Методы расчета главных параметров карьера и комплекта оборудования для производства горных работ

Кинематика перемещения породы при погрузке в средства транспортирования следующая. Порода экскавируется от подошвы забоя и поднимается на высоту полного заполнения ковша, затем перемещается до пункта разгрузки. На основе такой схемы строятся формулы для расчета энергозатрат при разработке забоев.

При разработке горизонтального или пологопадающего пластового месторождения кинематическая схема при перемещении пород вскрыши и полезного ископаемого железнодорожным транспортом происходит следующим образом. Вскрыша перемещается во внешние отвалы. В груженом состоянии состав перемещается от забоя вдоль фронта работ, затем по торцевой части карьера и по капитальной вскрышной траншеи.

При разработке слабонаклонного пластового месторождения, когда угол падения залежи превышает уклоны, преодолеваемые транспортом, кинематическая схема перемещения горной массы имеет более сложный вид. Перемещение пород вскрыши осуществляется от забоя вдоль фронта работ, далее по торцевой части карьера. В отвальной зоне траектория перемещения может состоять из нескольких участков. В простом случае это прямолинейное перемещение по отвалу. Но возможны более сложные траектории.

При перемещении пустых пород возможны ситуации, когда необходимы переходы с одного горизонта на более высокий горизонт. В этом случае так же необходимо выделить участок траектории, проходящий по внутренней транспортной берме.

Разработка крутопадающих месторождений ограниченных в плане характеризуется применением сложных трасс. В этом случае для описания траектории перемещения вскрышных пород и полезного ископаемого необходимо знание всех параметров трассы и технологических параметров карьера. В рабочей зоне карьера перемещение вдоль фронта работ, далее по транспортным коммуникациям вскрышного или добычного горизонта. Для выезда на участок перемещения по капитальной трассе необходимо преодолеть участки по наклонным бермам и по вышележащим горизонтам карьера. Так же необходимо выделить участок перемещения по капитальной траншее и далее по поверхности до отвалов. На отвале возможны различные траектории перемещения, которые зависят от технологии отвалообразования.

При разработке нагорных месторождений траектория перемещения горных пород весьма зависит от горно-геологических условий. Технология разработки так же строго подчинена природным условиям. Как правило, подвигание забоев происходит поперек падения поверхности, поэтому перемещение горной массы в рабочей зоне карьера транспортными средствами осуществляется только вдоль фронта работ. При этом возможны участки перемещения с одного горизонта на нижележащий горизонт по наклонным транспортным бермам. Траектория перемещения вдоль фронта работ, как правило, криволинейна. Если горная масса перемещается автомобильным транспортом к более низким высотным отметкам по отношению к высоте, на которой ведутся горные работы, то необходим анализ траектории перемещения. Трасса чаще всего имеет петлевой вид, на которой возможны различные участки по конфигурации.

Для того чтобы проанализировать схему разработки полностью необходимо использовать технологические параметры оборудования с учетом реальной картины самого процесса разработки забоя и складирования пород в отвал, поэтому для расчетов энергоемкости используются максимально необходимые для разработки в конкретных условиях технологические параметры.

Для количественной оценки технологических схем разработки производится расчет эргозатрат по каждой схеме на 1 м подвигания вскрышного забоя. Чтобы определить эффективную схему разработки из ряда схем необходимо выполнение следующих условий:

схемы применяются в одинаковых горно-геологических условиях. (Пласт полезного ископаемого мощностью h. Мощность вскрыши H. Угол откоса добычного и вскрышного уступов соответственно α, β. Угол откоса отвала γ. Ширина заходки В. Объемный вес пород ρ).

вскрышное оборудование устанавливается на минимальном расстоянии до верхней бровки уступа на горизонте установки с учетом бермы обрушения;

расстояние между нижней бровкой добычного уступа и нижней бровкой откоса отвала z.

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с расположением вскрышного оборудования на нижней площадке вскрышного уступа.

В качестве вскрышного оборудования используется механическая лопата (рис.1.1).

Рис.1 Расчётные схемы энергозатрат вскрышных работ на карьерах

Перемещение породы осуществляется из забоя во внутренний отвал. При разработке забоя экскаватор экскавирует породу у подошвы вскрышного уступа и перемещает ковш на высоту h_ч (м) до полного его наполнения. Далее порода перемещается в отвал на расстояние L (м). При этом может происходить подъем породы относительно точки, где происходит полное наполнение ковша.

Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы в забое и затрат на перемещение породы в отвал. В соответствии с теоретической формулой энергозатраты на 1 м подвигания забоя составят

где Н – высота вскрышного уступа, м,

L – расстояние перемещения породы в отвал, м,

g – ускорение свободного падения, м/с².

,

где Δh = h_o – (h + h_ч), м – высота подъема породы.

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с расположением вскрышного оборудования на промежуточном вскрышном горизонте.

В качестве вскрышного оборудования используется драглайн (рис.1,2).

Работа совершается при подъеме породы на нижней части вскрышного уступа h_н (м) и при перемещении всей породы из забоя в отвал на расстояние L (м). При отработке верхней части вскрышного уступа порода перемещается вниз до уровня стояния драглайна и при этом работа не совершается. Объем породы, отрабатываемый при нижнем черпании, составляет часть от общего объема пород.

При перемещении возможен подъем породы относительно уровня стояния драглайна. Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы в забое и затрат на перемещение породы в отвал.

, Дж

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с расположением вскрышного оборудования на верхней площадке вскрышного уступа.

В качестве вскрышного оборудования используется драглайн (рис.1,3).

Работа совершается при подъеме породы по всей высоте вскрышного уступа h (м) и при перемещении породы из забоя в отвал на расстояние L (м). При перемещении возможен подъем породы относительно уровня стояния драглайна.

Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы в забое и энергозатрат на перемещение породы в отвал.

, Дж

Угол φ определяется из соотношения , где Δh = h_o – h, м.

Технологическая схема разработки, с перемещением вскрыши в выработанное пространство с расположением вскрышного оборудования на нижней площадке вскрышного уступа.

В качестве вскрышного оборудования используется роторный экскаватор с консольным отвалообразователем для перемещения пород в отвал (рис.1,4).

В данной технологической схеме работа совершается при перемещении породы по транспортерным лентам роторного экскаватора на расстояние L_з и отвалообразователя на расстояние L_о (м).

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство с засыпкой части пласта полезного ископаемого и переэкскавацией вскрыши во внутреннем отвале.

В качестве вскрышного оборудования используются драглайны. Один на перевалке располагается на кровле вскрышного уступа, другой - переэкскавирует породу – на отвале (рис.1,5).

Данная схема используется в случае применения технологии разработки с холостыми пробегами вскрышного и добычного оборудования. Для перегона драглайна, находящегося в зоне отвалов, предусматривается площадка, которая создается вдоль оси перемещения экскаватора по фронту работ. При этом возникает необходимость переэкскавации породы на большее расстояние от вскрышного уступа.