CC BY
70
-------------------------------------------- © Б.Р. Ракишев, Е.Б. Ракишев,
2004
УДК 622.271.4
Б.Р. Ракишев, Е.Б. Ракишев
ЗАПАСЫ ГОРНЫХ ПОРОД В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ КАРЬЕРА
Семинар № 12
ш Ш од рабочей зоной в горно-
-И.-1 технической литературе понимается та часть поверхности карьера, в которой в данный период эксплуатации месторождения выполняются основные технологические процессы открытых горных работ. «Она представляет собой перемещающуюся и изменяющуюся по размерам и форме поверхность, имеющую разнообразную пространственную конфигурацию и различное по времени положение в пространстве карьерного поля» [1, 2]. На самом деле, рабочая зона карьера по смыслу и сути является объемной геометрической фигурой, так как в ней ведутся горные работы, формируются вскрытые и готовые к выемке запасы горной массы. В связи с этим возникает необходимость в уточнении определения рабочей зоны карьера.
Исходя из существа горных разработок, под рабочей зоной следует понимать ту часть карьерного пространства, в которой в рассматриваемый момент времени ведутся или намечаются подготовительные, вскрышные и добычные работы в соответствующих выработках. С развитием горных работ в пространстве и времени эта часть карьера находится в постоянном движении вплоть до последовательной (сверху вниз) постановки рабочих уступов в промежуточное или предельное положение. Так, при сплошной системе разработки (в идеальном исполнении) рабочая зона в вертикальном разрезе карьера совершает плоскопараллельное движение, при углубочной системе разработки - аналогичное движение, но с регулярным скачкообразным опусканием на высоту очередного вскрываемого горизонта.
В общем случае рабочая зона представляет собой перемещающуюся и изменяющуюся по размерам и форме часть карьера с течением времени [3]. Она ограничена от выработанного пространства рабочим бортом и верхней площадкой первого рабочего уступа шириной,
равной ширине заходки по целику, от карьерного поля в направлении развития горных работ текущим контуром, от невскрытых или нерабочих нижних горизонтов плоскостью основания нижнего рабочего уступа, а по флангам -боковыми гранями (рис. 1).
Рабочий борт карьера - совокупность наклонных поверхностей откосов уступов с их горизонтальными рабочими площадками. Он совместно с верхней площадкой первого уступа образует открытую поверхность рабочей зоны. Текущий контур рабочей зоны - это плоскость, проведенная через тыльную сторону верхней площадки первого рабочего уступа, параллельно борту карьера в предельном положении. Боковые грани рабочей зоны - совокупность нормальных плоскостей, проведенных по концам длин фронта работ каждого уступа (рис. 1).
Основными параметрами рабочей зоны являются: высота, ширина, угол откоса рабочего борта карьера, длина фронта работ каждого уступа, площади рабочих площадок, проекция рабочего борта на горизонтальную плоскость и объем породы в рабочей зоне в данный момент времени.
По степени доступности горных пород для извлечения из массива различают подготовленные, вскрытые и готовые к выемке запасы [1, 2]. Однако так называемые «подготовленные запасы» не сопровождаются соответствующим этому понятию обоснованием. В работе [1] описывается процесс подготовки уступов, подлежащих разработке, а не подготовленные запасы. Для первого уступа подготовка осуществляется путем зачистки его верхней поверхности для проведения первоначального технологического процесса открытых горных работ. Для нижерасположенных уступов подготовка заключается в отодвигании вышерас-положенных уступов на такие расстояния, при которых на этих горизонтах создавались бы
соответствующие рабочие и нерабочие площадки нужных размеров.
В работе [2] к подготовленным отнесены запасы уступов (из объема вскрытых) с обнаженными верхней и боковой поверхностями (выполнены горноподготовительные работы, предусмотренные проектом).
В соответствии с [2] «подготовленные запасы уступа сверху ограничены верхней обнаженной поверхностью уступа, снизу — подошвой уступа, сбоку — со стороны добычных работ — обнаженной поверхностью откоса уступа, со стороны массива полезного ископаемого
— поверхностью, построенной от границы предохранительной бермы вышележащего уступа под углом откоса, предусмотренным проектом. Они включают в себя готовые к выемке запасы».
Таким образом, подготовленные запасы в приведенных работах [1, 2] дублируют понятие «вскрытые запасы».
Те объемы пород, которые могут быть во-
Рис. 1. Схематичный план горных работ карьера (а) и увеличенный разрез рабочей зоны по А-А (б): 1 - рабочий борт, 2 - верхняя площадка первого рабочего уступа, 3 - тыльная сторона верхней площадки первого рабочего уступа, 4 - текущий контур, 5 - основание и 6 - боковые грани рабочей зоны
влечены в начальные технологические процессы, предшествующие выемочно-погрузочным работам на верхнем уступе карьера представляют собой вскрытые запасы. Объемы пород для нижележащих уступов включаются в состав вскрытых запасов, если отодвинуты на необходимые расстояния вышерасположенные уступы.
В рабочей зоне карьера реально существуют лишь вскрытые и готовые к выемке запасы горных пород. Это подтверждает и опыт работы действующих карьеров. В оперативных и директивных документах предприятий с открытым способом разработки не фиксируются данные по объемам подготовленных запасов.
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 вы-шерасположенных уступов, причем для разработки этих уступов должны быть выполнены предусмотренные техническим проектом подготовительные работы [4].
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 границы верхней площадки верхнего уступа за вычетом ширины транспортной бермы под углом откоса уступа (рис. 2). Ширина верхней площадки первого уступа В0 и ширина транс-
Рис. 2. Поперечный (а), продольный (в) разрезы и горизонтальная проекция (б) рабочей зоны: 1 - вскрытые запасы уступов, 2 - готовые к выемке запасы уступа в составе вскрытых запасов, 3 -долговременные запасы, 4 - граница долговременных запасов, 5 - следы плоскостей по флангам фронта работ; 6 -боковые грани рабочей зоны
скал, хотя в действительности она объемная, в чем нетрудно убедиться, вникнув в суть задачи.
Таким образом, вскрытые запасы горных пород на 1 пог. м. длины элементарного участка g рабочей зоны можно определить по формуле (см. рис. 2):
портной бермы Вт0 на ней принимаются такими же, как на нижнем уступе при нормальных условиях работы горного и транспортного оборудования.
При современном уровне использования компьютерной техники вычисление площадей и объемов в рабочей зоне не представляет трудностей. Однако для обстоятельного анализа текущего и перспективного состояния горных работ в карьере нужно располагать математической моделью рабочей зоны. В этих целях последнюю по ее длине следует разбить (поперечными разрезами) на несколько (т) характерных элементарных участков длиной 1% и для каждого выделенного g-гo участка на его поперечном сечении вычислить интересующие величины. Далее в зависимости от характера задачи путем их усреднения или суммирования можно найти искомые объемы в рабочей зоне в целом [3, 4]. Задача в такой постановке многими исследователями воспринимается как пло-
V,
8ВЗ = £(вм -ВТ(М))ЬИ , (1)
м
где Вц_1 - ширина рабочей площадки на (ц-1)-м уступе; вт(ц-1) -ширина транспортной (предохранительной) бермы на (ц-1)-м уступе; ц - номер уступа рабочей зоны; Иц -высота ц-го уступа.
Объем вскрытых запасов в рабочей зоне карьера вычисляется как сумма объемов пород ее различных участков, т.е.
(2)
= 1 Явз V g=l
В целях упрощения записи индекс <^» при Без и Ую опущен.
В случае определения этих запасов по планам горных работ (см .рис. 26) они
вычисляются из выражения:
V.
-в
т(М)
)Ь ц Ь
(3)
= 1 (в
м
Здесь Ьц - длина фронта работ на ц-м усту-
Под готовыми к выемке следует считать запасы из числа вскрытых, которые готовы к выемке, погрузке и перемещению непосредственно из массива или после взрывания, механического рыхления и т.д. При этом нет надобности в выделении из этого числа объема 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 заходки по целику под углом откоса уступа (см. рис. 2а).
Готовые к выемке запасы горных пород в рабочей зоне на 1 пог. м. длины элементарного участка g определяются по формуле (см. рис. 26):
П ...
Б =УВ И , (4)
гз ^ зц ц |1=1
где Взц - ширина заходки по целику ц-го уступа.
Весь объем готовых к выемке запасов в рабочей зоне:
V = У Б 1
ГЗ ГЗ Я
(5)
По плану горных работ они определяются из выражения:
V = У В И Ь . (6)
ГЗ ^ зц ц ц
После определения запасов в пределах каждой рабочей зоны суммированием находят общие вскрытые и готовые к выемке запасы горных пород для карьера в целом. В целях дифференциации найденные объемы вскрытых и готовых к выемке запасов разбивают по видам горных пород и сортам полезного ископаемого. Они легко вычисляются по приведенным выше методикам для каждого рассматриваемого элементарного участка уступа (по высоте и в плане) на компьютере с использованием программы Автокад. Могут быть отдельно учтены по тем же категориям запасы некондиционных и забалансовых руд. Общие запасы карьера по категориям пород складываются из объемов по отдельным рабочим зонам.
По мере ведения горных работ запасы извлекаются, переходят из одной категории в другую, т.е. находятся в постоянном изменении (движении).
Рассмотренные запасы горных пород относятся к так называемым текущим. Их должно быть достаточно для бесперебойного выполнения всех подготовительных, вскрышных и до-
бычных работ. На основании этого положения следует определять объемы соответствующих рабочих блоков: подготовленных к бурению, обуриваемых, взрываемых и др. Готовыми к выемке запасами должна быть обеспечена стабильная работа выемочно-погрузочного оборудования, а в добычной зоне должно быть обеспечено наличие всех добываемых видов и категорий полезных ископаемых по качеству. На современных карьерах готовые к выемке запасы на один экскаватор составляют, как правило, не менее его месячной производительности, в исключительных случаях половину этой величины. 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 минимальных значений. Отклонение от этого условия может стать причиной нарушения ритмичности работы и уменьшения надежности выполнения календарного плана, т.е. добычи и поставки потребителям согласованного объема полезных ископаемых.
Управление текущими запасами горных пород, в том числе полезного ископаемого, осуществляется на основе утвержденного плана на квартал, год и т.д.
По состоянию запасов на определенный момент времени различают также долговременные запасы горных пород.
Долговременные запасы в рабочей зоне ограничены: сверху плоскостью основания первого рабочего уступа, снизу - плоскостью основания нижнего рабочего уступа, по флангам
- боковыми гранями рабочей зоны, со стороны массива - плоскостью, проведенной от границы верхней площадки первого уступа за вычетом ширины транспортной (или предохранительной) бермы под углом нерабочего борта карьера в предельном положении, а со стороны вскрытых запасов - совокупностью откосов уступов, соответствующих границам вскрытых запасов уступов (см. рис. 2а).
Эти запасы на 1 пог. м. длины элементарного участка я рабочей зоны определяются по формуле:
= 2нрз [(Врз - В31) + 2(В0 - вто)]- Бю .(7) а весь объем - по формуле:
V,, - зЪу.- (8)
Я=1
Объем долговременных запасов горной массы и полезного ископаемого должен способствовать выполнению плановых объемов подготовительных, вскрышных и добычных работ при принятом порядке их ведения. Величину и местоположение этих запасов в каждой рабочей зоне устанавливают по принятому календарному плану и конкретизируют при годовом планировании горных работ. В случаях резкого отклонения качества полезного иско-
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.
паемого от геолого-разведочных данных предусматривают возможности временной остановки работ на отдельных или на всех вскрышных уступах.
Приведенный подход к определению запасов горных пород в рабочей зоне служит базой для обоснованного анализа, прогнозирования и управления текущим и перспективным состоянием горных работ на открытых разработках.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Ракишев Б.Р. Рабочая зона карьера и ее параметры. Горный журнал, №3, М., 2003, С. 17-21.
4. Ракишев Б.Р. Системы и технологии открытой разработки. Алматы: НИЦ «Гылым», 2003. - 328 с.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------------
Ракшиев Б.Р. - академик НАН РК, профессор, доктор технических наук, завкафедрой открытых горных работ Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева.
Ракишев Е.Б. - аспирант КазНТУ им. К.И. Сатпаева.
------------------------------------------------ © А. И. Павлов, 2004
УДК 622.012.013.3: 658.012.12 А.И. Павлов
ПРИМЕНЕНИЕ ГОРНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ КАРЬЕРАХ РОССИИ (1990-2002 гг.)
Семинар № 12
ТЪ 90-х годах продолжилась тенденция ■И повышения удельного веса открытого способа добычи железной руды в России и снижения подземного. Удельный вес открытого способа добычи руды повысился с 89,1 % в 1990 г. до 91,9 % в 2002 г., доля подземного способа понизилась соответственно с 10,9 % до 8,1 % (рис. 1, табл. 1). Это уменьшение произошло в основном за счет предприятий Урала, где доля подземного способа снизилась с 18,5
% в 1990 г. до 11,5 % в 2002 г. В настоящее время в стране железная руда добывается на 32 карьерах и 11 шахтах.
Для железорудной промышленности России характерна концентрация производства. Удельный вес добычи железной руды на 8 крупнейших ГОКах страны на протяжении нескольких десятилетий возрастал и в 2002 г. составил 193,9 млн. т, т.е. 87,5 % от всей добываемой железной руды в стране, причем доля
