Содержание

  Введение

  Открытый  способ разработки полезных ископаемых является наиболее перспективным в  технологическом и экономическом плане. Этот способ имеет значительно лучшие показатели, чем подземный. Благодаря этому он получил наибольшее распространение в нашей стране. В дальнейшем прогрессивный способ открытой разработки полезных ископаемых получит дальнейшее развитие посредством совершенствованию техники, организации и технологии ведения горного производства

  Разработка  месторождений полезных ископаемых открытым способом заключается в создании доступа к полезному ископаемому, удалению пустых пород, покрывающих или вмещающих полезное ископаемое, и самой добыче полезного ископаемого.

  Технология  открытой добычи полезного ископаемого  имеет два аспекта: технологию производственных процессов по подготовке к выемке, переработке и складированию горных пород; технологию по строительству и развитию карьера как совокупности горных выработок по мере отработки месторождения во времени и пространстве.

  Технология  открытых горных работ включает основные производственные процессы: подготовку горных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, перемещение, перегрузку, складирование и разгрузку горной массы.

  Целью данной курсовой работы является рассмотрение сущности технологии открытых горных работ через основные производственные процессы открытых горных работ. Рассмотрение ведется на конкретном примере –  Бачатском угольном разрезе. В результате  выполнения данной курсовой работы мы должны получить более глубокое понимание технологии ведения открытой разработки полезных ископаемых. 
 

  1 Геологическая характеристика

  1.1 Характеристика угольных пластов и качества углей

  Угленосные  отложения Бачатского каменноугольного месторождения относятся к верхнебалахонской  подсерии Кузбасса пермского возраста и подразделяются на промежуточную, ишановскую, кемеровскую и усятскую свиты.

  Ишановская и промежуточная свиты не расчленены и составляют нижние горизонты верхнеболохонской подсерии. В их состав входят верхние пласты «Безымянный – II» и «Безымянный – I». Породы представлены слоями песчаников, алевролитов, аргелитов.

  Отложения кемеровской свиты являются основной продуктивной толщей месторождения. Кемеровская свита отличается от нижележащих более широким развитием озеро-болотной фракции, в ее составе широко распространены песчаники подводных дельт, мощностью 30÷50м, что составляет 80% вмещающих пород, алевролиты играют подчиненную роль, аргелиты встречаются периодически. Мощность кемеровской толщи изменяются от 140 до 240м, из них доля рабочих пластов составляет 67м.

  Усятская  свита включает пласты от VIII до I внутреннего и используется ограниченным распространением.

  Мощность  свиты составляет 150м, рабочая угленосность - 9%. Литологический состав пород характеризуется  переслаиванием песчаников и алевролитов.

  Угленосные  отложения включают 22 угольных пласт  мощностью от 1 до 28м, с углами падения 50÷80°.

  Основной  пласт месторождения — Мощный, в котором содержатся более 40% запасов. Угли месторождения коксующиеся  и энергетические. К коксующимся  углям относятся угли верхних  маломощных пластов, до Прокопьевского - I  включительно. Пласты мощный и безымянный -энергетические. Обработке подлежат 13 угольных пластов.

  Угли относятся  к опасным по взрываемое  угольной пыли. Объемная масса углей изменяется от 1,31 до 1,63м (среднее значение). Коэффициент крепости углей по шкале профессора М.М. Протодьяконова -2,2÷З,6. Угли района довольно разнообразны по вещественному составу и степени метаморфизма, поэтому марочный состав и технологические свойства углей изменяются в широких пределах.

  Элементарный  состав органической массы угля изменяется в широком диапазоне от 90,5 углерод с до 84,9% водород Н - от 5,1 до 4,2%, кислород – азот О+N – от 10,2 до 5,4%.

  Подавляющее большинство пластов характеризуется  низким содержанием серы (0,3÷0,5%), фосфора  обычно в пределах от 0,02 до 0,16%. Угли района, вне зоны окисления имеют большую теплоту сгорания горючей массы угля от 8200 ДО 8700 ккал/кг. Рабочая влага товарного угля вне зоны окисления составляет 8 9%. Большая часть пластов относится к среднеобогатительным. 

  1.2 Стратиграфия и литология

  Угленосные  отложения Бачатского месторождения  относятся к верхнебалахонской  подсерии Кузбасса пермского возраста и подразделяются на промежуточную, ишановскую (1), кемеровскую (ктп) и усятскую (иS) свиты.

  Геологическая изученность свит неодинакова. Пласты Ишановской и промежуточной свит вскрыты скважинами лишь по двум разведочным линиям. В их состав входят рабочие пласты: Безымянный 1 и Безымянный 2. Породы представлены слоями песчаников, алевролитов и аргиллитов.

  Более полно  изучены отложения Кемеровской свиты, которая является основной продуктивной толщей месторождения и имеет наибольшее развитие. Кемеровская свита включает в себя угольные пласты: Мощный, Характерный 1, Характерный 2, Горелый, Лутугинский, Прокопьевский 1, Прокопьевский 2 представлены в таблице 1.1.

          Таблица 1.1 – Технологические   свойства углей

  Основной  особенностью свиты является резкая изменчивость угленосных отложений. Наиболее выдержанной мощностью характеризуются  пласты Мощный и Горелый.

  Максимальная  мощность пласта Мощный составляет 30-40 метров. В районе 10, 11 и 13 разведочных  линий пласт Мощный состоит из одной тонкой пачки мощностью 1, 06 метров. Пласты Мощный и Горелый  благодаря большой мощности легко  распознаются в разрезе и служат маркирующими горизонтами разреза.

  Пласты  Прокопьевский 1, Прокопьевский 2, Лутугинский  характеризуются неопределенностью  положения в разрезе свиты, невыдержанностью межпластовых расстояний. Кемеровская  свита отличается от нижележащих  более широким развитием озерно-болотных фракций, в ее составе широко распределены песчаники подводных дельт, мощность которых достигает 30-50 метров. Из вмещающих пород преобладают песчаники, алевролиты играют подчиненную роль. Мощность Кемеровской свиты от 153 до 240 метров.

   Усятская  свита включает пласты от шестого  до первого Внутреннего, и пользуются  ограниченным распространением. Мощность  свиты составляет 150 метров.

    Вмещающие породы угленосной толщи представлены слоями песчаников, алевролитов и аргиллитов. Соотношение литологических разностей пород вскрыши приведено в таблице 1.2.

  Таблица 1.2 – Соотношение литологических разностей вскрыши

  Прочностные свойства коренных пород по данным ВНИМИ для зоны выветривания (до глубины 50 метров) и для зоны незатронутой выветриванием (глубина свыше 50 м) приведены  в таблице 1.3. 

  Таблица 1.3 – Прочностные свойства коренных пород 

  1.3 Тектоника карьерного поля

   Геологическое строение месторождения весьма сложное. Бачатский район рассматривается как грабен, обусловленный надвиганием каменноугольных отложений по зонам крупных разломов на отложения Балахонской свиты. В пределах грабена имеет место очень сложная брахисинклинальная структура. Складки характеризуются крытыми, сближенными, и иногда опрокинутыми крыльями. Встречено большое число значительных зон разломов разлитых по форме и амплитуде разрывов сплошности в виде взбросов. Бачатская брахисинклинальная структура четко разделяется на ряд синклинальных складок (главная, А, Б, В, С и др.) и антиклиналей АБ и БВ и др. Антиклинали разбиты серией тектонических разрывов, по трещинам которых замковые части складок оказались взброшенными и смятыми. Наиболее крупные нарушения Б, Г, О, 01, 2, 2Б, 3, 4 прослеживаются по всему полю разреза и за его пределами. Амплитуда смещения крыльев составляет 7-270 метров и более.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  2 Подготовка горных  пород к выемке

  2.1 Общие сведения

  Процесс подготовки горных пород к выемке является основным процессом в технологии разработки их, от которого зависят производительность комплекта оборудования технологического потока и в конечном итоге затраты на разработку. Подготовка горных пород к выемке осуществляется с целью создания технической возможности и наилучших условий для выполнения последующих процессов выемки и погрузки горной массы, транспортирования, отвалообразования и переработки. В зависимости от типа и состояния пород подготовка их к выемке может в основном осуществляться следующими способами: предохранением от промерзания, оттаиванием мерзлых пород, гидравлическим ослаблением или разупрочнением, механическим или взрывным рыхлением.

  При выборе эффективной технологии подготовки горных пород к выемке необходимо учитывать свойства массива и  качество подготовленной горной массы.

  Однако  свойства массива непостоянны вследствие его неоднородности. В осадочных  породах эта неоднородность объясняется  постоянным изменением условий осадконакопления в соответствующую геологическую  эпоху, в изверженных интрузивных и метаморфических породах она явилась результатом внедрения магматических масс в породы верхней зоны земной коры и их взаимного влияния. По теории возникновения месторождений полезных ископаемых образование руд цветных металлов приурочено к геологическим разломам, к крупным геологическим нарушениям, в которых интрузии или гидротермальные переносы способствовали накоплению полезного ископаемого в промышленных масштабах.

  Неоднородность  пород не позволяет широко использовать их свойства в расчетных зависимостях технологических параметров подготовки горных пород к выемке.

  С технологических  позиций подготовки горных пород  к выемке их можно разделить на две группы: породы, которые можно  разрабатывать механическими или гидравлическими способами без предварительного рыхления (глина, суглинки, супеси, мягкие угли, полностью разрушенные выветриванием изверженные и метаморфические породы, мел, глинистые руды), и породы, для тшемкп которых необходимо предварительное рыхление (глинистые и песчано-глинистые сланцы, глинистые и известковистые песчаники, железные руды, аргиллиты,, алевролиты, гипс, каменная соль, каменные и бурые угли, известняки, песчаники, кварциты, граниты, базальты, габбро).

  Подготовка  горных пород к выемке в зависимости  от свойств массива может включать:

  в мягких породах при сильной обводненности  — осушение той части массива, которая является непосредственным объектом текущей разработки, например выемочного блока, при отрицательной температуре—предохранение поверхности массива от промерзания, рыхление смерзшихся горных пород и их оттаивание; в полускальных и скальных породах — рыхление механическим или взрывным способом. 

  2.2 Оттаивание мерзлых  пород

  Оттаивание  может осуществляться путем электрообогрева, поверхностного пожога, с помощью  горячих газов, пара, воды, сжиганием термохимических   патронов   и   т. п.

  Электрообогрев  может быть глубинным или поверхностным, низко- или высокочастотным.

  При глубинном  электрообогреве переменным током промышленной частоты напряжением 12—380 В электроды размещают в шпурах, пробуренных на глубину промерзания породы по квадратной или шахматной сетке на расстоянии 50—70 см один от другого. Электрическая цепь замыкается по талой породе под мерзлым слоем. В результате нагрева талой породы и передачи тепла вышележащим слоям происходит их постепенное оттаивание снизу вверх. Расход электроэнергии при этом составляет до 20кВт·ч/м³. Использование усовершенствованных электроигл с напряжением 1—2, В и током 2 А снижает расход  до  8 кВт·ч/м³.

  При поверхностном  электрообогреве полосовые электроды в виде сеток из тонкой медной проволоки, длина которых равна наклонной высоте уступа, укладывают на его откос (рисунок 2.1). Питание осуществляется от генератора высокочастотных колебаний.

  Рисунок 2.1 Схема поверхностного электрообогрева:

  1 – генератор  высокочастотных колебаний; 2 – сетчатые  электроды;

  3 – линии  напряженности электрического поля  в массиве

  Поверхностный пожог (сжигание слоя угля толщиной 20—35 см на поверхности слоя мерзлых пород) иногда используется на карьерах по добыче глин; промерзшая до глубины 2 м глина полностью оттаивает в течение 6—10 дней. Расход топлива на 1 м³ оттаянной породы составляет: дров 0,15 м³, угля 30— 60 кг, торфа 120—140 кг.

  Для поверхностного оттаивания пород газообразным топливом используются  горючие  газы,  поступающие в карьер  по  газопроводу или доставляемые в баллонах. В последнее время развиваются методы оттаивания пород инфракрасным излучением. Оттаивание паром производится   с помощью   паровых   игл (стальных труб внутренним диаметром 19—22 мм и длиной 1,7—3 м), вставляемых в шпуры или забиваемых в породы по мере их оттаивания на расстоянии 2—2,5 м друг от друга.  Используется насыщенный пар с температурой 102—110°С под давлением  2—5 кгс/см².   Продолжительность оттаивания тяжелых глин 4—6 ч, расход пара на 1 м³ мерзлоты приблизительно 26 кг. Достоинство способа — относительная экономичность, недостаток—увлажнение пород, способствующее их повторному замерзанию. Подобным же   образом   осуществляется   оттаивание   горячей   водой. Оттаивание речной водой производят посредством нагнетания ее по погружаемым в мерзлые породы трубчатым иглам, проведения дренажных канав или дождевания.

  Оттаивание  речной водой может производиться также при естественном просачивании ее из расположенной на возвышенной  части массива оросительной канавы в расположенную ниже на расстоянии 70-50 м дренажную канаву глубиной до 2-3 м. От оросительной канавы могут проводиться поперечные канавы глубиной до 0,7 м, оканчивающиеся в 30-50 м   от дренажной. Расход воды на 1 м³ мерзлых пород составляет 120-200 м. При водооттаивании дождеванием распыленная стационарной или передвижной дождевальной установкой вода просачивается по верхнему талому слою пород под уклон и, отдавая тепло нижележащему слою мерзлоты, постепенно понижает ее уровень. Гидрооттаивание и парооттаивание широко применяют на разработках россыпей в районах вечной мерзлоты. За ходом оттаивания наблюдают с помощью щупов и замеров температуры или электросопротивления в контрольных иглах и скважинах.

  При разработке вечной мерзлоты интенсифицируют  естественное оттаивание. Для этого за несколько лет до начала разработки на участке удаляют растительный слой и проводят осушительную водосборную канаву. Иногда этот способ сочетают с затоплением участка водой для ускорения процесса оттаивания. 

  2.3 Буровзрывные работы

  Взрывные  работы широко применяются в карьерах для отделения полускальных и  скальных пород от массива и дробления  их до кусков заданных размеров. Практически они являются единственным способом подготовки к выемке скальных пород. От организации и качества взрывных работ в значительной степени зависят производительность всех видов карьерного оборудования и затраты на горные работы.

  Взрывные  работы должны обеспечить:

  1) заданную  степень дробления горных пород для последующих производственных процессов;

  2) требуемые  качество и сортность взорванного  полезного ископаемого, достижение в необходимых случаях избирательного дробления пород различной трудности разрушения;

  3) минимум  отклонений от заданных отметок площадок уступов, их размеров и формы;

  4) заданные  форму и угол откоса уступа, возможность безопасного бурения и заряжания последующих скважин;

  5) кучность  развала взорванных пород, заданные  его размеры и форму, удобные  для выемочно-погрузочных работ;

  6) необходимую  дальность и направление перемещения  пород, особенно при сбросе  в выработанное пространство;

  7) минимальное  сейсмическое воздействие взрыва  и максимальную сохранность окружающих сооружений и породного массива вблизи конечных контуров карьера для соблюдения заданного угла погашения его борта;

  8) достаточный  объём взорванных пород для  бесперебойной и высокопроизводительной выемки и погрузки;

  9) высокую  экономичность, производительность  и безопасность горных работ.

  Выполнение  перечисленных технических требований к взрывам обеспечивается правильным выбором метода, параметров, порядка взрывных работ и их организации, т.е. рациональной технологией взрывных работ, которая должна быть тесно увязана со всеми работами в карьере. Для этого необходимо составление проекта буровых и взрывных работ, тщательное заряжание скважин, применение качественных ВВ и др. Предпосылкой улучшения качества взрывного дробления является равномерное распределение ВВ в массиве.

  Обычно  буровзрывные работы в карьере ведут в две стадии. На первой стадии при отделении породы от массива осуществляется первичное дробление, на второй – дополнительное дробление негабаритных кусков, выравнивание подошвы уступа, обрушение нависей, заколов и т.д. Ведение работ в две стадии не следует считать нормальным: необходимость в этом возникает вследствие трудных природных условий или неудовлетворительного проведения первичного взрывания.

  Метод взрывных работ характеризуется размещением  зарядов ВВ по отношению к объекту дробления, формой и величиной зарядов. Он определяет результаты и эффективность взрывов и общую организацию работ по подготовке пород к выемке.

  2.4 Подготовка горных пород к выемке на Бачатском разрезе

  Механическое  рыхление осуществляется непосредственно  самими экскаваторами. Механическому рыхлению подлежат практически все угольные пласты.

   Пласты  глинистых пород мощностью от 40 до 60 метров отрабатываются способом гидромеханизации.

   Уборка  наносов осуществляется гидромониторами,  пульпа при помощи землесосов  транспортируется по трубопроводам в емкость Бековского гидроотвала.

   Система  водоснабжения гидромеханизации  оборотная с подпиткой из реки  Малый Бачат. 

  Основное  оборудование, применяемое на участке  гидромеханизации – насосы ЦН-3000, землесосы  ЗТМ-2М, ГРТ-4000/71 и гидромониторы ГМ-350, ГМД-250.

   Себестоимость  производства вскрышных работ,  несмотря на сезонный характер  работы с использованием этой  технологии, в 1,5-2 раза ниже, чем  при традиционных видах.

   Характерной  особенностью технологии с использованием  гидромеханизации является отсутствие БВР, транспортирование воды и пульпы по системе закрытых трубопроводов, а также складирование пульпы в гидроотвал горизонтальными слоями. Это до минимума сокращает затраты на рекультивацию.

   При  этом отстоянная вода не сбрасывается  во внешние водоемы, а после отстоя в прудке используется в замкнутом цикле гидросмыва.

  Ведение БВР осуществляется специализированным участком, в состав которого входят буровые станки шарошечного бурения:

   60R (320 мм), СБШ-250МН (244-265 мм), 5СБШ-200 (215 мм), СБШ-250/270 и др.

  Показатели работы буровых станков за 2006 г. приведены в таблице 2.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Таблица 2.1-Показатели работы буровых станков  за 2006 г

  2.5 Взрывные работы

  Прочность пород, в основном зависит от степени  трещиноватости и рода цемента.

  Коренные  породы относятся к IV-VI категориям по Протодьяконову с коэффициентом крепости 2-6. В среднем породы вскрыши выдерживают давление 150 кг/см², что свидетельствует об их небольшой крепости и слабой устойчивости при выветривании.

  Разрезом  взрывные работы производятся для рыхления пород, крепкого угля, мерзлого грунта в зимнее время, плотных глин на гидромеханизации, негабаритов и скальных пород для изготовления щебня.

  Высота  уступа на разрезе принята: на ж/д  схеме – до 16 м, на автосхеме –  до 16 м, на гидромеханизации – до 30 м. После взрыва уступа должна оставаться площадка на ж/д схеме – 15 м, а  на автосхеме – 10 м.

  В зависимости  от горно-геологических условий, высоты уступа, применяемого оборудования и ряда других факторов, параметры БВР, способы и схемы взрывания широко изменяются в пределах каждого горного участка и разреза в целом.

  Основным  методом взрывных работ является метод вертикальных скважинных зарядов, который применяется при мощности взрываемого слоя более 2,5 – 3 м и наличии площадок для установки бурового станка.

  Однако  при значительной высоте уступа наклонные  скважинные заряды по сравнению с  вертикальными обеспечивают более равномерное дробление породы, лучшую проработку подошвы уступа и уменьшение расхода ВВ.

   Могут  также применяться заряды в  рукавах (лунках), накладные и  шпуровые заряды. Метод зарядов  в рукавах (лунках) может применяться  при отсутствии или недостатке  буровых станков, а также в тех случаях, когда невозможно разместить станки в забое. Высота уступа при этом не должна превышать 8м, а глубина рукава – 5м.

  Первичные БВР осуществляются в основном скважинными  зарядами с применением короткозамедленного  взрывания ДШ и СИНВ. Сущность метода скважинных зарядов заключается в том, что рыхление скальных пород и угля осуществляется взрывом серии удлиненных зарядов ВВ, размещенных в массиве в один, два и более рядов, в зависимости от ширины заходки, крепости пород, высоты уступа и цели взрыва.

  Вторичное взрывание осуществляется методом  шпуровых и накладных зарядов.

  Метод шпуровых зарядов может применяться при  небольшой мощности взрываемого  слоя, при дроблении негабаритных кусков породы, валунов и мерзлых  грунтов.