CC BY
29
УДК 622.271.04 Е.Б. Ракишев
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕКУЩИХ ЗАПАСОВ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ УГЛУБОЧНОЙ СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ
Семинар № 16
По степени доступности горных пород для извлечения из массива, как известно из горнотехнической литературы [1-3], различают подготовленные, вскрытые и готовые к выемке запасы. В большинстве таких работ в качестве классификационных признаков разделения запасов на категории рассматривается подготовка рабочих горизонтов к эксплуатации с проведением соответствующих дренажных, вскрывающих, горно-подготовительных выработок и других вспомогательных работ. Однако такой подход к оценке запасов не правомерен, так как он характеризует физико-техническое состояние массива пород и представляет совершенно другой этап (уровень) эксплуатации месторождения - период подготовки карьерного поля к разработке. Об этом свидетельствуют тот факт, что в зависимости от времени производства подготовки уступов к работе подготовленные запасы то предшествуют вскрытым запасам, включая его в свой состав [1 ], то сами входят в состав вскрытых запасов [2]. Указанное разночтение является следствием того, что в плане учета доступности извлечения пород из массива использование понятия «подготовленные запасы», неприемлемо, так как последние в упомянутом смысле не имеют места в карьерном поле.
Таким образом, в рабочей зоне карьера реально существуют лишь вскрытые и готовые к выемке запасы горных пород.
В соответствии с технологией и порядком ведения горных работ под вскрытыми следует понимать запасы горных пород на самом верхнем уступе - очищенные от естественных и искусственных преград, а на последующих (сверху вниз) уступах - освобожденные от пород вышерасположен-ных уступов, причем для разработки этих уступов должны быть выполнены предусмотренные техническим проектом горно-подготовительные работы.
Вскрытые запасы в пределах рабочей зоны целесообразно определять как сумму запасов составляющих уступов. Вскрытые запасы уступа ограничены: от выработанного пространства откосом и верхней площадкой уступа, снизу - плоскостью основания данного уступа, по флангам - плоскостями, проведенными перпендикулярно к линии фронта работ по концам его длины под углом откоса уступа, а со стороны массива - плоскостью, проведенной от подошвы верхнего уступа за вычетом ширины транспортной бермы под углом откоса уступа (см. рис. 1). Ширина верхней площадки первого уступа и ширина транспортной бермы на ней принимаются такими же, как на нижнем уступе при нормальных условиях
выемке запасы уступов в составе вскрытых запасов; 3 - долговременные запасы; 4 - граница долговременных запасов
работы горного и транспортного оборудования.
Под готовыми к выемке следует считать запасы из числа вскрытых, которые готовы к выемке, погрузке и перемещению непосредственно из массива, либо после взрывного или механического рыхления с обязательной прокладкой транспортных коммуникаций. Эти запасы должны находиться в таком состоянии, при котором можно было вести их выемку, погрузку и транспортировку. При этом нет надобности в выделении из этого числа объемов отдельно обуренных и взорванных пород, поскольку речь идет о запасах горных пород в массиве (целике).
Готовые к выемке запасы уступа ограничены от выработанного пространства откосом и верхней площадкой уступа, снизу - плоскостью основания данного уступа, по флангам плоскостями, проведенными перпендикулярно к линии фронта работ по концам его длины под углом откоса уступа, а со стороны массива плоскостью, проведенной от границы заход-ки по целику под углом откоса уступа (см. рис. 1).
При взрывной подготовке горных пород готовые к выемке запасы в разрыхленном состоянии подразделяются на несколько слоев. Первая экскаваторная заходка, готовая к выемке, обычно состоит из объема отброшенной части развала. Запасы в последующих слоях (заходках) становятся реально готовыми к выемке, погрузке и перемещению лишь после подвода к ним соответствующих транспортных коммуникаций.
При современном уровне использования компьютерной техники вычисление указанных объемов пород в рабочей зоне не представляет трудностей. Однако для анализа текущего и перспективного состояния горных работ в карьере нужно располагать аналитическим аппаратом определения параметров рабочей зоны. В этих целях последнюю по ее длине следует разбить (поперечными разрезами) на несколько (т) характерных элементарных участков длиной 1д и для каждого выделенного д-го участка на его поперечном сечении вычислить интересующие величины. Далее в зависимости от характера задачи путем
их усреднения или суммирования можно найти искомые объемы пород в рабочей зоне карьера в целом [4, 5].
В соответствии с изложенным выше вскрытые запасы горных пород на 1 пог. м длины элементарного участка д рабочей зоны определяются по формуле (см. рис. 1):
П
^вз = 21(Вц-1 - вт{ц-1)^^ц =
ц=1
П
= 2 ВвзСи-1) Ьм ^
и=1
где Ви-1 - ширина рабочей площадки на (ц-1)-м уступе; вт(и-1) - ширина транспортной (предохранительной) бермы на (ц-1)-м уступе; Ввз(ц-1) - ширина вскрытых запасов на (ц-1)-м уступе; и - номер уступа рабочей зоны; Ьц - высота ц-го уступа; п - число рабочих уступов.
Объем вскрытых запасов в рабочей зоне карьера вычисляется как сумма объемов пород ее различных участков, т.е.
т
^вз = 2 . (2)
д=1
В целях упрощения записи индекс «д» при Бвз и Увз опущен.
В случае определения этих запасов по планам горных работ они вычисляются из выражения:
^вз = 2 (Ви-1 - вт(ц-Ц^ц , (3)
ц=1
где - длина фронта работ на ц-м уступе.
Готовые к выемке запасы горных пород в рабочей зоне на 1 пог.м. длины элементарного участка д определяются по формуле (см. рис. 1):
$гз = 2 ВзЛ , (4)
ц=1
где Взц - ширина заходки по целику ц-го уступа.
Весь объем готовых к выемке запасов в рабочей зоне:
т
^гз = 2 ^д . (5)
д=1
По плану горных работ они определяются из выражения:
^ =2 ВцЬцЬц . (6)
ц=1
После определения запасов в пределах каждой рабочей зоны суммированием можно найти общие вскрытые и готовые к выемке запасы горных пород для карьера в целом. Они легко вычисляются по приведенным выше формулам для каждого рассматриваемого элементарного участка любой рабочей зоны при различных значениях параметров системы разработки (по высоте и в плане) на компьютере с использованием программы Автокад.
Рассмотренные запасы горных пород относятся к так называемым текущим. По мере ведения горных работ они извлекаются, переходят из одной категории в другую, т.е. находятся в постоянном изменении (движении). Наличие необходимого и достаточного количества таких запасов обеспечивает бесперебойную работу горного предприятия.
Рассмотрим изменения текущих запасов при углубочной системе разработки крутопадающей залежи (см. рис. 2) с использованием зависимостей (1) и (4). Для такой системы характерны достаточный темп углубления горных работ и наличие большого числа рабочих уступов с различными рабочим площадками.
Для простаты расчетов уступы в рабочей зоне примем одинаковой высоты и одинаковой ширины рабочих
Рис. 2. Поперечный разрез рабочей зоны при углубочной системе разработки кругопадающей залежи: Ввз - ширина вскрытых запасов; Вз - ширина заходки по целику; Врт - ширина разрезной траншеи; в.,. - ширина транспортной бермы
площадок. Просчитаем варианты, когда высота уступа составляет 10,15 и 20 м, ширина рабочей площадки -30, 45, 60 и 75 м, ширина транспортной бермы - 8, 12, 16, 20 и 24 м, высота рабочей зоны - 30,
40,...,120 м.
Объемы вскрытых запасов, приходящие на 1 пог.м. длины фронта
работ, вычисленные по формуле (1), при различном сочетании указанных параметров углубочной системы разработки для одной рабочей зоны приведены в табл. 1.
В таблице отсутствуют данные для отдельно взятых уступов. Эти объемы при изменении ширины вскрытых запасов (Вп-1 - в т^!)) от 51 до 57 м, ширине рабочей площадки 75 м на 10 метровом уступе принимают значения от 510 до 610 м2, на 15 метровом уступе - от 765 до 100 м2, на 20 метровом уступе - от 1020 до 1340 м2. При ширине рабочей площадки 60 м при тех же значениях Ввз объем вскрытых запасов на 10 метровом уступе изменяется 360 до 520 м2, на 15 метровом уступе - от 540 до 780 м2 и на 20 метровом уступе - от 720 до
1040 м . Эти результаты с учетом вычисленных аналогичных объемов при ширине рабочей площадки 45 и 30 м графически представлены на рис. 3.
Как видно из рис. 3, при одной и то же ширине рабочей площадки, чем больше высота уступа, тем больше запасы и на одном и том же уступе с увеличением ширины рабочей площадки пропорционально растут вскрытые запасы. Запасы размером, например, 600 м2 /п.м. обеспечиваются на 10 метровом уступе при Вц = 75, Ввз = 60 м, на 15 метровом уступе при Вц = 60, Ввз = 40 м, на 20 метровом уступе при Вц = 45, Ввз = 30 м. Большие объемы запасов достижимы только на 15 и 20 метровых уступах.
Анализ данных табл. 1 показывает, что с увеличением ширины рабочей площадки и уменьшением ширины транспортной бермы во всех рабочих зонах растут объемы вскрытых запасов. Кроме того, при фиксированных значениях Врп и Ввз они прямо пропорциональны высоте рабочих зон. Эти закономерности графически изображены на рис. 4. Из этого рисунка
Таблица 1
Объемы вскрытых запасов при различных их ширине и Нрз
В, Вт Ввз Нрз
30 40 60 80 90 100 120
8 67 2010 2680 4020 5360 6030 6700 8040
12 63 1890 2520 3780 5040 5670 6300 7560
75 16 59 1770 2360 3540 4720 5310 5900 7080
20 55 1650 2200 3300 4400 4950 5500 6600
24 51 1530 2040 3060 4080 4590 5100 6120
8 52 1560 2080 3120 4160 4680 5200 6240
12 48 1440 1920 2880 3840 4320 4800 5760
60 16 44 1320 1760 2640 3520 3960 4400 5280
20 40 1200 1600 2400 3200 3600 4000 4800
24 36 1080 1440 2160 2880 3240 3600 4320
8 37 1110 1480 2220 2960 3330 3700 4440
12 33 990 1320 1980 2640 2970 3300 3960
45 16 29 870 1160 1740 2320 2610 2900 3480
20 25 750 1000 1500 2000 2250 2500 3000
24 21 630 840 1260 1680 1890 2100 2520
8 22 660 880 1320 1760 1980 2200 2640
12 18 540 720 1080 1440 1620 1800 2160
30 16 14 420 560 840 1120 1260 1400 1680
20 10 300 400 600 800 900 1000 1200
24 6 180 240 360 480 540 600 720
Таблица 2
Объемы готовых к выемке запасов при различных ширине захоаки и Нрз
Ь Вз Нрз
30 40(45) 50 60 70(75) 80 90 100(105) 110 120
10 14 420 560 700 840 980 1120 1260 1400 1540 1680
15 14 18 420 540 (630) (810) 840 1080 (1050) (1350) 1260 1620 (1470) (1890) 1680 2160
20 18 22 720 880 1080 1320 1440 1760 1800 2200 2160 2640
видно, что большие объемы вскрытых запасов при одной и той же высоте рабочей зоны могут быть достигнуты при больших значениях ширины рабочей площадки и малых величинах ширины транспортной бермы, что и практикуется на действующих карьерах.
Объемы готовых к выемке запасов, вычисленные по формуле (4) при различных ширине заходки по целику и высоте рабочей зоны, приведены в табл. 2. Как видно, при одной и той же ширине заходки по целику искомые объемы растут прямо пропорционально высоте уступа и высоте
Рис. 3. Зависимость изменения вскрытых запасов на уступах различной высоты от ширины Ввз
Рис. 4. Зависимость изменения вскрытых запасов при различной ширине от высоты рабочей зоны Нрз
Рис. 5. Зависимость изменения готовых к выемке запасов при различной Вз от высоты Нрз
рабочей зоны, а при одинаковой высоте рабочей зоны - прямо пропорционально ширине заходки по целику. Эти результаты графически представлены на рис. 5. Ценность графического изображения изменения объемов готовых к выемке запасов заключается в том, что по нему оперативно можно отыскать сочетание параметров системы разработки, обеспечивающие требуемый объем полезного ископаемого и вскрышных пород.
Готовыми к выемке запасами должна быть обеспечена стабильная работа выемочно-погрузочного оборудования, а в добычной зоне еще
должно быть обеспечено наличие всех добываемых видов и категорий полезных ископаемых по качеству. Вскрытые запасы на любой момент времени должны обеспечить готовые к выемке запасы. Колебания объемов вскрытых и готовых к выемке запасов должны происходить в строго определенных пределах, не достигая крайне минимальных значений. Отклонение от этого условия может стать причиной нарушения ритмичности в
1. Ржевский В. В. Открытые горные работы. ч.2. - М.: Недра, 1985.- 550 с.
2. Трубецкой К.Н., Краснянский Г.Л., Хронин В. В. Проектирование карьеров. -М.: Из-во АГН, 2001. - т.1. - 519 с.
3. Арсентьев А.И., Холодняков ГА. Проектирование горных работ при откры-
выполнении программы по добыче полезного ископаемого.
Изложенные результаты научных исследований служат надежный основой для целенаправленного управления движением текущих запасов полезного ископаемого и вскрышных работ в карьерном поле во времени. Их использование предотвращает нежелательные, негативные явления, связанные с хроническим отставанием вскрышных работ на карьерах.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
той разработке месторождений - М.: Недра, 1994. - 336 с.
4. Ракишев Б. Р. Системы и технологии открытой разработки. Алматы: НИЦ «Еылым», 2003. - 328 с.
5. Ракишев Б.Р., Ракишев Е.Б. Запасы горных пород в рабочей зоне карьера. ГИ-АБ. № 7, 2004, С. 189-193.
— Коротко об авторах---------------------------------------------------
Ракишев Е.Б. - аспирант, Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева.
А
