АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ И ПАРАМЕТРЫ КАРЬЕРА Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

УДК 622

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ _БОРТОВ И ПАРАМЕТРЫ КАРЬЕРА_

Л.Ш.Саидова *

Ключевые слова: условия, выбор, строительства, скорость, объем, технология, срок, механизация, устойчивость, карьер, высота, уступ, площадка.

При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом особое внимание уделяют высоте и устойчивости уступа, т.к. они влияют на такие общекарьерные показатели, как углы откосов бортов карьера, темпы углубления горных работ, потери и разубоживание полезного ископаемого, производительность карьера по добычным и вскрышным работам, скорость подвигания и протяженность фронта горных работ, сроки строительства, объемы горно-капитальных работ, протяженность карьерных дорог и др.

При разработке скальных и полускальных горных пород высоту уступов определяют в зависимости от требуемой производительности карьера по полезному ископаемому и вскрыше, показателей производственных и технологических процессов, количества потерь и разубоживания руды и условий вскрытия рабочего горизонта. В свою очередь, от высоты и угла откоса уступа зависят угол наклона борта карьера и геометрические размеры рабочих площадок, а сам угол откоса рабочих уступов зависит от физико-технических свойств горных пород и способа отработки уступа. В этой связи, при проектировании и определении угла откоса рабочих уступов пользуются либо практическими данными, либо таблицами.

Параллельно с определением высоты уступов, исходя из условий залегания горных пород, необходимо устанавливать положения их верхних и нижних площадок. Отметки площадок уступов стремятся устанавливать с учетом контактных зон различных горных пород и способа выемки (селективной или валовой). При проектировании высоты уступа желательно, чтобы он был сложен из однородных горных пород или чтобы во вскрышном уступе было меньше полезного ископаемого, а в добычном - меньше пустых пород.

Также высота уступов влияет на интенсивность разработки месторождения - с увеличением высоты уступа увеличиваются время подготовки новых горизонтов и объем траншейных работ, а фронт работ уступов и скорость подвигания забоев уменьшаются.

Скорость углубки карьера также зависит от высоты уступа. Исследованиями установлено, что уменьшение высоты уступа с 20 до 10 м ведет к увеличению скорости углубления карьера в 1,5 раза, ограничиваясь не только скоростью перемещения фронта работ, но и продолжительностью работ по вскрытию и подготовке новых горизонтов.

Чтобы сократить время строительства и период освоения месторождения рекомендуется высоту уступов вышележащих горизонтов принимать малой для обеспечения быстрого развития горных работ в начальный период эксплуатации, а после достижения проектной мощности и обеспечения нормального режима работы карьера высоту уступов увеличивают, для чего необходимо придать им долговременную устойчивость. Так, во многих действующих карьерах высоту уступов вышележащих горизонтов принимали от 5 до 10 м, а нижележащих - от 15 и более метров.

Известна тенденция увеличения высоты уступов для повышения интенсивности отработки месторождения, угла наклона рабочего борта и уменьшения текущего

* Лола Шодиевна Саидова - PhD, снс, старший научный сотрудник Навоийского отделения академии наук РУз. 50

коэффициента вскрыши. Проверить, что интенсивность увеличением высоты уступа, можно из выражения.

01

<

отработки не снизилась с 02

(ctga1 + ctgP) h2 L6 2 (ct§a2 + ctgP)'

где

Ql - производительность экскаватора при малой к1 высоте уступа, Q2 - производительность экскаватора при большой И2 высоте уступа, м3/год;

(1)

м3/год;

Ьв1 - длина экскаваторного блока при малой к1 высоте уступа, м;

Ьв2 - длина экскаваторного блока при большой И2 высоте уступа, м;

а.1 - угол откоса борта карьера при малой высоте уступа, град.;

а.2 - угол откоса борта карьера при большой высоте уступа, град.;

в - угол наклона залежи, град. [24; с.34]

При приведенных выше значениях параметров и Ьб1=Ьб2=1000 м, получим 02>1,1701, т.е. необходимо увеличить производительность экскаваторов на 17% или уменьшить длину экскаваторных блоков на 14% (при 01=02) и увеличить число экскаваторов.

Кроме того, необходимо проверить влияние увеличения высоты уступа на показатели потерь и разубоживания. При разработке малоценных полезных ископаемых этот вопрос остро не стоит. При высокой ценности полезных ископаемых на изменение этих показателей следует обратить самое пристальное внимание, так как при увеличении высоты уступа прямо пропорционально увеличиваются потери и разубоживание.

Их величины во многом зависят от взаимного положения плоскостей забоя и фронта рабочего уступа и контакта полезного ископаемого и пустых пород. Возможные положения этих плоскостей могут быть сведены к трем случаям [6; с.57-58]:

1. Фронт работ уступа перемещается по вскрышным породам со стороны висячего бока залежи (рис. 1., а).

2. Фронт работ уступа перемещается по вскрышным породам со стороны лежачего бока залежи (рис. 1., б).

3. Фронт работ перемещается по рудному телу (рис. 1., в).

а)

На рис.1. приведены наиболее распространенные условия, когда угол падения залежей в меньше угла откоса рабочего уступа а. Угол падения залежи существенно влияет на высоту уступов. Наиболее часто, особенно на месторождениях цветных металлов, не прослеживается четкой закономерности в изменении угла падения рудных тел по глубине как со стороны висячего, так и со стороны лежачего боков. В связи с этим можно пользоваться средневзвешенным значением угла в для всего месторождения или его части.

Удельные объемы теряемого полезного ископаемого АР, м3/м, и примешиваемой пустой породы АУ, м3/м, на контакте рудного тела могут быть определены по следующим выражениям:

- для схемы, приведенной на рис. 1.1, а,

АР = i^2 (ctgP- ctga); AV = у (ctgP- ctga);

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

- для схемы, приведенной на рис. 1.1, б,

АР = ^ ~ (сг%р + сг%а);

2

А = -у + ^а);

- для схемы, приведенной на рис. 1.1, в,

АР' = {Н ~ а) (сг%р + а%а)\ а2

АУ' = у (сЩР + ^а); АР" = (с^- ^а);

а2

АУ" =— (ctgP — ^а).

2 (9)

В обобщенном виде уравнения (1.2)-(1.9) для одного контакта полезного ископаемого и породы могут быть записаны следующим образом:

АР = ^ (±^± ctgа);

2 (10)

а2

АУ = — (+ctgP + ^а),

2 (11)

где И - высота уступа, м;

а - высота треугольника пустых пород, попадающих в руду в процессе отбойки, м; а - угол откоса уступа, град.; в - угол падения контакта руды, град.

Знаки «+» и «+» ставят при направлении работ от лежачего к висячему боку, «-» и «+» - от висячего к лежачему боку при в>а, «+» и «-» - от висячего к лежачему боку при в<а.

Приведенные выражения позволяют устанавливать количественное влияние на величину потерь и разубоживания, направления перемещения рабочих уступов по отношению к контактам рудного тела. Так, при углублении карьера в породах лежачего бока потери и

52

разубоживание всегда больше, чем при углублении в породах висячего бока. Уменьшить их можно только с помощью применения селективной выемки.

На показатели потерь и разубоживания существенное влияние оказывает расположение взрывных скважин в зоне контакта полезного ископаемого и пустой породы, так как изменение расположения скважин с изменением высоты треугольника пустых пород может существенно влиять на величину потерь и разубоживание. Коэффициент потерь ориентировочно может быть определен по формуле

n=AP0/(Mh), (12)

а коэффициент объемного разубоживания - по формуле

Р =

AV0

Mh + AV0 -AP0 (13)

где М - горизонтальная мощность рудного тела, м;

ЛР0 и AVo - удельные объемы теряемого полезного ископаемого и примешиваемых пород на всех контактах полезного ископаемого, м3/м.

При наличии в полезном ископаемом породных прослоек их необходимо дополнительно учитывать при определении ЛР0 и ЛVo.

Очень часто при разработке ценных руд высоту уступов по руде принимают меньшей, чем по пустым породам. Обычно вскрышной уступ при подходе к руде разделяют на два уступа.

Отметим, что высота уступа и параметры БВР тесно взаимосвязаны. Так, при увеличении высоты уступа с углом откоса меньше 90° и использовании вертикальных скважинных зарядов ВВ линия сопротивления по подошве уступа увеличивается. Для обеспечения эффективности работ требуется увеличивать вместимость скважин, используя котловые заряды или увеличивая диаметр скважины.

При использовании наклонных, параллельных откосу уступа скважин, можно без изменения их диаметра увеличить высоту уступа.

Высота уступа выбирается, исходя из условия обеспечения высокоэффективной работы экскаваторов. Прежде всего высота уступа должна обеспечивать наполнение ковшей экскаваторов, поэтому она должна быть не менее 2/3 высоты расположения напорного вала механической лопаты.

При работе экскаватора в развале взорванных горных пород ее высота должна быть связана с высотой черпания:

hp<апHч, (14)

где hp - высота развала взорванных горных пород, м;

ап - коэффициент, зависящий от степени дробления и слеживаемости пород, а также от необходимости селективной выемки (при селективной выемке аи=1; при хорошо раздробленных и исслеживающихся породах аи=1,2^1,4); Нч - высота черпания экскаватора, м.

Зависимость высоты развала породы от высоты уступа пока еще недостаточно изучена. Ориентировочно предполагается прямая пропорциональная зависимость:

hр=тh, (15)

где т - коэффициент, учитывающий способ взрывания (при однорядном взрывании т=0,7^0,9; при многорядном - т=1^1,15). Из последних двух выражений высота уступа

А .

т (16)

Для обеспечения наилучшего использования экскаватора ширина развала породы после взрыва должна соблюдать условие:

В=цА, (17)

где ¡и - количество заходок экскаватора, ед.

В случае, если А=1,5Rч, то высоту уступа определяют по формуле:

h = 1,5Д. ^

ч

с

(18)

где Яч - радиус черпания экскаватора, м;

с - коэффициент, учитывающий ширину развала горных пород (с=1-3).

Для обеспечения взрывания без уборки путей ширина развала должна удовлетворять определенному условию, при этом

h < i[Wo + 0,8(R4 + Rp ) -1],

с (19)

где W0 - ширина отрываемой части уступа, м;

Яч - радиус черпания экскаватора на уровне стояния, м;

Яр - радиус черпания экскаватор на уровне разгрузки, м;

l - расстояние от оси пути до развала породы (допустимое расстояние составляет /=2-3 м).

Экономические расчеты показывают, что себестоимость экскавации при увеличении высоты уступов до 20 м уменьшается, а выше 20 м -увеличивается.

Для рационального использования горнотранспортного оборудования на карьере необходимо формировать уступ большей высоты, что приведет к сокращению количества горизонтов и уменьшению объема работы по установке и передвижке путей. Лишь только на малых карьерах из-за ограничения длины наклонных съездов можно выбирать уступ с меньшей высотой [7; с.341-343].

Высоту уступа необходимо выбирать также по условию обеспечения производительности карьера по полезному ископаемому, которая прямо пропорциональна скорости понижения добычных работ. Если рабочей зоной охвачена вся площадь рудного тела, то производительность карьера:

Api=Sih0i, м3/год (20)

где Si - текущая площадь рудного тела (с учетом рудоносности, потерь и разубоживания), м2;

На - текущая скорость понижения добычных работ, м/год.

При изменяющейся по мере углубки карьера площади рудного тела поддержание постоянной производительности можно осуществлять изменением скорости углубки карьера и понижением добычных работ или высоты уступов, в зависимости от мощности залежей полезного ископаемого.

При определении высоты уступов также необходимо учитывать то, что она оказывает влияние на текущий коэффициент вскрыши и годовой объем пустых работ. В первые годы работы карьера коэффициент вскрыши увеличивается в связи с малой высотой уступа.

Таким образом, в результате анализа основных факторов, влияющих на высоту уступов, установлено, что при формировании устойчивости бортов карьеров необходимо учитывать высоту уступа, которая непосредственно влияет на качество добываемого полезного ископаемого, скорость подвигания фронта, темп углубления горных работ, объем горно-капитальной работы, длину фронта работ, общую протяженность внутрикарьерных путей и дорог и др.

54

Литература:

1. Бунин Ж.В., Нутфуллаев Г.С., Норов Ю.Д., Заиров Ш.Ш. Определение глубины разрушения крепкого пропластка в массиве разнопрочных горных пород зарядом взрывчатых веществ с кумулятивным эффектом // Взрывное дело. - Москва, 2015. -№113/70. - С. 133-141.

2. Рыльникова М.В., Зотеев О.В., Никифорова И.Л. Развитие нормативной базы в области обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и отвалов // Горная промышленность. - Москва, 2018. - №3 (139). - С. 95-99.

3. Отраслевые нормативы буровзрывных работ для карьеров горнодобывающих предприятий цветной металлургии. Утверждены приказом Министерства цветной металлургии СССР от 11 апреля 1977 г. - №162 и введены в действие с 1 января 1978 г. -С. 18-30.

4. Силкин А.А., Кольцов В.Н. Геомеханический анализ и системы контроля деформации бортов карьера Мурунтау // Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2002. - №4. - С. 17-22.

5. Заиров Ш.Ш., Равшанова М.Х., Таджиев Ш.Т., Нуриддинов Ф.А. Анализ теории и практики разработки месторождений полезных ископаемых глубокими карьерами // Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2017. - №2. - С. 26-29.

6. Мислибаев И.Т., Заиров Ш.Ш., Солиев Б.З., Норов А.Ю. Исследование разрушения продуктивного пласта урана взрывом камуфлетного заряда взрывчатых веществ // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - Екатеринбург, 2019. - №4. - С. 43-54.

7. Заиров Ш.Ш., Норматова М.Ж. Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2016. - №4. - С. 33-34.

8. Peter B. Optimisation of Fragmentation and Comminution at Boliden Mineral, Aitik Operation, 2005. - 179р

9. Мацко Н.А. Обоснование разработки месторождений глубокими карьерами с интенсивным формированием выработанного пространства для размещения в нем внутренних отвалов // Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - Москва, 1993

BORTLARNING BARQARORLIGI VA KARER PARAMETRLARIGA TA'SIR QILUVCHIASOSIYOMILLARNITAHLIL QILISH

To'siqlarning balandligini tanlash va loyihalashda asosiy shartlar karerning butun ishlash muddati davomida barqarorlikni ta'minlash va ochiq kon ishlarida EPB talablarini hisobga olgan holda ishlarning xavfsizligini ta'minlashdir. Konning tog '-geologik sharoitlarini, tog 'jinslarining fizik-texnik va tog' -texnologik xususiyatlarini, konning shakli va tuzilishini, intensivligini, rivojlanish taqvim rejasini, tog '- kon texnologiyalari va mexanizatsiyalash vositalarini hisobga olgan holda, ular tog ' tizmalarining balandligini loyihalashtiradilar.

Hozirgi kunga qadar, hisob-kitoblarda, barqarorlik shartlariga asoslanib, etakning balandligi yuqoridagi boshqa omillarni hisobga olishdan ko'ra ko'proq bo'lganligi sababli, uning barqarorligi hisoblab chiqilmagan.

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ И ПАРАМЕТРЫ КАРЬЕРА

Главными условиями при выборе и проектировании высоты уступов являются обеспечение устойчивости в период всего эксплуатационного срока службы карьера и обеспечение безопасности работ с учетом требований ЕПБ при открытых горных работах. С учетом горно-геологических условий месторождения, физико-технических и горно-

55

технологических свойств горных пород, формы и строения залежи, интенсивности, календарного плана развития, технологии ведения горных работ и средств механизации проектируют высоту уступов.

До настоящего времени в связи с тем, что при расчетах высота уступа исходя из условий устойчивости получалась большей по сравнению, чем при учете других вышеперечисленных факторов, то ее устойчивость не рассчитывалась.

ANALYSIS OF THE MAIN FA CTORS AFFECTING THE STABILITY OF THE SIDES AND THE PARAMETERS OF THE QUARRY.

The main conditions for the selection and design of the height of the ledges are to ensure stability during the entire operational life of the quarry and to ensure the safety of work, taking into account the requirements of the EPB in open-pit mining. Taking into account the mining and geological conditions of the deposit, the physical, technical and mining properties of rocks, the shape and structure of the deposit, the intensity, the development schedule, mining technology and mechanization tools, the height of the ledges is designed.

Until now, due to the fact that when calculating the height of the ledge based on stability conditions, it turned out to be higher than when taking into account other above-mentionedfactors, its stability was not calculated.