Глава 2. Методы оценки ветровой эрозии и пыления
С.В. Комонов, Е.Н. Комонова
Ветровая эрозия и пылеподавление
Курс лекций. — Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. — 192 с.
Глава 2. Методы оценки ветровой эрозии и пыления
2.11. Методика оценки пыления при разработке и эксплуатации карьера
2.11.1. Технология разработки карьеров
Карьеры разрабатываются открытым способом с извлечением полезных ископаемых и руды, которая вывозиться на переработку или частично складируется в места временного накопления на промежуточных складах.
В настоящее время горные работы производятся экскаваторами, такими как ЭКГ – 5А, ЭКГ – 10, САТ – 5310В. Высота отрабатываемых уступов, как правило, составляет 5 – 10 м. Транспортировка горной массы осуществляется наиболее характерными типами карьерных автосамосвалов: САТ – 777D, БелАЗ – 7540, 7548.
Основные решения по организации строительства опираются на результаты проектирования и исходные данные карьера. Площадка строительства должна быть обеспечена: подъездными дорогами; площадкой для производства отвальных работ; системой отвода поверхностных вод; электроэнергией; геодезической основой для строительства.
Освоение площадки строительства, после расчистки территории от леса, кустарника и редколесья, начинается со срезки почвенно-растительного слоя (ПРС) с размещением его в резерв для последующего использования при рекультивации.
Трассы подъездных автодорог определяются исходя из минимальных объемов работ. В непосредственной близости от участка размещаются открытые складские площадки карьера, которые используются в качестве временной площадки складирования технологического оборудования. Чаще всего используется открытая площадка материально-технического склада, оборудованная козловым краном.
Подготовительные работы, выполняемые в период строительства карьера, заключаются в следующем:
· валка леса, расчистка площадей от пней, кустарника и мелколесья;
· снятие почвенно-растительного слоя;
· нарезка рабочих площадок;
· создание транспортных связей рабочих площадок с отвалом.
Расчистка территории ведется с использованием бульдозеров, крана и автомобиля для вывозки леса. Почвенно-растительный слой срезается бульдозером, который в дальнейшем используется на планировочных работах в карьере.
1 Снятие и складирование почвенно-растительного слоя
Работы по подготовке территории включают: сведение, трелевка леса и кустарника, корчевка пней, снятие ПРС, отгрузка его и транспортировка на склад ПРС. Мощность снятия ПРС, для территории покрытой лесом, составляет 0,2 м.
ПРС перемещается бульдозером в бурт за пределы борта траншеи или границы автодороги (рисунок 21). Средневзвешенная площадь бурта ПРС, при коэффициенте разрыхления 1,4, составляет 6 м 2 (ширина основания 6 м, высота 2 м). Среднее расстояние перемещения ПРС бульдозером L = 30 м.
Рисунок 21 – Схема перемещения и параметры бурта ПРС в карьере.
На территории карьера ПРС перемещается в бурты по мере продвижения фронта работ. Средневзвешенная площадь бурта ПРС достигает 22 м 2 (высота 3 м, расстояние перемещения бульдозером 80 м). Бурт ПРС грузится экскаватором с ковшом в автосамосвалы и вывозится на площадку для хранения и вторичного использования (рисунок 22).
2 Вскрытие и порядок отработки участка
Рельеф донной поверхности (абсолютные отметки поверхности изменяются по предельному контуру карьера), а так же горно-геологические условия залегания рудных тел, позволяют вскрыть месторождение по комбинированной схеме:
— нагорная часть, вскрывается отдельными полу траншеями с отметками поверхности в нисходящем порядке. Траншеи закладываются с отметкой рельефа и соединяются временными дорогами с основной дорогой для вывозки руды и вскрыши. Для сокращения расстояния транспортировки, вскрытие горизонта производится внешней наклонной траншеей с определенным уклоном. Глубинная часть вскрывается внутренней групповой траншеей.
Траншеи проходят с поверхности от границы карьера до дна. На конец отработки эти траншеи образуют общую траншею, состоящую из 2-х наклонных съездов с уклоном по 0,080 м/м каждый. Общая глубина траншеи 20 м, длина трассы до 300 м.
Рисунок 22 – Типовая технологическая схема погрузки ПРС из бурта в БелАЗ
Принятая схема вскрытия (рисунок 23) позволяет: минимизировать расстояния перемещения породы в отвал, а руды – на склад, создать опережающее выработанное пространство для формирования внутреннего отвала, обеспечить наименьший водоприток в карьер.
Размещение вскрышных пород предусмотрено в отвалы, расположенные непосредственно у борта карьера. Расстояние транспортирования вскрышных пород от борта карьера в отвал определяется на местности.
Схема вскрытия месторождения, горно-капитальные работы и их обеспеченность к выемке определяется величиной активного фронта работ и запасами полезных ископаемых.
3 Создание транспортных связей карьера
Материал для строительства и реконструкции дорог используется в виде породы для основания дорог, фракцией – до 400 мм и щебнем фракцией – 5-50 мм для покрытия дорог и отсев от дробления этих пород.
С учетом опыта строительства карьеров чаще производится мелкое дробление щебня и использование гранитного песка и дресвы на покрытие дорог в верхнем слое. При строительстве автодорог на поверхности, предварительно бульдозером, производится снятие слоя ПРС с размещением по обеим сторонам дороги в бурт.
1 – направление движения БелАЗ; 2 – взорванная горная масса; 3 – экскаватор
Рисунок 23 – Типовая технологическая схема проходки траншеи экскаватором с погрузкой в БелАЗ
Поперечный профиль внутриплощадочных дорог на поверхности приведен на рисунке 24. Толщина насыпи из вскрышных пород от 1,2-1,4 м до 4-6 м.
В процессе эксплуатации проводятся работы по текущему содержанию автодорог:
· укрепление откосов земляного полотна, дренажных канав и виражей;
· очистка водоотводных сооружений;
· ремонт дорожных одежд;
· ликвидация пучин, очистка от снежных заносов;
· ремонт искусственных сооружений;
· содержание в надлежащем состоянии дорожного ограждения и сигнальных знаков.
Рисунок 24 – Профиль дороги на поверхности
Расход пены на полив для переходных и низших типов покрытий (щебеночные, гравийные, шлаковые, грунтовые, укатанные, укрепленные) не менее 1-1,5 л/м 2 . Интервалы между обработками 1-4 час, в зависимости от состояния дорог в части пылеобразования.
Автомобильные дороги обставляются дорожными знаками и сигналами. В соответствии с требованиями СНиП необходимое число дорожных знаков и указателей, а также места их установки должны обосновываться принятой схемой организации движения транспортных и пешеходных потоков с выделением на дорогах опасных, участков и правил дорожного движения.
Заезды на рабочий уступ, автодороги в карьере и на отвалах, места погрузки и разгрузки при работе в темное время суток обязательно должны быть освещены.
4 Воздействие карьера на атмосферный воздух
С началом разработки и эксплуатации карьера в атмосферный воздух могут поступать:
· от карьера, отвалов, складов руды: (пыль, окись углерода, двуокись азота, сернистый ангидрид, сажа, углеводород, цианистый водород, гидроокись кальция, гидроокись натрия, гипохлорит кальция, ртуть, хлор, пары тиомочевины, аэрозоль серной кислоты, сульфат железа, сернистый ангидрид, окись углерода, двуокись азота, бенз(а)пирен;
· от гаражного хозяйства: сажа, двуокись азота, сернистый ангидрид, углеводород, окись углерода.
Разработка и введение в эксплуатацию карьера производится поочередно. При разработке первой очереди карьера количество выбросов загрязняющих веществ, как правило, увеличивается.
Измерение фоновых концентраций в районе разработки карьера производится согласно мониторингу объекта, с обязательным анализом данных о степени загрязнения атмосферного воздуха, по которым можно судить о выбросах загрязняющих веществ от карьера.
Примерные выбросы загрязняющих веществ от площадки работающего карьера со средней производительностью представлены в таблице 14.
Таблица 14 – Выбросы загрязняющих веществ от карьера
Источник
Способ разработки карьера
Использование: разработка открытым способом месторождений полезных ископаемых, сложенных как однородными, так и неоднородными породами, при вертикальном падении ограниченных в плане рудных тел, в частности, при разработке вертикально падающих смежно расположенных кимберлитовых трубок. Сущность изобретения: способ разработки карьера включает отработку карьерного поля этапами с послойной отработкой этапов уступами, формирование рабочего и нерабочего бортов карьера, отстройку наклонных предохранительных и транспортных берм, сопряжение смежных уступов гладкостенным контурным взрыванием, формирование промежуточных контуров между смежными этапами и конечного контура карьера под результирующим углом. Между смежными этапами карьера формируют площадки примыкания трассы к горизонтальным и наклонным бермам, съезды с транспортных берм предыдущего этапа на площадки примыкания смежных этапов формируют параллельно трассе съездов с транспортных берм последующего этапа с переменным углом наклона. Сопряжение смежных уступов формируют страиванием последних, начиная с промежуточного контура между смежными этапами с увеличением результирующего угла откоса строенных уступов на нижних горизонтах, наклонные предохранительные бермы отстраивают, начиная с нижней части последующего этапа нерабочего борта, а предохранительные бермы предыдущего этапа и верхней части последующего этапа отстраивают горизонтальными, причем результирующий угол нерабочего борта увеличивают, начиная с промежуточного контура между смежными этапами. В нижней части последующего этапа карьера формируют горизонтальную площадку перегрузочного пункта, после которой ширину транспортной бермы уменьшают, а результирующий угол откоса строенных уступов увеличивают до предельно устойчивого.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке открытым способом месторождений полезных ископаемых, сложенных как одногодичными, так и неодногодичными, породами при вертикальном падении ограниченных в плане рудных тел, в частности, при разработке смежно расположенных кимберлитовых трубок.
Известен способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий сооружение наклонных транспортных и проведение предохранительных берм параллельно транспортным (авт. свид. СССР N 497407, кл Е 21 С 41/26, 1975).
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе бермы с дневной поверхности до дна карьера формируются без дополнительных заездов, что затрудняет возможность зачистки транспортных и предохранительных берм, транспортировку горной массы, снижает безопасность горных работ и приводит к снижению производительности карьера.
Известен способ отстройки нерабочего борта карьера, включающий формирование нерабочих уступов, наклонной транспортной бермы, проведение ломаных предохранительных берм между смежными нитками транспортной бермы, причем одни участки предохранительных берм до определенного уровня проходят с уклоном, совпадающим с уклоном транспортной бермы, после чего другие участки предохранительных берм проходят с направлением уклона, противоположным направлению уклона транспортной бермы (авт. свид. СССР N 1694900, кл. Е 21 С 41/26, 1991).
Известный способ позволяет снизить объем вскрышных работ за счет исключения выполаживания борта на отдельных участках.
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе также затруднена возможность зачистки как транспортных, так и предохранительных, берм ввиду значительной их протяженности и отсутствия дополнительных заездов на транспортные бермы. Кроме того, при организации работы по известному способу затруднена реконструкция карьера при его дальнейшей углубке ввиду сложности конструкции отстроенного нерабочего борта в этапном контуре карьера и отсутствии возможности ведения горных работ одновременно на двух этапах, т.к. трасса вскрывающих выработок имеет спиральную форму без петлевых разворотов, что исключает возможность использования такой трассы для ведения горных работ в первом этапе при разносе бортов карьера.
Наиболее близким к предлагаемому является способ разработки карьера, принятый за прототип включающий отработку карьерного поля этапами с послойной отработкой этапов уступами, формирование рабочего и нерабочего бортов карьера, отстройку наклонных предохранительных и транспортных берм определенной ширины, сопряжение смежных уступов гладкостенным контурным взрыванием, формирование промежуточных контуров между смежными этапами и конечного контура карьера под результирующим углом (авт. св. СССР N 1460260, кл. Е 21 С 41/26, 1989).
Известный способ позволяет повысить эффективность разработки крутопадающих месторождений путем стабилизации текущего коэффициента вскрыши.
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что известный способ неэффективен при разработке вертикально падающих ограниченных в плане рудных тел, в частности, при разработке вертикальных смежно расположенных кимберлитовых трубок, т.к. ведение горных работ по известному способу не предусматривает возможность: одновременной отстройки этапных контуров с сопрягаемыми трассами, что приводит к необходимости поочередного ведения горных работ по разносу нерабочих бортов на различных участках карьера и затрудняет его реконструкцию; параллельного ведения горных работ в смежных контурах этапов разработки; сокращения объема вскрышных работ в конечном контуре карьера; стабилизации годовых объемов горных работ, обеспечивающих сопоставимые (равные) ежегодные объемы добычных и вскрышных работ в ходе реконструкции карьера.
Целью изобретения является обеспечение независимости ведения горных работ в этапных контурах, сокращении объема вскрышных работ, стабилизации объемов добычных работ при разработке вертикально падающих смежно расположенных рудных тел.
Технический результат, который будет получен при осуществлении изобретения заключается в увеличении с глубиной угла откоса борта карьера, сопрягаемости в плане транспортных трасс смежных этапных контуров, возможность формирования результирующего выпуклого борта карьера в процессе ведения работ по реконструкции карьера на смежных этапах и разработки карьера на последующем этапе.
Это достигается тем, что в известном способе разработки карьера, включающем отработку карьерного поля этапами с послойной отработкой этапов уступами, формирование рабочего и нерабочего бортов карьера, отстройку наклонных предохранительных и транспортных берм, сопряжение смежных уступов гладкостенным контурным взрыванием, формирование промежуточных контуров между смежными этапами и конечного контура карьера под результирующим углом, между смежными этапами карьера формируют площадки примыкания трассы к горизонтальным и наклонным бермам, съезды с транспортных берм предыдущего этапа на площадки примыкания смежных этапов формируют параллельно трассе съездов с транспортных берм последующего этапа с переменным углом наклона, сопряжение смежных уступов формируют страиванием последних, начиная с промежуточного контура между смежными этапами с увеличением результирующего угла откоса строенных уступов на нижних горизонтах, наклонные предохранительные бермы отстраивают, начиная с нижней части последующего этапа нерабочего борта, а предохранительные бермы предыдущего этапа и верхней части последующего этапа отстраивают горизонтальными, причем результирующий угол нерабочего борта увеличивают, начиная с промежуточного контура между смежными этапами, в верхней части последующего этапа карьера формируют горизонтальную площадку перегрузочного пункта, на нижних горизонтах последующего этапа ширину транспортной бермы уменьшают, а угол откоса строенных уступов увеличивают до предельно устойчивого.
Способ разработки карьеров осуществляется следующим образом.
Открытая разработка вертикально падающих, ограниченных в плане смежных рудных тел, например, кемберлитовых трубок, ведется в границах первого этапа с понижением работ горных и формированием этапного борта карьера.
Разработку скрышных пород и рудных тел производят путем их селективного взрывного разрушения с последующей раздельной погрузкой пород и руды экскаватором в автосамосвалы (на верхних горизонтах грузоподъемностью свыше 100 тонн, на нижних горизонтах до 40 т).
По мере достижения границ этапных контуров, начиная с первого, уступы высотой 15 м страивают. Угол откоса строенных уступов на втором этапе составляет от 67,5 до 80 о в нижней части указанного этапа.
Между строенными уступами формируют горизонтальные предохранительные бермы шириной 15-30 м, т.е. на менее 1/3 высоты строенного уступа.
Для обеспечения возможности транспортирования руды и вскрышных пород на нерабочем борту этапного контура карьера формируют трассу, состоящую из съездов с уклоном 0,07-0,1 (7-10%) и горизонтальных площадок для смягчения угла наклона трассы. Ширина транспортной бермы первого этапа на всем ее протяжении составляет 27-29 м, что обеспечивает одновременный проезд крупногабаритных автосамосвалов грузоподъемностью до 100 т в оба направления.
Сформированный таким образом борт карьера в первом этапном контуре имеет результирующий угол откоса от 41 до 50 о .
В ходе отработки первого этапного контура до момента полного погашения в нем горных работ с дневной поверхности начинают разнос бортов карьера, т.е. производят его реконструкцию для обеспечения вскрытия и выемки дополнительных объемов полезного ископаемого ниже границы первого этапного контура.
Отработку горной массы в пределах второго этапного контура ведут таким образом, чтобы площадки примыкания трассы к горизонтальным бермам на нерабочем борту в последующем втором этапном контуре карьера были сопряжены в плане и по высоте с аналогичными площадками примыкания предыдущего первого этапа. Это достигается стыковкой трасс первого и второго этапных контуров путем формирования трассы с изменением (увеличением или уменьшением) ее уклонов на участках второго этапного контура. Так обеспечивается заезд транспорта на те же самые отметки трассы по высоте и в плане карьерного поля. Это также позволяет производить разнос бортов карьера без нарушения трассы вскрывающих выработок указанного предыдущего первого этапа и одновременно вести горные работы в двух этапах. При достижении горными работами площадок примыкания ширину последних увеличивают до ширины полосы разноса нерабочего борта карьера во втором этапе.
Автосамосвалы и другое горное оборудование перемещается по трассе, сформированной на нерабочем борту первого этапного контура, и после достижения уширенной в результате разноса нерабочего борта карьера площадки примыкания переезжают по нему трассу, сформированную на нерабочем борту второго этапного контура.
Формирование трассы съездов этапного контура производят параллельно трассе предыдущего первого этапа. При уклоне трассы выше оптимального уклона трассы, равного 0,07-0,1 (7-10%), не достигается сопрягаемость трасс, т.е. смещение (сопряжение) упомянутых горизонтальных участков в плане. Для достижения сопрягаемости трас их наклонные участки (съезды) на нерабочем борту второго этапного контура формируют с уменьшенным диапазоном изменения уклонов, равным 0,07-0,09 (7-9%), что обеспечивает совмещение в плане горизонтальных площадок трасс обоих этапных контуров. При необходимости аналогичные действия по формированию трассы с уменьшенным диапазоном изменения уклонов проводят на съездах первого этапного контура.
Работы по формированию выпуклого борта второго этапного контура и уменьшение объема отрабатываемых вскрышных пород заключается в следующем.
В ходе дальнейшей отработки горной массы в контуре второго этапа нерабочий борт формируют, увеличивая с глубиной угол откоса строенных уступов. На верхних горизонтах второго этапного контура строенные уступы формируют с углом откоса 67,5 о . Начиная с промежуточного контура между смежными этапами, формируют строенные уступы с углом откоса 75 о с увеличением результирующего угла откоса строенных уступов на самых нижних горизонтах второго этапа нерабочего борта карьера, т.е. формируют строенные уступы с углом откоса гранью 80 о . Время стояния последних по условиям устойчивости борта минимально допустимое по правилам безопасности т.е. в течение последних 3-4 лет доработки второго этапного контура.
Технология формирования строенного уступа заключается в следующем.
На горизонте бурят ряд наклонных заоткосных скважин под углом заоткоски строенного уступа 67,5; 75 или 80 о на глубину 45 м каждая, которые затем заряжают и взрывают. Затем с того же горизонта начинают слоеную разработку горной массы, для чего каждый слой поочередно обуривают пятнадцати метровыми скважинами, которые также заряжают, взрывают, и взорванную горную массу послойно погружают в автосамосвалы. В процессе разработки горной массы формируют предохранительную берму между нижней бровкой вышележащего строенного уступа и линией заоткоски формируемого строенного уступа.
В верхней части нерабочего борта второго этапного контура карьера, т.е. там, где строенные уступы сформированы под углом откоса 67,5 о , предохранительные бермы формируют горизонтальными. На более низких горизонтах, т.е. там, где строенные уступы сформированы под углами откосов 75 и 80 о , предохранительные бермы формируют с уклоном 0,07-0,09 (7-9%). Ширина формируемых предохранительных берм не менее 1/3 высоты вышестоящего уступа.
В верхней части нерабочего борта второго этапного контура карьера, т.е. там, где строенные уступы сформированы под углом откоса 67,5 о , формируют транспортные бермы шириной 27-29 м, обеспечивая, тем самым двустороннее движение автосамосвалов грузоподъемностью свыше 100 т. В верхней части нерабочего борта второго этапного контура карьера, т.е. там, где строенные уступы сформированы под углом откоса 67,5 о , формируют площадку для перегрузочного пункта, а на нижних горизонтах до дна карьера горизонта формируют транспортные бермы шириной 21-22 м, что обеспечивает двустороннее движение автосамосвалов грузоподъемностью до 40 т. Площадка перегрузочного пункта находится на глубине 50-100 м от поверхности карьера.
Перечисленные работы по формированию выпуклого борта второго этапного контура карьера позволяет отстроить результирующий выпуклый нерабочий борт карьера. Касательные к кривой, огибающей поверхность профиля сформированного предложенным способом нерабочего борта карьера, имеют в верхних точках огибающей, т.е. там, где угол откоса строеных уступов равен 67,5 о , угол наклона к линии горизонта 33-40 о . Ниже, т.е. там, где угол откоса строенных уступов равен 75 о , угол наклона касательных к линии горизонта составляет 43-48 о . В самой нижней части профиля нерабочего борта второго этапа, т.е. там, где угол откоса строенных уступов равен 80 о угол наклона касательных к линии горизонта достигает 50-55 о .
При формировании откоса нерабочего борта по предложенной технологии результирующий угол откоса нерабочего борта может быть доведен до 41 о .
Таким образом, при использовании предложенного способа достигается существенное (свыше 100 млн. т) уменьшение объема вскрышных работ в контурах второго этапа за счет консервации вскрышных пород, расположенных между поверхностью выпуклого борта и прямолинейной линией откоса борта карьера, имеющей результирующий угол откоса 41 о .
Кроме того, достигается независимость ведения горных работ в первом и во втором этапных контурах, что позволяет при этапной отработке карьера получить следующие преимущества: отрабатывается карьер внутри карьера, при этом внутренний карьер, в котором ведутся добычные работы, полностью независим от горных работ, ведущихся во внешнем карьере, что позволяет производить бесперебойную добычу полезного ископаемого; при загазованности атмосферы внутреннего карьера, что характерно для карьеров, расположенных в условиях Крайнего Севера, особенностью континентального климата которых является резкое изменение температур, горные работы непрерывно продолжаются во «внешнем» карьере; обеспечивается возможность стабилизации годовых объемов горных работ: при уменьшении объема горных работ в первом этапном контуре всегда имеется возможность увеличить объем во втором этапном контуре. При постоянстве нормативной численности парка автосамосвалов при использовании предложенного способа имеется возможность обеспечить постоянство объема добычных работ в течение периода отработки карьера, что позволяет стабилизировать работу обогатительной фабрики.
СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КАРЬЕРА, включающий отработку карьерного поля этапами с послойной отработкой этапов уступами, формирование рабочего и нерабочего бортов карьера, отстройку наклонных предохранительных и транспортных берм, сопряжение смежных уступов гладкостенным контурным взрыванием, формирование промежуточных контуров между смежными этапами и конечного контура карьера под результирующим углом, отличающийся тем, что между смежными этапами карьера формируют площадки примыкания трассы к горизонтальным и наклонным бермам, съезды транспортных берм предыдущего этапа на площадки примыкания смежных этапов формируют параллельно трассе съездов транспортных берм последующего этапа с переменным углом наклона, сопряжение смежных уступов формируют страиванием последних, начиная с промежуточного контура между смежными этапами с увеличением результирующего угла откоса строенных уступов на нижних горизонтах, наклонные предохранительные бермы отстраивают, начиная с нижней части последующего этапа нерабочего борта, а предохранительные бермы предыдущего этапа и верхней части последующего этапа отстраивают горизонтальными, причем результирующий угол нерабочего борта увеличивают, начиная с промежуточного контура между смежными этапами, в верхней части последующего этапа карьера формируют горизонтальную площадку перегрузочного пункта, на нижних горизонтах последующего этапа ширину транспортной бермы уменьшают, а угол откоса строенных уступов увеличивают до предельно устойчивого.
Источник
