Способы проведения открытых горных выработок

Способы проведения горных выработок

Горные работы — это работы по проведению, креплению и поддержанию в рабочем состоянии горных выработок, производимые для разведки или добычи полезных ископаемых из недр Земли. По расположению различают:

— открытые горные работы — проводимые под открытым небом;

— подземные — в недрах Земли;

По способу осуществления и применяемым средствамгорные работы подразделяют на:

— машинные (наиболее распространённые; ведутся с помощью горных машин и механизмов;

— буровзрывные (основной вид — взрывание помещённых в предварительно пробурённые скважины, шпуры или горные выработки зарядов взрывчатых веществ);

— геотехнологические (добыча полезных ископаемых подземной возгонкой, выщелачиванием, растворением и выпариванием и т. п.);

— буровые (применяются для добычи нефти, горючих газов, рассолов, растворов минералов и т. д.

По производственному назначениюгорные работы подразделяют на:

— вскрытие месторождения,

— подготовительные (для подготовки вскрытой части месторождения к разработке — разделенииеёна выемочные поля или блоки горными выработками, обеспечивающими транспортировку горных пород, материалов, оборудования, перемещение людей),

— нарезные (для разделения выемочных полей или блоков на выемочные участки нарезными горными выработками);

— очистные, или добычные (для извлечения полезного ископаемого).

Выбор технологии и оборудования для проведения горных работ в выработках зависит как от размеров их поперечных сечений, устанавливаемых в зависимости от назначения выработки, так и от крепости и устойчивости пород.

Так для проходки горизонтальных и наклонных (до 35°) выработок в некрепких породах применяют проходческие комбайны, которые разрушают породу и грузят её в вагонетки или на конвейер. Комбайновый способ проведения выработок является более безопасным и эффективным, чем буровзрывной; при этом почти не нарушается целостность окружающих выработку пород. Для крепких пород наиболее часто используется буровзрывной способ проходки.

Источник

Способы проведения открытых горных выработок

Типы, назначение и условия проведения открытых горно-разведочных выработок. Технологии проведения канав вручную, бульдозерами, экскаваторами, скреперными установками, «взрывом на рыхление». Выбор способов проходки открытых горно-разведочных выработок.

Рубрика	Геология, гидрология и геодезия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	05.12.2015

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

на тему: Способы проведения открытых горных выработок

по дисциплине: Прикладная геология

Выполнил студент гр.з-213А Иванова З.А.

Проверил: доцент Шмурыгин В.А.

1. Типы, назначение и условия проведения открытых горно-разведочных выработок

2. Способы проведения открытых горно-разведочных выработок

2.1 Технология проведения канав вручную

2.2 Технология проведения канав бульдозерами

2.3 Технология проведения канав экскаваторами

2.4 Технология проведения канав скреперными установками

2.5 Технология проведения канав «взрыв на рыхление»

Выбор способов проходки открытых горно-разведочных выработок основывается на учёте многих факторов, отражающих специфику разведочных работ. К этим факторам относятся: географические, определяющие местоположение объекта работ, рельеф местности, сезонность работ, доступность (категория дороги, расстояние от базы и др.); горно-геологические — категорию разрабатываемых пород, их свойства, вид полезного ископаемого, глубину наносных отложений и др.; технико-экономические — сроки проведения и объемы проходки, наличие трудовых и материальных ресурсов, наличие и состояние техники и др.

Основными факторами можно считать доступность объекта работ для различных видов транспорта и категорию пород, характеризующую трудность их разработки тем или иным способом.

В настоящее время ручная проходка канав применяется лишь на тех геологических объектах, где по тем или иным причинам невозможно использование других, более прогрессивных способов.

1. ТИПЫ, НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

Открытые горно-разведочные выработки имеют свое определенное назначение. При этом они характеризуются конкретными техническими параметрами и особенностями проведения.

Канавы сооружаются для обнажения из-под рыхлых отложений не только коренных пород или полезных ископаемых, но и при подготовке запасов по категориям C1, С2, В, А. Траншеи, в отличие от канав, проходят для отбора крупнообъёмных или валовых проб, чаше всего при разведке россыпных месторождений. Особенно велико значение канав в начальной стадии разведки. Они позволяют определять направление и объем дальнейших работ, дают начальное представление о форме рудного тела и качестве полезного ископаемого. Протяженность канав изменяется от нескольких метров до 1 км и более.

По выполняемым задачам и протяженности по полотну канавы делят на две группы: магистральные и прослеживающие. Протяженность магистральных канав от 50 м до нескольких километров, прослеживающих — определяется глубиной залегания и простиранием рудного тела. Магистральные канавы часто проходят прерывистыми с интервалами от 3 (5) до 20 м и более. Такие канавы принято называть пунктирными или пунктирно-магистральными.

Прослеживающие канавы располагаются друг от друга на расстоянии от 20 до 50 м. Направление оси канавы определяется целевым назначением. При вскрытии коренных пород канава задается вкрест простирания, при вскрытии рудных тел (при ширине выхода рудного тела не свыше 2 м) — по простиранию, в противном случае — вкрест простирания до пересечения обоих контактов. Ширина канавы по полотну (подошве) принимается равной 0,6 — 1 м и зависит от способа проведения: при ручном способе принимаются минимально допустимые размеры исходя из условий техники безопасности и возможности выполнения геологического задания, при механизированном — определяется шириной полосы резания породы (рабочий орган резания — нож бульдозера, ковш экскаватора и т.д.). Ширина канав и траншей по верху (на уровне земной поверхности) определяется глубиной канавы и устойчивостью пород в ее стенках (углом откоса бортов).

Основными геометрическими параметрами открытых горно-разведочных выработок являются: глубина, длина по полотну (дну), ширина по полотну (дну), ширина по верху, угол откоса бортов (стенок), площадь поперечного сечения.

Глубина канав определяется мощностью покровных отложений и величиной углубки в коренные породы

где Н — глубина канавы, м; Hо — мощность покровных отложений, м; hу ? величина углубки в коренные породы, м; hу = 0,2 — 0,3 м.

Для приближенных расчетов можно пользоваться формулой

где с — удельное сцепление породы, Па (табл. 1); Kу — коэффициент устойчивости, принимаемый в зависимости от степени отвесности откоса и срока его сохранения от 1,2 до 3,0 и больше (для разведочных канав и траншей можно принимать 1,2); в — предельный угол устойчивости откоса, град.;

ц1 = arctgц/Kу ? угол внутреннего трения породы, град. (табл. 1).

Угол внутреннего трения, град.

Магматические (сиениты, диориты, габбро, диабазы, перидотиты и др.)

Осадочные (известняки, песчаники и др.)

Метаморфические (кварциты, роговики, сланцы и др.)

Форма поперечных сечений канав и траншей зависит от крепости, устойчивости пород, рельефа местности и глубины. В связных и устойчивых породах выработке придается прямоугольная форма с вертикальными стенками высотой Н (рис. 1, а). В малоустойчивых породах канавы и траншеи проводятся трапециевидной формы с наклоном стенок к почве выработки под углом в (рис. 1, б). Величина откоса стенки канавы (К), сооружаемой в неустойчивых породах, характеризуется отношением горизонтальной проекции стенки к ее высоте и принимается в следующих пределах:

Породы Сыпучие Суглинки Плотные глины

Значение К 1-0,5 0,2 0,1

При глубине канавы свыше 2 м (в мерзлых более 3 м) для большей устойчивости выработки стенкам придается ступенчатая форма (рис. 1, в, г). Бермы шириной с и высотой h обычно стремятся располагать на границе наносов с коренными породами. По характеру рельефа местности могут быть выделены следующие группы районов.

Рис. 1. Форма поперечного сечения канав:

а — прямоугольная, б — трапециевидная, в, г — ступенчатая; д — с усеченным бортом; е — однобортная (врез)

1. Резко расчлененные, высокогорные и среднегорные с крутыми склонами — крутизной более 25о. Удельный вес проходки разведочных канав в этих условиях составляет до 10% общего объема работ (Кавказ, Алтай, Средняя Азия, Сибирь и др.).

2. Среднегорные и низкогорные с умеренными относительными высотами и сглаженными склонами и водоразделами, в преобладающей части покрытыми рыхлыми отложениями. Проходка канав в этих районах составляет до 45%.

3. Выровненные, со слабо расчлененным рельефом. В зависимости от рельефа местности канавы проводятся полного профиля (двухбортные) при горизонтальном и слабонаклонном рельефе местности (рис. 1, а, б), усеченного (рис. 1, д) и даже однобортные (врезы) при наклонном рельефе (рис. 1, е).

Выработки с отвесными бортами (в устойчивых породах) допускается проводить без крепления на глубину не более 2 м, в условиях вечной мерзлоты в зимний период — до 3 м (без применения пожогов). Ступенчатые выработки с отвесными бортами разрешается проводить без крепления в устойчивых породах на глубину до 6 м при высоте каждого уступа не более 2 м и ширине бермы (рис. 1, в, г) не менее 0,5 м. При проведении канав в неустойчивых породах должно применяться сплошное крепление бортов или борта должны выравниваться до угла естественного откоса (табл. 2).

Угол естественного откоса

при состоянии горной породы, град.

Нарушенные скальные породы

Крепкие скальные породы

Площадь поперечного сечения канав колеблется от 0,6 до 20 м2 и рассчитывается по формулам.

1) для трапециевидной выработки

где а — ширина канавы по поверхности, м,

a = b + 2Н ctg в; (4)

b — ширина подошвы канавы, м; в — угол наклона борта, град.;

2) для ступенчатой выработки

S = H [2 с (H/h — 1) + b], (5)

где с — ширина бермы, м; h — высота уступа, м;

3) для ступенчатой формы сечения с наклонными стенками при одинаковой высоте уступов, углах наклона бортов и ширине берм

S = 2 H [c (H/h — 1) + H ctg в + 0,5 b]. (6)

Следствием требований охраны природных ресурсов и рекультивации почвы является стремление к минимальным размерам канав. При неустойчивых породах угол откоса принимает наибольшие значения. В результате этого сечения канавы получаются намного больше проектных. Чтобы уменьшить размеры канав в неустойчивых породах, прибегают к их креплению. Однако обязательным условием проведения канав с креплением является подтверждение экономической целесообразности применения крепи.

В зависимости от конструктивного решения различаются следующие виды крепи: консольная, распорная и подкосная. Консольный тип объединяет безраспорную, шпунтовую, анкерную и консольно-распорную крепи. Характерная особенность этой группы крепи — стойки удерживаются в основном за счет защемления их нижней части, забитой ниже проектной глубины канавы.

В безраспорной консольной крепи стойки удерживаются только защемлением их нижней части, забитой в дно канавы. При безраспорном креплении стойки забиваются через определенный шаг, в случае шпунтовой крепи их забивают без интервала. У анкерной крепи защемленные стойки в верхней части дополнительно закрепляются анкерами. У консольно-распорной крепи две противоположные защемленные стойки раскрепляются распорками в верхней части (Стойки крепи распорного типа ставят на дно канавы и раскрепляют в верхней и нижней частях распорками. Частным случаем распорной крепи может служить секционно-каркасная крепь, у которой каркас раскрепляется одной распоркой.

Подкосный тип крепи, который может быть рекомендован при бульдозерной проходке канав на косогорах, отличается тем, что стойки ставятся на дно выемки и крепятся при помощи подкосов и упоров.

2. СПОСОБЫ ПРОВЕДЕНИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

Выбор способов проходки открытых горно-разведочных выработок зависит от таких факторов, как географические, геологические, горно-технические, технико-экономические, демографические. Из географических основными являются: местоположение объекта работ, сезонность; из геологических — рельеф; из горно-технических — мощность наносных отложений, их состояние (мерзлые, талые, обводненные и т.д.), крепость пород, устойчивость; из технико-экономических — объемы проходки, сроки выполнения работ; из демографических — наличие трудовых ресурсов, развитие транспортных путей. Классификация способов проведения канав приведена на рис. 2.Работы по сооружению канав отличаются высокой трудоемкостью и себестоимостью, низкой производительностью. В определенной мере это объясняется тем, что свыше 60% всего объема работ выполняется в процессе съемки или поисков, т.е. в начальной стадии разведочных работ, и связано с целым рядом организационных трудностей: незначительной концентрацией объемов в пределах одной партии (около 3-5 тыс. м на одну условную геологическую партию), труднодоступностью объектов и сезонным характером работы на них. Трудоемкость и стоимость сооружения канав зависят также от физико-механических свойств пород, природных и климатических факторов.

Свыше 80% канав сооружается в породах I?V категорий по буримости. Углубка в коренные породы составляет 0,2-0,3 м (6-17% объёма канав). Значительный объем работ по сооружению канав (35%) выполняется в мёрзлых породах северных и горных районов страны. В залесенной местности сооружается около 76% канав.

Примерное распределение объемов проведения канав различными способами на начало 80-х годов: бульдозерами — 20%, экскаваторами — 4%; канавокопателями — 0,5%; скреперными установками — 0,5%; вручную — 20%; взрывом на рыхление и взрывом на выброс — 45%. Однако после запрещения способа »взрыв на выброс» увеличился удельный вес способа «взрыв на рыхление» с последующей механизированной уборкой породы бульдозером, экскаватором, скреперными установками.

Рис. 2. Классификация способов проведения разведочных канав и траншей

2.1 Технология проведения канав вручную

Ручной способ проведения канав чаще всего применяется на стадиях региональных геологосъёмочных работ и поисков, характеризующихся специфическими условиями производства работ, рационален при сравнительно небольших объемах работ, большой разбросанности объектов и труднодоступности для машин.

Выемка породы осуществляется ручными инструментами (лопаты, ломы, клинья, металлические метелки, кирки).

При глубине канавы до 1,5-2 м порода выбрасывается из забоя непосредственно на поверхность, при больших глубинах — на берму вышерасположенного уступа с последующей перекидкой ее на следующую берму или на поверхность или выдается в бадьях (рис. 4). Выемка породы ведется слоями. Расстояние между рабочими 3-6 м.

С целью сокращения объёма выемки при недостаточной устойчивости пород (выемка при ручном способе особенно малопроизводительна и трудоёмка) применяют крепление канав. Крепь возводится на каждом небольшом участке канавы, пройденном на всю глубину.

Затраты труда рабочих определяются по нормам (ЕНВ) на основании объёмов работ. Разделив общие затраты труда в человеко-часах на продолжительность смены, получают общие затраты труда в человеко-днях на весь объём работ. Число рабочих определяется делением затрат труда в человеко-днях на число смен работы. С учетом перевыполнения норм рабочими численный состав принимается на 10-15% меньшим по сравнению с расчётным.

Рис. 3. Подъём породы из канав:

а — выкидка породы непосредственно на поверхность; б — подъём породы в бадьях

открытый горный разведочный выработка

2.2 Технология проведения канав бульдозерами

Бульдозеры применяют для строительства полотна автомобильных дорог, сооружения плотин, дамб, рытья котлованов, канав, траншей, валки деревьев, корчевки пней, срезки и уборки кустарников, мелколесья, уборки валунов и др.

Бульдозеры-рыхлители могут использоваться как на указанных выше работах, так и при рыхлении смерзшихся и прочных грунтов.

Существенное влияние на результаты работы бульдозеров оказывает схема их движения в рабочем цикле. Наиболее распространенной является челночная схема, при которой перемещение грунта производится при движении бульдозера передним ходом, при заднем ходе бульдозер совершает холостой ход.

Каждая модель бульдозера имеет индекс, к примеру ДЗ-54С. Первые буквы обозначают группу машин, цифры — порядковые номера регистрации модели, буквенные обозначения А, Б, В, Г и т.д. после цифр — модернизацию машин, а буквы С или ХЛ — северное исполнение, цифра 1 в конце (например, ДЗ-130А-1) — наличие автоматического управления.

по назначению — общие и специальные (подводные, подземные, толкачи и пр.);

по тяговому усилию — малогабаритные (класс до 0,9, мощность 18,5 — 37 кВт); легкие (класс 1,4 — 4, мощность 37 — 96 кВт); средние (класс 6 — 15, мощность 103 — 154 кВт); тяжелые (класс 25 — 35, мощность 220 — 405 кВт); сверхтяжелые (класс свыше 35, мощность 150 кВт и более);

по типу ходовой части — гусеничные и пневмоколесные;

по конструкции рабочего органа — с неповоротным и поворотным отвалами;

по форме рабочего органа ? прямой, полусферический и сферический;

по назначению рабочего органа — землеройный, скальный, снежный;

по типу управления рабочим органом — с механическим (канатно-блочным) и гидравлическим управлением.

Без предварительного рыхления бульдозер особенно эффективен при разработке сухих пород до IV категории крепости по буримости. Рельеф местности существенно ограничивает область применения бульдозеров. При углах наклона выше значений, указанных в их инструкциях, бульдозеры применять запрещается.

Технологическая схема сооружения разведочных канав и траншей бульдозерами выбирается в зависимости от рельефа местности, длины, глубины и взаимного расположения выработок. Обычно выработки длиной до 50 м и глубиной до 3 м сооружают с выдачей породы в отвал, расположенный в противоположном торце выработки. Вариантом этой технологии является сооружение отвалов не только в торце выработки, но и на ее бортах. Боковые въезды устраиваются примерно через 20 м с одной стороны (рис. 4, а) или с двух сторон (рис. 4, б).

Среднее расстояние транспортировки породы в отвал рекомендуется определять по формуле

Lср = 0,6 Lк + Lт + 0,8 L0, (7)

где Lk — длина канавы по низу между выездами, м; Lт ? расстояние транспортировки породы от начала выезда до начала отвала, м; L0 — длина отвала, м.

Сооружение канав длиной более 50 м, расположенных под углом к направлению склона местности, осуществляется по схеме с расположением породных отвалов в направлении понижения склона. При сооружении длинных канав и траншей вдоль склона или на горизонтальной местности породные отвалы располагают, как правило, с обеих сторон выработки.

При глубине канав свыше 3 м и значительной их длине бульдозерные работы целесообразно выполнять в следующем порядке. Вначале сооружают секцию выработки определенной длины, расположенную в конце канавы. Порода из этой секции транспортируется бульдозером в торцевой отвал. Затем производятся углубка в коренные породы и опробование пройденной секции. После этого начинают сооружение следующей секции. Причем породная масса транспортируется в ранее пройденную секцию и т.д.

Рис. 4. Устройство боковых выездов:

а — с одной стороны; б — с двух сторон. 1-26 — последовательность проведения траншей

транспортировки породы, м

Горизон-тальный участок от общего расстояния

Источник