Добыча и обработка природного камня

Система разработки « структуры комплексной механизации добычи блочного камня

.... Открытые горные работы - характеризуются определенным

Порядком выемки и перемещения, полезного ископаемого, по­крывающих и'вмещающих пород.

~ 'Под системой открытой разработки месторождений понима­ется установленный порядок и последовательность выполнения вскрышных, добычных и горноподготовительных работ з преде­лах карьерного поля или его участка. Система разработки дол­жна обеспечить безопасную, экономичную и комплексную вы­емку кондиционных запасов всех видов полезного ископаемого с соблюдением мер по охране недр и окружающей среды и принятого режима горных работ. Высокие технико-экономиче­ские показатели работы горного предприятия обеспечиваются правильным выбором системы разработки. -

В настоящее время существуют классификации систем от­крытой; разработки, предложенные различными исследованиями, однако их. можно свести к двум основным группам.:

Классификации, в которых системы открытой разработки раз­личаются по способу производства вскрышных работ и техно­логии перемещения пород в отвалы (Н. В. Мельников, Е. Ф. Шешко, Г. П. Егурнов и др.) и в зависимости от по­рядка выполнения подготовительных, вскрышных и добычных работ, направления подвигания забоя и способа вскрытйя (В. В. •Ржевский, А. Н. Золотарев и др.). Основным недостат­ком дцдссификаций первой группы является то, что они харак­теризуй^ только процесс перемещения вскрышных пород в вы­работанное пространство или. внешний отвал. В то же время, зачастуЬ, на. карьерах по добыче блочного камня вследствие

Незначительных объемов вскрышных пород на первое место по трудоемкости и сложности организации во многих случаях вы­двигаются добычные работы. .. -

Во второй группе следует выделить классификацию акад. В. В. Ржевского, основными признаками которой являются на­правление выемки в плане и профиле карьерного поля, а Также место расположения отвалов. При этом на эффективность си­стемы разработки будут оказывать влияние следующие основ­ные факторы: положение залежи в пространстве; направление выемки слоев полезного ископаемого; расположение захбдки от­носительно фронта горных работ и др,

|Если разрабатываются горизонтальные или пологие залежи, то Ь период эксплуатации параметры рабочего'борта остаются практически неизмененными, возможны изменения длины фронта работ или высоты отдельных уступов. Эти группы систем раз­работки с постоянной рабочей зоной могут быть названы сплошными. В связи с тем, что большинство месторождений нерудных полезных ископаемых характеризуется горизонталь­ными или пологими залежами (для прочных пород типа гра­нита— в пределах контура по глубине), эта группа систем. по­лучила наибольшее распространение на нерудных карьерах.

В случае разработки наклонных или крутых залежей могут применяться системы разработки с переменной рабочей зоной, которые называются углубочными. ^

Сложные по топографическим и горно-геодогическим усло­виям месторождения (например, нагорного типа) могут одно­временно разрабатываться с использованием элементов как сплошной, так и углубочной систем. Они относятся к числу смешанных.

Для рационального использования комплексов оборудова­ния и планомерной отработки карьерного поля залежь полез« ного ископаемого. разделяют на отдельные выемочные слои, при добыче блочного камня в большинстве случаев горизон­тальные. При этом мощность отрабатываемой? слоя, как пра­вило, равна или кратная размерам отделяемого^ от массива мо­нолита или блока. Возможное число слоев зависит от глубины и размеров карьера в плане. ! :

Расположение систем трещин в массиве, в первую очередь, горизонтальных определяет высоту и вид применяемого обору­дования. При разработке блочного камня высоту уступа ста­раются принимать кратной расстоянию между горизонтальными трещинами.

При отработке месторождения горизонтальными слоями уменьшается угол откоса борта карьера, что увеличивает До­полнительные объемы горных работ и вызывает необходимость устройства значительного числа транспортных горизонтов (табл. 3.7).

При пологом или наклонном залегании полезного ископае­мого или направлении главной системы трещин в массиве воз­можна разработка наклонными слоями по напластованию пород.

За рубежом при добыче блоков природного камня приме­няются разработка месторождений камня крутыми слоями, ко­торая эффективна на месторождениях с гористым рельефом местности и имеющих вЙ&нолитную структуру полезного иско­паемого.

За ходки относительно фронта работ могут быть продольные, поперечные и диагональные»

При выемке камнерезными машинами горных пород про­дольные заходки обеспечивают наивысшую производительность машин, так как рациональная длина выемочного блока состав­ляет 200—250 м.

Поперечные заходки применяют при ограниченных размерах карьерного поля, что позволяет увеличить угол откоса борта карьера и уменьшить объем горно-капитальных работ.

Эксплуатация месторождений блочного камня характеризу­ется специфическими особенностями. Требование сохранения прочностных и декоративных качеств добываемого камня во многом определяется применением специальных способов под­готовки камня к выемке, а также специального оборудования для выполнения производственных процессов. Для выемки бло­ков используют естественные трещины, а также направления облегченного раскола. В связи с этим определяется и направ­ление подвигания фронта работ.

По направлению подвйгания фронта работ в плане разли­чают как сплошные, так и углубочные продольные, попереч­ные, веерные и кольцевые системы разработки с различным направлением выемки в профиле.

При продольном и поперечном перемещении фронта горных работ возможны одно - и двух бортовая системы разработки (табл. 3.8),

В табл. 3.8 приняты следующие обозначения: систем разра­ботки месторождений блочного камня: СДО и СДД — сплош­ная продольная соответственно одно - и двухбортовая; СПО и СПД — сплошная поперечная соответственно одно - и двухбор­товая; УДО и УДД— углубочная соответственно одно и двух­портовая; УКП и УКЦ — углубочная кольцевая соответственно периферийная и центральная.

Для крупных карьеров характерно продольное направление перемещения фронта работ, для средних и малых карьеров, в основном, поперечное. Хотя, как указывалось выше, целесо­образные направления перемещения фронта работ и отделения монолита от массива зависит от системы трещин, а также от конфигурации карьерного поля. Очень важно, чтобы направ-

Системы открытой разработки месторождений для различной формы

ЗЭ1)6ЖИ

Форма залежи в плане

Залегание Залежи
Направления Выемки
Округла?
Горизонталь Ными Слоями
Пологое Или НаклЬнное
СДД

Наклонными

Слоями

Крутыми

Слоями

Ление подвигания фронта работ было параллельным или пер­пендикулярным линии наилучшего раскола камня.

При разработке месторождений прочных и средней прочно­сти пород и при необходимости интенсификации горных работ в. глубину массива возможно кольцевое направление подвига - НИЯ фронта работ, при этом работы могут вестись от услов­ного центра в четыре стороны (см. табл. 3.8).

Важной особенностью при производстве горных работ на карьерах блочного камня является наличие отвалообразования и временное складирование попутной горной массы. Так как блочный. камень, как правило, добывается в меньших объёмах по сравнению с попутной добычей, то на таких карьерах необ­ходимо иметь дробильно-сортировочные установки для получе­ния щебня. При большом объеме добычи блочного камня

В большинстве случаев применяется только внешнее отвал о* образование. При разработке месторождений крутыми слоями, а также месторождений с равнинным рельефом местности и малой мощностью полезного ископаемого возможно использо­вание внутренних площадей карьерного поля под отвалы и вре­менные склады. - .

Технологические схемы производства горных работ при до­быче блочного камня весьма разнообразны. Выбор комплексов оборудования, определяющих технологические схемы, зависит от физико-механических свойств и минералогического состава разрабатываемого массива, проектной мощности предприятия, условий залегания полезного ископаемого.

Основными процессами в технологических схемах добычи блочного камня средней прочности и прочного являются: под­готовка камня к выемке, разделка монолита на товарные блоки, погрузка и транспортирование блоков, штабелирование (окучивание) и погрузка окола.

На примере технологических схем добычи блочного камня средней прочности и прочного рассмотрим взаимосвязь обору­дования при работе на добычном уступе.

Слоевая фронтально-пологая технологическая схема приме­няется при разработке массивов типа 16, 1в (рис. 3!12). Подго­товка к выемке блоков камня осуществляется фронтальными выемочными пологими (горизонтальными) слоями. Ширина и высота заходки равна ширине и высоте блока камня, длина — нескольким длинам блока камня. Схема подготовки — двухста­дийная, способ подготовки — термоклиновой. Уступ разраба­тывается панелями. В зависимости от высоты уступа панель может состоять из оДного или двух-трех горизонтальных (по­логих) слоев. Панель уступа разделяется на следующие рабо­чие блоки: резервный (£р); подготовки торцевой цлоскости об­нажения (Ц, т) установкой газоструйного резания УГР-3 на всю высоту уступа равной ширине панели уступа Ап; подго­товки фронтальных плоскостей обнажения установкой строчеч­ного бурения ТБ-41 длиной /,б. ф через рассеяние равное ши­рине заходки; выемки и погрузки ( £в. п), в котором с помощью гидроклиновых установок производится отделение монолитов гранита, раскалываемых затем на товарные блоки заданных размеров и последние стреловыми кранами типа КС-4362, КС‘5363 грузятся в автосамосвалы КрАЗ-256, БелАЗ-540; шта­белирования и уборки окола, в котором окол камня штабели­руется (£ш) бульдозерами и отгружается в автосамосвалы МАЭ-503, КрАЗ-256 экскаваторами ЭО-3322А, Э-1252Б. Слое­вая панельно-пологая технологическая схема применяется при разработке массивов 16, 1в (рис. 3.13). Подготовка к выемке блоков камня осуществляется выемочными пологими (горизон­тальными) панелями (см. табл. 3.5, индекс Ша). Схема

Подготовки—двухстадийная, способ подготовки для массива типа 16 — термоклнновой, массива типа 1в —термовзрывоклиновой. Панель разделяется на следующие блоки: резервный (£Р); под­готовки торцевой ПЛОСКОСТИ (Іб. т), выемки И погрузки (£».1|), штабелирования и уборки окола (£т). в которых выполняются те же технологические операции, что и в технологической схеме «слоевая фронтально-пологая»; подготовки фронтальной плос-

Рис.. 3.14. Слоевая панельно-фронтальная технологическая схема добычи гра­нитный блоков при термовзрывоклиновом способе подготовки их к выемке н раврЫ&^к^ массивов типа 26, 2в:

1 —• бах ДЛЯ : горючего; 2 — установка термического резания.; 3 — щель, образованная термяческад резанием.; 4 — пневмомагнстраль; 5 — установка строчечного бурения; 6 — шпуры йЯя отделения и разделки монолита; 7 — гидродомкратная установка; 8 — гидродлиноМЯ установка; 9 ~ кран грузоподъемностью не менее 25 т; 10 — автосамо­свал; И — бульдозер; 12 —- экскаватор для уборки окола

Кости обнажения (1б. ф) и вертикальных плоскостей обнажения раскалыванием {Ь$. р) на блоки, которые выполняются установ­кой ТБ-41 с отделением монолита от массива гидроклиновой установкой (массив типа 16) или пороховыми зарядами (мас­сив типа 1в).

Слоевая панельно-фронтальная технологическая схема мо­жет применяться при разработке массивов типа 26, 2в (рис.

3.14) . Подготовка и выемка блоков осуществляется выемоч­ными фронтальными крутыми (вертикальными) панелями (см. табл. 3.5, индекс Шб). Схема подготовки — двухстадийная, способ подготовки блоков к выемке — термоклиновой или тер­мовзрывоклиновой.

Панель уступа разделяется на следующие рабочие блоки: резервный (£Р); подготовки торцевой плоскости обнажения (1б. т) и штабелирования и уборки окола (Ьш) аналогичны схеме «слоевой панельно-пологой»; подготовки фронтальных плоскостей обнажения ф), в котором установкой строчеч­ного бурения ТБ-41 параллельно фронту. бурят ряды верти­кальных шпуров; выемки и погрузки (Ьв. п), в которой гидро - клиновой установкой или пороховыми зарядами монолит отде­ляется от массива, гидродомкратами грузоподъемностью до 700 т или лебедками с тяговым усилием 100—150 кН монолит опрокидывается на насыпь окола, обуривается вертикальными шпурами и гидроклиновой установкой раскалывается на товар­ные блоки.

Сплошная фронтальная технологическая схема применяется при разработке гранитных массивов типа 26, 2в, 36, Зв (рис.

3.15) . Подготовка монолита осуществляется вдоль фронта ус­тупа, выемка сплошная.

При разработке массивов типов 36, Зв панель уступа раз­деляется на следующие блоки: резервный (£р); подготовки фронтальной (Хб. ф) и торцевой плоскостей обнажения (£б. т) термическим резанием установкой газоструйного резания УГР-3; подготовки горизонтальной плоскости обнажения (£б. т) установкой строчечного бурения ТБ-42, а затем пороховыми зарядами, расположенными в горизонтальных шпурах, отделя­ется монолит от подошвы; подготовки вертикальных плоскостей обнажения для раскалывания (£б. р) установкой строчечного бурения ТБ-41; выемки и погрузки {Ьъ. где товарные блоки из расколотого с помощью гидроклиновых установок монолита грузятся краном на автосамосвалы; штабелирования и уборки окола (£ш), в котором выполняются те же операции, что и в предыдущих схемах.

При разработке массивов типа 2а, 2в рабочие блоки по фронтальной плоскости обнажают термическим резанием либо бурят вертикальные шпуры и отделяют монолит от массива пороховыми зарядами. Горизонтальная плоскость обнажения

Ряс. 3.15. Технологическая схема добычи гранитных блоков «сплошная фронтальная» при термовзрывоклиновом способе подготовки их к выемке и типах массивов 36, Зв:

! — бак для горючего; 2 — установка термического резания или терморезак; 3 — щель, образованная термическим резанием; 4 — пневмомагистраль; 5 — установка строчечного бурения: 6 — шпуры для отделения в разделки монолита; 7 — автосамосвал; 8 — крав грузоподъемностью не менее 25 т; 9 — гидроклиновая установка; 10— экскаватор для уборки охола

Взрывным отделением отсутствует. Рабочие процессы по все» остальным рабочим блокам те же, что и при разработке мас­сивов типа 36, Зв.

На месторождениях с породами прочностью выше 120— 130 МПа часто применяется буроклиновой способ подготовки блоков к выемке. Работы могут вестись по одно - и двухстадий­ной технологическим схемам. Подготовка монолита к выемке состоит из двух операций: бурения шпуров и клинового откола от массива. Диаметр шпура 20—50 мм. Глубина шпуров и расстояние между ними зависит от прочности камня и направ­ления линии предполагаемого раскола. К преимуществам буро­клинового способа относятся: возможность сохранения проч­ностных свойств товарных блоков, простота, мобильность, мак­симальное использование трещиноватости массива, возможность отделения блоков любого размера. Недостатки — высокая себе­стоимость блоков (около 80 % приходится на буровые работы), использование ручного труда, низкая производительность труда. Хотя объем ручного труда уменьшается при использовании гидроклиньев.

При добыче монолитов на мраморных месторождениях при­меняют канатные пилы. Высота уступа может достигать 10 м, а длина блока 20 м и более. Для отделения монолита от мас­сива на расстоянии около 3 м от верхней бровки уступа бурят скважину или проходят небольшие выработки, где устанавли­вают вертикальный проникающий шкив укрепленный на рабо­чей стойке. Резание осуществляется стальным неразвиваю - щимся канатом длиной до 1500 м, состоящим из двух или трех сплетенных жил. П©д канат из емкости непрерывно подается абразив (кварцевый песок). Движение канату сообщается че­рез шкив приводной станции. Одним из основных преимуществ канатных пил является возможность создания высоких скоро­стей резания. Из недостатков следует отметить невозможность создания больших давлений при резании и невозможность ра­ботать в холодное время года. Увеличений производительности канатных пил должно идти по пути использования резцов из твердого сплава или армированных алмазами, либо применение канатной пилы с пульсирующим канатом.

При разработке месторождений блочного камня в качестве погрузочного оборудования применяют стреловые краны раз­личной грузоподъемности, а в качестве транспортных средств автосамосвалы, либо полуприцеп с тягачом типа 4МЭАП-5523А. На зарубежных и некоторых отечественных карьерах успешно применяются на выемочно-погрузочных и транспортных работах деррик-краны (рис. 3.16), которые при небольших размерах карьерного поля устанавливаются на борту карьера. Грузо­подъемность зависит от вылета стрелы и составляет 1— 300 т, вылет стрелы 35—50 м. Деррик-краны просты в изго-

Товлении и обслуживании, имеют невысокую стоимость, однако малый радиус действия и необходимость в частой перестановке сдерживает использование на карьерах.