Понятие с и с т е м а (от греческого systema – целое, составленное из частей; соединение) означает совокупность элементов, находящихся в связях друг с другом и образующих определённую целостность и единство в действиях.
Применительно к горному производству определение система разработки трактуется как порядок производства горных работ, обеспечивающий экономичную и безопасную эксплуатацию месторождения с заданной производственной мощностью при рациональном использовании запасов.
Разнообразие горно-геологических условий месторождений, сочетаний горных и транспортных машин в комплексной механизации горных работ, технологий и их постоянное совершенствование определило большое число классификаций, опубликованных в отечественной литературе.
Наиболее известные классификации систем разработки профессора Е.Ф.Шешко, академиков Н.В. Мельникова и В.В.Ржевского. В технической литературе по открытой разработке месторождений используется классификация академика Н.В.Мельникова. Она построена по признаку - технологии производства и механизации вскрышных работ (табл. 5).
Таблица 5
Классификация систем открытой разработки месторождений
академика Н.В. Мельникова
Система разработки
Основные характеристики системы разработки
Условия применения
Характерное забойное и транспортное оборудование
Бестранспортная, без переэкскавации или с переэкскавацией пород в отвалах
Вскрышные породы перемещают во внутренние отвалы непосредственно экскаваторами; возможна переэкскавация пород на отвалах
Пласты горизонтальные или пологие. Их мощность и мощность покрывающих пород ограничена. Наклонные и крутые пласты при мягких вмещающих породах и глубине карьера, позволяющей производить двойную и тройную переэкскавацию пород экскаваторами.
Экскаваторы: мехлопаты
и драглайны
с большими рабочими параметрами; оборудование для транспортирования вскрыши отсутствует.
Экскаватор- карьер
Вскрышные и добычные работы производятся одним экскаватором драглайном попеременно. Вскрыша переваливается в выработанное пространство, полезное ископаемое грузится в передвижной бункер, устанавливаемый на поверхности. Из бункера полезного ископаемого поступает на конвейеры в автотранспорт или в средства железнодорожного транспорта.
Пласты горизонтальные или пологие ограниченной мощности (до 20-25 см); покрывающие породы мощностью до 25-30
Экскаватор – драглайн, передвижной бункер
с питателем.
Транспортно-отвальная
Вскрышные породы перемещаются во внутренние отвалы при помощи передвижных транспортно - отвальных установок (транспортно – отвальных мостов или отвалообразователей).
Пласты горизонтальные или пологие; рыхлые, мягкие покрывающие породы.
Многоковшовые цепные или роторные экскаваторы или мехлопаты; транспортно – отвальные мосты и передвижные консольные отвалообразователи.
Специальная
Вскрышные породы удаляют башенными экскаваторами, колёсными скреперами, гидромеханизированным способом или кабель кранами
Пласты горизонтальные или пологие; мягкие, рыхлые покрывающие породы. При применении кабель кранов – крутые пласты в крепких породах.
Башенные экскаваторы, колесные, скреперные, транспортное оборудование отсутствует; гидромониторы и землесосные установки, кабель-краны
Транспортная
Вскрышные породы средствами колёсного транспорта перемещают во внутренние или внешние отвалы
Любая форма месторождения и любая крепость пород.
Экскаваторы: рельсовый или автомобильный транспорт.
Комбинированная
Вскрышные породы верхних уступов средствами транспорта вывозят во внешние или внутренние отвалы; породы нижних уступов перемещают во внутренние отвалы экскаваторами или транспортно-отвальными установками.
Пласты горизонтальные или пологие ограниченной мощности; покрывающие породы мягкие, рыхлые или не выше средней крепости.
Экскаваторы для верхних уступов и экскаваторы с удлиненными рабочими параметрами для нижних уступов; рельсовый или автомобильный транспорт, транспортно – отвальные установки.
Все существующие технологии открытой разработки месторождений полезных ископаемых делятся на две группы: технология разработки платообразных горизонтально и пологозалегающих месторождений и технология разработки различных форм залежей наклонного и крутого залегания.
Горизонтальное и пологое залегание платообразных месторождений ограничивает по высоте рабочую зону карьера в течение всего периода разработки месторождений. Фронт работ в контурах карьерного поля на этих месторождениях перемещается параллельно или веерно. Выработанное пространство во время выемки полезного ископаемого на этих карьерных полях используется для размещения отвалов вскрышных пород при непосредственной или кратной перевалке вскрышными механическими лопатами, драглайнами, с помощью отвалообразователей, транспортно-отвальных мостов или путем перевозки вскрыши внутри карьерного поля железнодорожным или конвейерным транспортом. При значительной мощности вскрыши и недостаточной устойчивости внутренних отвалов часть покрывающих пород перемещают на внешние отвалы.
Разработка наклонных и крутопадающих залежей различных форм производится в глубину по направлению залегания полезного ископаемого, поэтому рабочая зона карьера по высоте и в плане изменяется от минимума в период начала разработки месторождения до максимального разноса рабочего борта карьера по поверхности и затем сокращается в период погашения горных работ в карьере. Вскрышные породы на этих карьерах перемещаются и складируются на отвалах, располагающихся за контуром карьерного поля (на внешних отвалах). Направление перемещения фронта работ в пределах рабочих горизонтов определяется задачей обеспечения эффективности добычных и вскрышных работ.
Технология добычных работ при разработке месторождений полезных ископаемых имеет специфические особенности, обеспечивающие высокое качество добываемого сырья, минимальные потери и разубоживание полезного ископаемого.
Вскрышные и добычные работы, вскрытие карьерного поля и рабочих горизонтов представляют собой систему открытой разработки месторождения полезных ископаемых.
В цепи процессов технологии открытой добычи полезного ископаемого наиболее энергоёмким технологическим процессом является транспорт горной массы. На многих карьерах затраты энергии на транспорт в общем процессе открытой добычи полезного ископаемого составляют от 70 до 90%.
При сравнении эффективности видов транспорта для перемещения горной массы на карьерах по удельной работе (Дж/т) наименее энергоёмкими являются конвейерный и железнодорожный, по коэффициенту полезного использования энергии - автомобильный транспорт.
2. 4 Классификация систем разработки по энергетическому критерию
Принимая во внимание значение энергозатрат в процессе добычи полезного ископаемого при открытой разработке месторождений на вскрышные и добычные работы, транспорт горной массы в карьере, обеспеченный вскрытием карьерного поля и рабочих горизонтов, классификация систем открытой разработки месторождений полезных ископаемых по признаку энергозатрат представлена в табл. 6
Таблица 6
Классификация систем открытой разработки месторождений полезных ископаемых по энергетическому критерию.
Левая часть таблицы
Группа
систем
Технология вскрышных работ
№
Наименование
Схема
Механизация
№
эскавации
№
перемещеня и перевозки
А
Бестранспортная
1
Перевалка вскрыши в выработанное пространство экскаватором
1
Мехлопата
1
