (до 25°) слоев (рис. 11.5, 11.6) в зависимости от направления слоистости массива. Заходки обычно продольные и по длине разделяются на рабочиеблоки, в пределах каждого из которых поочередно производятся взрывание пород на сотрясение (при П_р>5—6), механическое рыхление, выемка, погрузка (рис. 17.5, 17.6). Выемка горизон­тальных слоев производится забоем-площадкой (рис. 17.5, б), а наклонных слоев — фронтальным (рис. 17.5, а, 17.6, а) или торцовым забоем.

Рис. 17.5.   Варианты   бульдозерно-экскаваторно-автомобильного   технологиче­ского комплекса:

а, б— с рыхлением и выемкой соответственно наклонных и горизонтальных слоев

При использовании в* качестве выемочного и погрузочного оборудования соответственно бульдозеров и мехлопат после гыемки порода перемещается бульдозером в штабель, располо­женный обычно на нижней площадке уступа. Высота и ширина штабеля зависят как от ширины панели и мощности слоя отдельно складируемых пород, так и от высотного положения слоя выемки относительно  подошвы  уступа.

Из штабеля производится погрузка горной массы экскаватором в транспортные средства (см. рис. 17.5). Бульдозерное и рыхлительное оборудование навешивается на одном тракторном тягаче, что позволяет попеременно выполнять процессы подготовки и выемки одним агрегатом, а промежуточное штабелирование гор­ной массы обеспечивает достижение высокой технической и экс­плуатационной производительности погрузочного экскаватора и требуемого качества полезного ископаемого.

При бульдозерной выемке забоем-площадкой в продольной заходке угол фронтального откоса уступа принимается, как и обычно, по условиям его устойчивости (см. рис. 17.5, б).

Рис. 17.6. Раздельная разработка карбонатных пород наклонными (а) и горизонтальными (б) тонкими слоями с использованием погрузчиков.

При выемке забоем-площадкой породы с помощью погрузчика фрон­тальный или торцовый откос уступа выполаживается (рис. 17.6, б), что позволяет использовать погрузчик и в качестве погрузочной машины. Наиболее эффективна работа погрузчиков фронтальным забоем (см. рис. 17.6, а), с выемкой и перемещением породы под уклон. Выемка торцовым забоем в продольных заходках, а также забоем-площадкой и продольным забоем в поперечных заходках,обусловливающая жесткую взаимосвязь подготовки, выемки и погрузки пород, рациональна в немногих случаях: при ограни­ченной длине карьера, складировании части пород в выработан­ном пространстве, для уменьшения угла откоса рабочего борта карьера.

Рассмотренная технология раздельной разработки возможна и для ряда сложноструктурных угольных месторождений с мало­мощными  горизонтальными  или пологими пластами.

Высокая производительность экскаватора, отсутствие тран­шейного вскрытия уступов, уменьшение ширины рабочих площа­док и расстояний транспортирования горной массы достигаются при бульдозерной перевалке пород на нижние уступы. Горная масса (обычно взорванные породы) может переваливаться с одного или нескольких уступов на транспортный горизонт нижнего уступа, где она экскаватором отгружается в транспортные сред­ства.

Рис. 17.7. Бульдозерно-автомобильный технологический комплекс:

/ — бульдозер;  2 — бункерный перегружатель

Такая бульдозерная перевалка применяется иногда на мало­мощных нагорных карьерах. Возможна также безэкскаваторная погрузка горной массы бульдозерами в автосамосвалы через бун­керные перегружатели  (рис.   17.7).

Высота добычного уступа при валовой выемке определяется мощностью однородных слоев или параметрами экскаватора. При раздельной выемке забоем-площадкой возможная высота уступа с нормальным фронтальным откосом зависит от устойчивости его и в скальных карбонатных породах может достигать 15—20 м и более. При выемке породы погрузчиком фронтальным забоем (наклонными слоями) или забоем-площадкой при выположенном откосе уступа с дальнейшей погрузкой породы в автосамо­свалы рациональная высота уступа зависит от его угла откоса, а также мощности слоев выемки и составляет 5—10 м. При буль­дозерной выемке наклонными слоями со штабелированием породы рациональная высота уступа должна обеспечить высокую произ­водительность не только рыхлителя-бульдозера, но и экскаватора, и составляет 6—15 м; при этом высота штабеля изменяется от 3,5 до 5,0 м, а его ширина — от 6 до 9 м.

Ширина панели уступа Ш_ппри валовой разработке опреде­ляется числом рядов взрывных скважин n_p (n_p = l-f-5). При разработке уступа наклонными слоями Ш_п — tили Ш_и= 2 t (t_ мощность слоя выемки). При разработке горизонтальными тонкими слоями величинаШ_аопределяет ' производительность рыхлителей — бульдозеров и погрузчиков; рациональная вели­чина Ш_правна 20—35 м и 30—60 м при погрузке породы соответ­ственно на уровне подошвы и рыхлимого слоя уступа.

Минимальная длина блока панели (экскаваторного блока) при валовой разработке с использованием комплекса оборудования ЭАР равна 70—100 м (см. раздел 15). При раздельной разработке длина блока панели (на один комплекс добычного оборудования) зависит от числа и длины рабочих блоков. Длина рабочего блока составляет 75—150 м. При использовании одноковшовых погруз­чиков совмещаются рабочие блоки выемки и погрузки.

Ширина рабочих площадок уступов определяется суммой раз­меров составляющих ее полос и существенно увеличивается при раздельной разработке из-за большой ширины панелей уступа, выполаживания его откоса,  размещения штабеля.

Качественная комплектация добычного оборудования опре­деляется соответствием его по параметрам и производительности. Рациональная грузоподъемность автосамосвалов при характерных для щебеночных и песчано-гравийных карьеров расстояниях транспортирования (1,5—2,5 км) составляет (по данным инсти­тута   ГипроНИИНеруд):

Эксплуатационную производительность добычного комплекса оборудования   могут  лимитировать:

приемная способность разгрузочного пункта, т. е. произво­дительность начального звена цеха переработки;

производительность транспортного звена (чаще при валовой разработке);

эффективная производительность экскаватора или его плано­вые простои — при раздельной выемке и усреднении полезного ископаемого;

эффективная производительность погрузчиков — при испол-зовании их в качестве выемочно-транспортирующих машин, а также при погрузке в автосамосвалы при большой ширине па­нели и высоте уступа;

эффективная производительность бульдозеров — при большой ширине панели и высоте уступа соответственно при выемке за­боем-площадкой и фронтальным забоем.

Выбор типа комплекса добычного оборудования, его каче­ственную и количественную комплектацию, как следует из предыдущего, целесообразно осуществлять с учетом не толь­ко выполнения требуемого объема добычи, но и качества по­роды.

Совершенствование технологических комплексов производства щебня осуществляется в направлениях расширения ассортимента и сортности выпускаемой продукции, увеличения выпуска щебня высших сортов, комплексного использования добываемого сырья и отсутствия отходов. В перспективе возможно получение каче­ственно новой продукции из карбонатных пород в результате их первоначального измельчения и последующего создания строи­тельных материалов с требуемыми физико-техническими и хими­ческими   свойствами.

Технологические комплексы добычи природного камня

Особенности разработки месторождений природного камня опре­деляются необходимостью сохранения физико-технических харак­теристик, декоративных качеств, определенных размеров и формы камня (в том числе крупных блоков), учета закономерностей в изменении прочности и трещиноватости добываемого камня в разных направлениях, строгого соблюдения размеров и направ­ления уступов, удаления и переработки значительных объемов попутной горной массы (бута, штыба, эрозированного камня) при относительно небольшой мощности карьеров по основной продук­ции. Коэффициент извлечения (выхода) готовой продукции (бло­ков или штучного камня) из добываемого полезного ископаемого равен 0,1—0,3 и 0,3—0,7 соответственно на карьерах облицовоч­ного и стенового камня. Указанные положения определяют спе­цифичность применяемх способов и средств подготовки, выемки и транспортирования полезного ископаемого *, а также особен­ности систем разработки и их параметров.

Вскрытие месторождений осуществляется чаще всего общими внешними траншеями; при использовании в качестве транс­портных средств только деррик-кранов и кабельных кранов вскрытие месторождений облицовочного камня бестраншейное. Отвалы вскрышных пород, как правило, внешние. Выработанное пространство используется для складирования блоков или штуч­ного камня, а также для размещения отходов, получаемых при выпиливании камня.

Для карьеров характерен большой объем горно-подготовитель­ных работ, так как на каждом горизонте проводят основную и фланговую разрезные траншеи путем образования вертикальных продольных и поперечных пропилов камнерезными машинами и отбойки горной массы по горизонтальной плоскости буроклиновым способом. Минимальная ширина фланговых траншей в зависимо­сти от типов машин составляет 3—5 м.

На месторождениях камня используют как сплошные, так и углубочные продольные и поперечные одно- и двухбортовые системы разработки с различным направлением выемки в профиле:

горизонтальнымислоями—на месторожде­ниях значительных размеров в плане со спокойным равнинным рельефом поверхности и монолитным строением полезной толщи при использовании для подготовки пород к выемке канатных пил, дисковых, баровых, с алмазным кругом и кольцевой фрезой камне­резных машин;

наклоннымислоями— на месторождениях с пре­обладающим направлением трещиноватости или слоистости по­лезной толщи под углом до 25° при использовании буроклинового способа подготовки и специальных камнерезных машин;

крутымислоями— при направлении трещиноватости или слоистости полезной толщи под углом более 25° и использова­нии ченнелеров, буроклинового и термического способов под­готовки;

комбинированные— при изменении характера и на­правления трещиноватости по глубине месторождения с исполь­зованием различных методов и средств проходки щели-вруба.

Двухбортовая система разработки крутыми слоями значитель­ной мощности позволяет существенно уменьшить текущие объемы выемки скальных вскрышных пород, сопряженной с большими трудностями из-за нарушения сплошности полезной толщи при взрывании на дробление во вскрышной зоне. Под слоем понимается одновременно отрабатываемая часть месторождения между после­довательными положениями контура карьера, которая включает вскрытые запасы камня, обеспечивающие производственную мощность карьера. Слой отраба­тывается несколькими усту­пами (рис. 11.8). При разра­ботке крутыми слоями сокра­щается также срок ввода карьера в эксплуатацию, уве­личивается темп углубления горных работ, повышаются выход штучного камня (или блоков) и размеры блоков, упрощаются и удешевляются подъемно-транспортные опе­рации при использовании ка­бельных кранов и дерриккранов

Добывание гранитных бло­ков обычно двухстадийное: от массива предварительно от­деляются крупные блоки(мо­нолиты), которые затем раз­деляются на товарные блоки. Ширина, высота и длина первоначального монолита определяются существующей системой трещин и направле­ниями облегченного раскола составляет 8—12 м,   ширинакамня. Чаще всего длина монолита3—6 м, высота _{2—5 м. Объем получаемых товарных блоков из­меняется от 1 до 4 м³ и обычно зависит от мощности применяе­мых в карьере средств выемки, погрузки и транспортирования блоков.

Отделение монолитов от массива осуществляется буроклино-вым, буровзрывным, газоструйным или комбинированным (на­пример, газоструйным и буровзрывным) способами. При буро­взрывном способе монолит обуривают шпурами на глубину до горизонтальной трещины при расстоянии между шпурами 0,8— 1 м. В качестве ВВ используют черный (дымный) порох или (реже) относительно более безопасные порохолодобные аммиачно-сели-тренные ВВ. Разделка монолита на кондиционные блоки осуще­ствляется буроклиновым способом.

Добывание мраморных блоков чаще одностадийное с отделением.непосредственно от массива кондиционных блоков при помощи* камнерезных машин (около 75% общего объема добычи). В основ­ном применяется камнерезная машина CM-177A.

При разработке месторождений со сложным строением мрамор­ной толщи (развитая трещиноватость, тонко- и грубосланцева-тая текстура, наличие породных прослоев и твердых включений и т. д.), а также при высокой прочности мрамора (а_сж> 13- 10 Па)

в основном применяется одно- или двухстадийная добыча с буро­клиновым способом подготовки. Получают распространение за­кладные клинья с гидравлическим приводом, канатные пилы, ударно-врубовые машины (ченнелеры), камнерезные машины с ал­мазным инструментом и тонкими барами с твердосплавными рез­цами, электросверла и др.

Добывание стенового камня в основном одностадийное. Для подготовки камня к выемке применяются камнерезные машины

Рис. 17.9. Схемы вырезки стенового камня:

_а_ низкоуступная    захватная;    б — высокоуступная   столбовая;    в — высокоуступная захватная вертикальными заходками; г — высокоуступная двухстадийная фронтальная; д — низкоуступная столбовая;  е — высокоуступная захватная сплошная;  ж — высоко­уступная захватная; з — высокоуступная двухстадийная диагональная

с дисковыми пилами,  цепными барами и кольцевыми фрезами.

Схемы вырезки стенового камня различаются (табл. 17.1, рис. 17.9) по числу одновременно разрабатываемых уступов (одно-уступные и многоуступные), их высоте (низкоуступные и высоко­уступные), организации вырезки и последовательности получения готовой продукции. При низкоуступных схемах высота уступа составляет 0,41 м, что равно двойной высоте стандартных стено­вых камней (с учетом толщины пропила).

Таблица 17.1

В зависимости от организации вырезки стандартных стеновых камней или блоков схемы могут быть захватные и столбовые. При захватных схемах длина поперечного пропила ограничивается конструктивными размерами камнерезной машины (машины СМ-89А и СМ-518). При столбовых схемах камнерезная машина нарезает поперечные пропилы большой длины, передвигаясь по кровле разрабатываемого слоя. При захватной сплошной схеме вырезки камня одна камнерезная машина или агрегат, состоящий из  нескольких  машин,  за  один  проход вдоль  подготовленногоуступа, когда нарезаны поперечные пропилы, подготавливает камень к выемке. Фронтальная и диагональная схемы аналогичны высокоуступной захватной сплошной схеме. По направлению движения рабочего органа машин в забое схемы подразделяются на два типа: горизонтальными заходками, вертикальными заходками. Выемке, погрузке и перемещению подлежат: товарные блоки или штучный камень — на перегрузочный пункт промплощадки карьера или в камнераспиловочный цех; некондиционные блоки, бутовый камень, щебень, штыб — на дробильно-сортировочную фабрику, потребителям или на склад. Стреловые самоходные краны (с вылетом стрелы до 30 м и грузоподъемной силой до 200 кН) в комплексе с автотранспортом целесообразно использовать на карьерах глубиной до 20—25 м. На более глубоких карьерах для механизации процессов выемки, погрузки и перемещения рациональны деррик-краны (мачтово-стреловые) со стрелой дли­ной до 40 м и грузоподъемной силой до 250 кН — при ширине рабочей зоны в пределах двух радиусов действия кранов, а также кабельные краны. Для перемещения некондиционных блоков, бута, щебня и штыба целесообразно использование одноковшовых погрузчиков.

Параметры систем разработки определяются в зависимости от горно-геологических условий, конструктивных параметров камнерезных машин и других факторов. Высота уступа на карь­ерах стенового камня составляет 0,41—3 м. На карьерах облицо­вочного мрамора при использовании камнерезных машин с коль­цевой фрезой или с алмазными отрезными кругами высота уступа не превышает 1 м. При двухстадийной добыче блоков облицовоч­ного камня (гранита, мрамора, известняка) высота уступа опре­деляется в основном расположением горизонтальных трещин отдельности и может достигать 5 м и более.

Минимальная ширина рабочих площадок уступов для камне­резных машин КМ-ЗА, КМГ-2, КМАЗ-188 составляет 6 м, для СМ-89А, СМ-177А, СМ-580А — 9 м, для СМ-518 — 10 м, для СМ-824 — 12 м. Ширина рабочих и нерабочих площадок уступов и подуступов зависит как от типов применяемого горного и транс­портного оборудования, так и от вида продукции. Добываемые на карьерах стеновые штучные камни и блоки должны быть вы­держаны на площадках для удаления влаги. Продолжительность выдержки устанавливается по технологическим картам месторо­ждений и практически составляет 5—20 дней. Высота штабеля для штучных стеновых камней составляет 1,8 м и для крупных стеновых блоков — 2,5 м, а ширина штабеля зависит от произ­водственной мощности карьера.

Рациональная длина фронта работ определяется экономиче­скими и технологическими факторами, а также физико-техниче­скими свойствами камня. На практике длина фронта работ со­ставляет: 150—300 м для машин СМ-89А, 700—800 м для СМ-824, 100—200 м для СМ-177А и 200—300 м для СМ-580А.

Структура комплексов оборудования чаще разветвленная или параллельная. Взаимодействие между звеньями подготовки и выемки осуществляется через склад, при двухстадийной подго­товке — также через склад между стадиями. Лимитировать экс­плуатационную производительность комплекса может эффектив­ная производительность звеньев подготовки к выемке, погрузки или транспорта *.

В связи с взаимодействием через склад эксплуатационная производительность средств механизации подготовки камня к вы­емке может рассчитываться независимо от последующих процес­сов. Рабочее время камнерезных машин в течение смены дости­гает 80%, а число рабочих смен за год — 70% времени работы карьера.

Рекомендуемая литература по разделу:

1. Анистратов Ю. И. Технология открытой добычи руд редких и радиоактивных металлов. – М., Недра, 1988.
2. Горная энциклопедия в 5-ти томах. М., Советская энциклопедия, 1986.
3. Мельников Н. В. Краткий справочник по открытым горным работам. М., «Недра», 1974. 424 с.
4. Ржевский В. В. Открытые горные работы. Часть 1. – М., Недра, 1985.
5. Ржевский В. В. Процессы открытых горных работ. М., «Недра», 1978. 542 с.
6. Симкин Б. А. Технология и процессы открытых горных работ. М., «Недра», 1970. 215 с.
7. Томаков П. И., Манкевич В. В. Открытая разработка угольных и рудных месторождений. М., Изд. МГГУ, 1995. 611 с.
8. Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых, ч. I. Под общей ред. М. Г. Новожилова. М., «Недра», 1971. 635 с.

{/spoilers}