Классификация объединяет и систематизирует по энергетическому признаку технологии вскрышных и добычных работ, вскрытие карьерного поля и рабочих горизонтов и средств механизации горных работ в различных природных условиях месторождений. Она предназначена для анализа эффективности систем разработки существующих горных предприятий, добывающих полезное ископаемое открытым способом в конкретных природных условиях, а также при проектировании новых горных предприятий для выбора и обоснования систем разработки конструированием и сравнением вариантов с использованием компьютерного моделирования с числовыми параметрами энергозатрат элементов системы разработки.

Глава 5

Энергетическая оценка

систем разработки

1.5 Энергетическая оценка технологии вскрышных работ

Энергетическим показателем оценки технологии вскрышных работ, т.е. части систем разработки, являться совершаемая работа. Согласно технологии открытых горных работ объем породы определенной массы, находящийся в забое вскрышного уступа, перемещается на некоторое расстояние в отвал.

Единица массы горной породы, перемещаемая из массива в отвал или к пункту назначения с энергетических позиций оценивается как совершаемая работа силы (F) на расстоянии ( L),

А = F- L, Дж.

Единица горной массы поглощает энергию в результате совершаемой над ней работы и представляет собой энергопоглощние или энергозатраты.

Для перемещения объема породы в заходке шириной В (м), высотой h (м) и длиной 1 (м) на расстояние L (м) необходимо совершить работу

A=(Bhl)ρаL, Дж,

где ρ - плотность породы, кг/м3,

а - ускорение, м/с2 .

Количественно энергозатраты зависят от свойств горных пород, его объема и параметров трассы перемещения, то есть кинематики перемещения.

Кинематика перемещения вскрышных пород в свою очередь зависит от горно-геологических условий месторождения и системы разработки.

Путь перемещения может быть простым, состоящим из одного или двух участков, или сложным - трех и более участков.

В системах разработки с поперечным перемещением вскрышных пород, относительно фронта работ, кинематическая схема строится следующим образом. При непосредственной перевалке вскрыши в выработанное пространство, участок пути перемещения один - это путь от забоя до места разгрузки в отвал. Система разработки с кратной экскаваторной перевалкой вскрышных пород представлена двумя и более участками перемещения: участок от забоя до отвала и участок внутри отвала при переэкскавации. Система разработки с перемещением вскрышных пород отвалообразователями или транспортно-отвальными мостами также состоят из двух участков - участок от забоя до загрузочной консоли и участок перемещения вскрыши отвалообразователем в отвал.

Кинематика перемещения вскрыши в системах разработки с продольным перемещением пород в отвалы транспортными средствами более сложная. Здесь возможны различные варианты в зависимости от горно-геологических условий месторождения. Если перемещение вскрыши осуществляется во внутренние отвалы, то путь делится на участок продольного перемещения по рабочим уступам карьера, участок по торцевой части карьера и участок перемещения на отвале.

Кинематика перемещения вскрыши в системах разработки с колесным транспортом на крутопадающих месторождениях зависит от геометрии эксплуатационного пространства карьера и может быть разделена на участки: в рабочей зоне, на бортах, поверхности и отвале.

Энергозатраты при разработке вскрышного забоя зависит от применяемого оборудования.

В технологии разработки вскрыши драглайнами с переэкскавацией в выработанном пространстве, выделяются следующие участки кинематики перемещения породы (рис.18). Участок перемещения при подъеме породы до уровня стояния драглайна и участок перемещения из забоя в промежуточный отвал (1), участок перемещения при подъеме породы в результате черпания из промежуточного отвала и участок переэкскавации породы в основной отвал (2)

Рис. 18 Кинематическая схема перемещения пород вскрыши при технологии разработки перевалкой и переэкскавацией в выработанном пространстве.

При разработке горизонтального или пологопадающего пластолбразного месторождения с перевозкой вскрыши на внешние отвалы кинематическая схема перемещения пород вскрыши колесным транспортом состоит из участков от забоя вдоль фронта работ, затем по торцевой части карьера и по наклонной внешней 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 подобные тем, которые имеют место во вскрышной зоне карьера.

В общем случае для описания траектории перемещения вскрышных пород 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 съездам и по вышележащим горизонтам карьера, наклонной 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. При этом возможны участки перемещения с одного горизонта на нижележащий горизонт по наклонным транспортным бермам. Траектория перемещения вдоль фронта работ, как правило, криволинейна.

Энергетическая оценка технологии вскрышных работ производится на 1 м подвигания вскрышного забоя при мощности пласта полезного ископаемого h, мощности вскрыши H, углы откоса добычного и вскрышного уступов соответственно и , угол откоса отвала , ширина заходки В, плотность породы . Вскрышное оборудование устанавливается на минимальном расстоянии до верхней бровки уступа с учетом бермы обрушения. Расстояние между нижней бровкой добычного уступа и нижней бровкой откоса отвала z.

Бестранспортная система разработки (А).

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши выработанное пространство механической лопатой с расположением на кровле пласта полезного ископаемого (А-1)

.

Перемещение породы осуществляется из забоя во внутренний отвал. При разработке забоя экскаватор экскавирует породу у подошвы вскрышного уступа и перемещает ковш на высоту hч (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,

а – ускорение, м/с2.

,

где Δh = ho – (h + hч), м – высота подъема породы.

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши выработанное пространство драглайном с расположением на кровле вскрышного уступа.

Энергозатраты 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.