Розробка ґрунтових кар’єрів

Для будівництва автомобільних доріг (спорудження земляного полотна автомобільної дороги) необхідна значна кількість ґрунту. На даному рівні розвитку технології будівництва можливо використання всіх ґрунтів, але застосування деяких ґрунтів (пилуватих супісків, торф, мул тощо) потребує додаткових засобів щодо їх стабілізації (ізоляція від різних типів вологи – вільної, плівкової, капілярної; захист від промерзання, зміцнення – армування, укріплення мінеральним матеріалом, обробка неорганічним в’яжучим, обробка органічним в’яжучим та тощо).

Розробка ґрунтових матеріалів виконується відкритим способом. За умовами розробки кар’єри класифікують на механізовані та на гідро механізовані. Механізовані кар’єри розподіляють за основними механізмами, такими як екскаватор та скрепер. Іноді застосовують комбінації з механізмів – бульдозер та екскаватор (бульдозер у якості механізму для розробки ґрунту та його скупчення, а екскаватор для навантаження у транспортні засоби) або скрепер та бульдозер (скрепер у ролі машини для розробки ґрунту та його транспортування, а бульдозер у ролі розпушувача та для профілювання поверхні).

Розріз уступів приведений на рис. 2.1. Уступ - частина родовища, що розробляється, яка обмежена двома площинами - горизонтальної і похилої або вертикальної. Уступ обслуговується окремим транспортним горизонтом. Підуступ - частина уступу, розділеного горизонтальними майданчиками, обслуговувана транспортом, загальним для всього уступу.

З елементів уступу розрізняють: брівку уступу - лінія перетину укосу уступу з його верхнім або нижнім майданчиком; укіс уступу - похила або вертикальна робоча поверхня уступу; кут укосу уступу, - утворюваний похилою поверхнею уступу з горизонтальною площиною. Місце на уступі або підуступі, де розробляють гірську породу, називають забоєм. Частина уступу, призначена для розміщення устаткування, транспортування і оброблення гірської породи, називають робочим майданчиком (бермою). Вона ж відділяє підуступи і уступи один від одного. Окрім робочого майданчика, при проектуванні кар'єру слід передбачати на неробочому борту берму безпеки, яка служить для того, щоб породи не падали на нижче розташований уступ. Частина уступу по довжині, підготовлену до виробництва гірських робіт, називають фронтом робіт даного уступу.

Рисунок 2.1 - Розріз добичного і вськришного уступів і їх елементи:

1- верхній майданчик; 2- нижній майданчик; 3- майданчик (берма) підуступу; 4- брівка уступу; h- висота підуступу; Н- висота уступу; α- кут укосів уступу здобичі; β- кут укосу вськришного уступу

Елементами кар'єру, які проектують при підготовці родовища, є транспортна (відкатувальна) і розрізна траншеї. Транспортну траншею звичайно проектують за контурами ділянки, наміченої до розробки. Вона служить для транспортування порід з кар'єру. Ця траншея діє весь час існування горизонту, який вона обслуговує. Розрізна траншея проходиться тільки для створення уступів я фронту робіт. В процесі розробки порід розрізну траншею розширюють, поступово утворюючи вироблений простір, тобто виїмку в земній поверхні, з якої витягнуто корисні копалини.

Висота уступу залежить від ряду умов, основні з яких приведені нижче:

ü Геологічні умови. Якщо окремі пласти корисних копалин розділені пластами порожніх порід значної потужності, розробка корисних копалин разом з порожніми породами недоцільна. Родовища слід розробляти окремими уступами, висота яких не повинна перевищувати потужності кожного пласта корисних копалин.

ü Спосіб розробки і вживане устаткування. При розробці родовищ м'яких порід екскаваторами висота уступу лімітується заввишки черпання прийнятого типу екскаватора. При здобичі міцних порід вибуховим способом висота уступу не повинна перевищувати максимальну висоту черпання екскаватора більш ніж в 1,5 рази.

Якщо родовище складається з декількох пластів корисних копалин різної якості, то для уникнення змішення окремих сортів каменя пласти доцільно розробляти окремими уступами і підуступами (особливе при проектуванні розробки родовищ вапняків). Ширину робочої площі уступу (рис. 2.2.) здобичі при спушені порід зарядами свердловин визначають по формулі

(2.1)

де А - частина майданчика, зайнята висадженою породою;

b - відстань від висадженої породи до транспортного майданчика, яке повинне бути не менше 1,0 м;

а - ширина транспортного майданчика, рівна 2b'+а" (b' - найбільша ширина автосамоскида; а" - зазор між двома автосамоскидами, який повинен бути не менше 1,5 м);

А'- ширина забою, розпушувана при вибуху на нижче розташованому уступі.

При визначенні ширини транспортного майданчика за всіх умов, відповідно до Єдиних правил безпеки, необхідно, щоб відстань від колеса до краю проїжджої частини була не менше 0,5 м. Величина А в процесі розробки зменшується, а майданчики b і а зміщуються до забою.

Рисунок 2.2 - Ширина робочого майданчика

У перший період роботи (до створення виробленого простору) вськришні породи необхідно транспортувати в спеціально організований відвал. У Єдиних правилах безпеки при розробці родовищ корисної копалини відкритим способом вказано, що висота порідних відвалів, кути укосу і призми обвалення, швидкість просування відвальних робіт встановлюють проектом залежно від фізико-механічних властивостей порід відвала і його підстави, способу відвалоутворення і рельєфу місцевості.

Гідро механізовані способи розробки, в залежності від розташування родовища поділяють на розробку за допомогою гідромоніторів (при розташуванні піщаних родовищ на суходолі) та за допомогою землесосних снарядів (при розташуванні піщаних родовищ під товщею води).

Технологічний процес розробки піщаних (гравієво-піщаних) матеріалів за допомогою гідромоніторів має такі особливості: струмінь води, під значним тиском розмиває товщу ґрунту. Пульпа (суміш води з ґрунтом) стікає до приямку (пониженого місця), та за допомогою насосу по пульпопроводу транспортується на спеціальну площадку, де вода стікає і залишається пісок (гравійно-піщана суміш). Таким способом є можливість розробляти будь яку не зв’язну породу (глину, супісок, суглинок), але наявність пилуватих часток затрудняє відвід води. Технологічний процес розробки піщаних (гравієво-піщаних) матеріалів за допомогою землесосних снарядів має такі особливості: на понтоні розміщується потужний насос, який всмоктує пісок (гравійно-піщану суміш) із водою з дна водоймища та по пульпопроводу транспортується на узбережжя на спеціальну площадку, де вода стікає і залишається пісок (гравійно-піщана суміш).

Перевагою гідро механізованого способу розробки піщаного (гравійно-піщного) матеріалу є не значні енергозатрати, висока автоматизація виробництва та якість (чистота) отриманого матеріалу. До недоліків можна віднести значну потребу у воді.

2.2.4 Технологічна схема видобутку скельних порід.

Розробка кар’єрів по видобутку скельних порід основана на технології розпушення кам’яного масиву за допомогою вибуху та завантаження отриманих кам’яних уламків у транспортні засоби.

При проектуванні кар'єрів буропідривні роботи повинні бути передбачені при проходці траншей, корчуванні пнів і розробці скельних порід. За допомогою буропідривних робіт від загального масиву відділяють скельні породи (основний вибух) і потім доводять їх до необхідних розмірів (повторний вибух або оброблення негабариту).

Рисунок 2.3 – Методи виконання буро підривних робіт

Для кар'єрів дорожньо-будівельних матеріалів проектують головним чином методи шпурових, малокамерних свердловин і накладних зарядів.

Під методом шпурових зарядів розуміють виробництво вибухових робіт подовженими зарядами, розміщеними в циліндрових виїмках завглибшки до 5 м, діаметром до 75 мм. Найбільш поширено застосування шпурів діаметром 32-42 мм. Шпуровий метод є єдино можливим при розробці малопотужних родовищ, коли незначна потужність залягання корисних копалин виключає можливість застосування інших методів вибуху, селективній розробці пластових родовищ, при якій не допускається змішування окремих малопотужних пластів; обробленню крупних шматків породи до габаритних розмірів; підготовчих роботах; спушені мерзлоти. Значною перевагою методу шпурових зарядів при спушені скельних порід є невеликий вихід каменя негабариту.

Метод зарядів свердловин полягає у вибуху зарядів, розміщених в свердловинах. Цей метод застосовують при висоті уступу більше 5 м, коли необхідно одночасно розпушити значний об'єм корисних копалин. Свердловини бурят різного діаметру. Найпоширенішими є свердловини діаметром до 200 мм. Збільшення діаметру свердловин і відстаней між ними підвищує кількість каменя негабариту у висаджуваній породі. На кар'єрах дорожньо-будівельних матеріалів разом з проходкою вертикальних свердловин для полегшення роботи заряду свердловини часто проектують буріння поблизу підошви уступу горизонтальних або похилих шпурів. При методі малокамерних зарядів (рукавів) заряди поміщаються в горизонтальні або злегка похилі вироблення. Цей метод проектують головним чином при розробці вапняків, різноміцних або перешаровуються порожніми породами.

Метод накладних зарядів застосовують тільки для розколу каміння негабаритів або окремих валунів. Основний недолік цього методу - велика витрата вибухових матеріалів.

Методи руйнування гірських порід при бурінні шпурів і свердловин розділяють на механічні, фізико-хімічні і комбіновані. При бурінні гірських порід частіше всього використовують механічні методи, які по характеру роботи інструменту в забої і додатку силових навантажень підрозділяють на чотири способи буріння: обертальний, ударний, ударно-обертальних і обертально-ударний.

При обертальному бурінні руйнування породи на забої свердловини відбувається за рахунок руху інструменту, що має форму різця, по гвинтовій лінії. Такий рух є поєднанням обертальної і поступальної ходи. При ударному бурінні інструмент, заточений у вигляді клину, упроваджується в породу під дією короткочасного ударного навантаження, направленого по осі свердловини. Обертально-ударне буріння є поєднанням двох способів, при яких на породу забою шпуру діє велике осьове зусилля, великий момент, що крутить, і ударне навантаження Прикладений момент, що крутить, дозволяє зрізати більшу стружку, ніж при обертальному бурінні. Агрегати ударно-обертального буріння складаються з верстата і погружного пневмоударника. Верстат служить для обертання бурового стану, для подачі його до забою свердловин з певним осьовим тиском і подачі стислого повітря до пневмоударнику, який знаходиться в свердловині. Термічне буріння свердловин виробляється головним чином в породах, що мають крем'янисту підставу.

Підготовка гірської породи до вибуху складається з буріння шпурів діаметром до 45 мм, завглибшки до 5 м і свердловин завглибшки більше 5 м і діаметром 100-300 мм. Буріння шпурів і свердловин виробляють вище і нижче за підошву уступу. Недобур - відстань між рівнем підошви уступу і дном свердловин, що знаходиться вище за підошву уступу. Довжина недобура залежить від фізико-механічних властивостей висаджуваної породи, діаметру заряду, потужності ВВ. До недобуру вдаються в легко руйнованих м'яких породах, за наявності м'яких рихлих порід під руйнованим твердим пластом або ясно вираженому нашаруванні порід при роздільній виїмці корисної копалини і необхідності збереження підошви виїмки від руйнування вибухом. Перебур - частина свердловини або шпура, пробурена нижче за підошву уступу. Перебур служить для посилення дії вибуху в нижній частині свердловини, забезпечуючи рівний відрив породи від підошви уступу.

Для спушення порід застосовують вибухові матеріали (ВМ), які діляться на вибухові речовини (ВР) і засоби вибуху (ЗВ). Залежно від властивостей, складу, умові застосування вибухові матеріали діляться на три групи: метальні, бризантні і ініцируючі.

Метальні вибухові речовини мають відносно невелику швидкість розкладання; унаслідок поступового наростання тиску газів в них переважає статичний тиск і майже відсутній динамічний удар. При спушені породи метальними ВР вони ламають її на крупні шматки. Метальні ВР на кар'єрах застосовують при здобичі штучного каміння, коли необхідно від масиву відділити крупні моноліти. Вибухівка що дроблять або бризантні ВР мають велику швидкість розкладання (3000-3600 м/с). Ці вибухові речовини виробляють сильне дроблення гірської породи, в якій вони вибухають; на кар'єрах застосовують головним чином амоніти, оскільки вони дешевші і їх застосування безпечне в порівнянні з іншими ВР. Ініцируючі ВР (гримуча ртуть, азидсвинцю і ін.) застосовують для спорядження капсулей детонаторів, детонуючих шнурів. Найважливішою їх властивістю є здатність порушувати вибух інших ВР.

Дата добавления: 2014-01-07