Эксплуатация рудоспусков в глубоких карьерах
|
При вскрытии глубоких горизонтов карьеров подземными выработками горная масса в зону подземных работ транспортируется, как правило, по капитальным рудоспускам. Рудоспуски как транспортные выработки, обеспечивающие перепуск руды на подземные виды транспорта (железнодорожный, автомобильный, конвейерный), применяются на ряде глубоких карьеров в нашей стране и за рубежом. В России капитальные рудоспуски применяются на карьерах производственного объединения ’’Апатит” (Центральный и Расвумчорр-Цирк) (рис. 82), на Алтын-Топканском и Каджаранском карьерах и на некоторых других, расположенных главным образом на Востоке страны (Средняя Азия). За рубежом (в Канаде, США, Швеции) наиболее часто рудоспуски используют для вскрытия нижних горизонтов карьеров. Рудоспуски имеют круглое, реже прямоугольное сечение. Площадь поперечного сечения рудоспусков изменяется от 7 до 20 м2, но при перепуске особо крупной недробленой горной массы она достигает 60—65 м2. С помощью рудоспусков руда с нижних горизонтов карьера передается на горизонт откаточной штольни. Рудоспуски бывают вертикальные и наклонные. В первом случае угол наклона составляет около 90°, во втором — от 50 до 90°. Высота рудоспуска изменяется в широких пределах от 30 до 600 м, но наиболее часто она составляет 150—200 м. Производительность рудоспусков составляет до 3000 т/ч, но в отдельных случаях она бывает и больше. Известны случаи, когда пропускная способность одного рудоспуска достигала 15 млн. т в год. Транспортирование по рудоспускам обычно применяют на карьерах производственной мощностью более 4—5 млн. т в год. На отдельных крупных карьерах, применявших рудоспуски, их производительность превышала 30 млн. т в год. Срок существования рудоспусков составляет до 15 лет и более. Конструктивно рудоспуск состоит из устья, ствола, аккумулирующей части (бункера) и выпускного люкового устройства. Аккумулирующая емкость служит для снижения динамического воздействия падающей руды и создания запасов отбитой руды. Ее ширина в 2—3 раза больше диаметра рудоспуска. Карьерные рудоспуски эксплуатируются в сложных условиях в силу воздействия на них взрывных работ в карьере и при ликвидации зависаний на выпуске руды, а также динамических воздействий кусков падающей руды и статического давления рудного столба. Большое влияние на состояние и работу рудоспусков оказывает применяемое на карьерах мощное оборудование — экскаваторы, автосамосвалы, обусловливающие наличие в руде особо крупнокускового материала. Наличие в руде большого процента крупных фракций вызывает разрушение стенок рудоспусков (рис. 83), большие вывалы породы, в которых пройден рудоспуск, трудность выпуска руды из рудоспуска и др. Большая высота рудоспусков приводит, не только к его разрушению, но и к уплотнению руды, ее измельчению, образованию зависаний, пробок и других осложнений, возникающих при эксплуатации.   Наличие динамических нагрузок в рудоспуске от падающей руды и сейсмическое воздействие взрывных работ предъявляют особые требования к заложению рудоспусков и их эксплуатации (см. табл. 55). Как правило, рудоспуски стремятся закладывать в монолитных породах, однако и это не всегда обеспечивает полную его сохранность. В силу этого иногда прибегают к креплению рудоспусков, что возможно лишь при небольшой высоте перепуска. Устойчивость рудоспусков чаще всего достигается за счет применения различной их конструкции (наклонные, ступенчатые, зигзагообразные и комбинированные). Поэтому снижение ударных нагрузок на практике происходит главным образом за счет выбора конструкции рудоспуска, наиболее отвечающей условиям эксплуатации. Для уменьшения разрушения стенок рудоспуска целесообразно также, чтобы угол его наклона по возможности был перпендикулярен к плоскости напластования пород. Большие осложнения при эксплуатации рудоспусков вызывают заторы и зависания перепускаемой руды. Для наблюдения за движением руды и для локализации зависаний параллельно нижней части рудоспуска проходят контрольные восстающие высотой более 50 м. которые через каждые 10—12 м соединяются с рудоспуском смотровыми ходками. При параллельном расположении двух-трех рудоспусков проходят один контрольный восстающий. Диаметр рудоспуска (в м) должен быть более трех диаметров максимального размера разрушаемого куска руды  Для большей надежности диаметр рудоспуска должен в 5—6 раз превышать размер максимального куска. При перепуске недробленой руды верхняя часть рудоспуска подвергается интенсивному износу. Для снижения износа рудоспуск в верхней части должен иметь ступенчатую форму. В этом случае диаметр устья рудоспуска принимается на 1,5—2 м больше диаметра ствола. Для предотвращения зависаний диаметр рудоспуска принимается не менее 6 м. При прямоугольном сечении должно быть следующее соотношение рудоспуска:  В карьере, наряду с рабочими, устраивают резервные рудоспуски. Их число на карьере зависит от его производственной мощности (пропускной способности), диаметра рудоспуска, пропускной способности перегрузочных пунктов в штольне, организации дальнейшего транспортирования до поверхности и надежности эксплуатации рудоспуска в конкретных условиях. На эксплуатацию рудоспусков значительно влияют климатические условия. Проходка капитальных рудоспусков в зависимости от их диаметра может производиться как со дна карьера, т. е. сверху вниз, так и из подземных выработок. При большом сечении рудоспуски по аналогии с шахтными стволами проходятся сверху вниз полным сечением (рис. 84). В этих случаях предварительно по оси рудоспуска пробуривается скважина на всю глубину, позволяющая оценить структуру массива, физико-механические свойства пород и возможный приток воды. Наиболее часто проходка рудоспусков осуществляется с помощью проходческого копра и подвесного полка (диаметр которого на 0,4—0,5 м меньше диаметра рудоспуска). Устье капитальных рудоспусков крепится только при проходке. При этом для создания безопасных условий труда используют бетон, металлическую сетку и штанговую крепь. Перед началом эксплуатации рудоспуска временное крепление ствола демонтируется. Порода при проходке рудоспусков убирается грейферными погрузчиками.  Бункерная часть рудоспуска может иметь прямоугольное и расширяющееся поперечное сечение на высоту 40—50 м и более (рис. 85). Проходка этой части рудоспуска, а также погрузочных камер выпускных устройств производится путем взрывания глубоких скважин, пробуренных из специально пройденных выработок и мелкошпуровым способом. В процессе эксплуатации карьера и понижения работ возникает необходимость в периодическом погашении рудоспусков. Погашение рудоспусков требует выбора такого способа их срезки, который обеспечивал бы наименьшие затраты времени и безопасность работ. Наиболее простым способом является полное заполнение рудоспусков рудой с последующими буровзрывными и погрузочными работами в районе его расположения. Однако этот способ не применяется при высокой слеживаемости и смерзаемости руды, так как может привести к образованию зависаний руды в рудоспуске. В последние годы более распространен способ погашения путем взрывания околоствольного целика без предварительной засыпки рудоспуска. Вначале к рудоспуску подводят выемку, оставляя вокруг него околоствольный целик, который потом ликвидируют последовательным бурением и взрыванием контурных скважин (по густой сетке) и мелкими шпурами. Взорванную горную массу убирают экскаватором и бульдозером. Около нового устья рудоспуска устанавливают оградительный брус из металлоконструкций или старых балок рукояти экскаватора, прикрепляя их к буровым штангам, посаженным в специально пробуренные скважины. Одним из важных факторов, обеспечивающих бесперебойную и надежную работу карьерных рудоспусков, является режим работы при их эксплуатации. Основными элементами технологического режима работы рудоспуска являются интенсивность загрузки и выпуска горной массы, разрыв во времени между загрузкой и погрузкой и количество аккумулируемой руды в рудоспуске. Режим работы рудоспуска тесно взаимосвязан с принятым порядком работы карьерного и подземного транспорта. Интенсивность загрузки (в т/ч)  где Qк — годовая производственная мощность карьера, т; N — число рабочих дней в году; — число часов работы в сутки при добыче руды; n — число одновременно работающих рудоспусков. Интенсивность погрузки  где tп — суточная продолжительность технологических перерывов при добыче руды, ч. Исходя из интенсивности загрузки tз, грузоподъемности транспортных средств qe и максимально допустимого времени перерывов при погрузке t0, необходимое время погрузки состава (в ч)  Необходимая интенсивность погрузки из рудоспуска (в т/ч)  Запас руды в рудоспуске (в т)  Применительно к средствам транспорта, применяющимся в карьерах, интенсивность загрузки (по В.А. Щелканову) может быть определена по формуле  где Рз — пропускная способность рудоспуска при загрузке, млн. т, или  где Рз1, Рз2, Рз3 — пропускная способность рудоспуска при загрузке с помощью автосамосвалов грузоподъемностью соответственно 75, 40 и 27 т; tоб — продолжительность обмена автосамосвалов при загрузке рудоспуска, мин. Интенсивность погрузки (в т/ч); - при железнодорожном транспорте  где λв — интенсивность выпуска, т/мин; - при конвейерном транспорте  где λп.щ.к и λп.к.к — интенсивность погрузки при конвейерном транспорте соответственно при дроблении в щековых и конусных дробилках; Вщ — ширина приемного отверстия щековой дробилки, мм; Dк — диаметр основания конуса конусной дробилки, мм. При обслуживании рудоспуска железнодорожным транспортом необходимое время перерывов (в ч)  При обслуживании рудоспуска конвейерным транспортом необходимое время перерывов (в ч)  Время перерывов при погрузке может быть также определено по номограмме (рис. 86). Основной причиной простоев при эксплуатации рудоспусков является зависание перепускаемой руды в стволе и в выпускных устройствах. Значительное влияние на число зависаний оказывает высота рудного столба в рудоспуске, с его уменьшением число зависаний возрастает. Большое значение имеет непрерывность загрузки и выпуска. Установлено, что при непрерывном потоке загрузки динамические нагрузки на поверхность рудного столба уменьшаются почти в 5 раз. Поэтому наиболее рациональным режимом работы рудоспуска, обеспечивающим минимальное число зависаний, следует считать непрерывный режим, который достигается одновременной загрузкой и выпуском руды. Однако в карьерах для обеспечения ритмичности в работе бывает необходимо аккумулировать некоторый запас руды в рудоспуске. По данным производственного объединения ’’Апатит”, максимальная высота заполнения рудоспуска, при которой не наблюдалось зависаний, на карьере Расвумчорр-Цирк составляет 15—20 м, а на карьере Центральный — 25—30 м. В исключительных случаях кратковременное заполнение достигало высоты 80 м.  Зависания руды в рудоспусках в основном происходят в зимнее время года. Экспериментальные исследования показали, что наиболее часто зависание в рудоспусках образуется при температуре воздуха в карьере от 0 до —7 ° С и содержании снега в рудной массе 5—7 %. При температуре ниже —7 ° С снег становится более твердым и сухим и меньше спрессовывается. Зависания также увеличиваются при перепуске влажной рудной массы мелких фракций. Зависания руды в рудоспусках чаще всего образуются непосредственно в стволе, приемном бункере или выпускном устройстве. К основным причинам зависаний относятся: смерзание руды, динамическое переуплотнение, заклинивание крупных кусков. В зависимости от места и причины образования зависания они ликвидируются путем: взрывания фугасных зарядов BB; использования реактивных снарядов; механического воздействия сжатым воздухом и др. Наибольшее распространение получил взрывной метод ликвидации зависаний с помощью фугасных зарядов, вводимых в рудоспуск через выпускное отверстие или из смежных выработок. Ликвидация зависаний взрыванием фугасных зарядов небезопасна и приводит к большой загазованности и запыленности атмосферы. Для ликвидации ’’высоких” зависаний используются заряды различных конструкций. Среди них различные динамореактивные системы ДРС (гранатометы). Ликвидация зависаний из крупных кусков руды производится после запуска трех-четырех гранат (заряды массой от 2 до 12 кг). Более безопасным является применяющийся в последнее время на некоторых предприятиях безвзрывной, так называемый пневмоимпульсный способ. В основу этого способа положено использование энергии сжатого воздуха под давлением 0,5—0,8 МПа, мгновенно выпускаемого из сосуда вместимостью 0,6—0,8 через отверстие диаметром 200—250 мм. Управление работой пневмоимпульсной установки производится дистанционно. Направленный пневматический ’’взрыв” периодически разрыхляет и отбрасывает часть руды в пределах сферы действия потока, не загрязняя пылью атмосферу. Кроме перечисленных, известны также способы ликвидации зависаний с помощью мощных струй воды, направленных сверху из карьера и одновременно снизу из подземных выработок. Испытывались также импульсные водометы (гидропушка). Эти средства целесообразны для применения в летнее время года. В зимних условиях испытания проводились путем отогревания смерзшейся руды электроэнергией с прокладкой вдоль ствола двух токопроводящих шин, с использованием лучевой энергии от квантовых генераторов (лазеров) и др. Режим работы рудоспусков значительно зависит от особенностей их эксплуатации в различных горногеологических и климатических условиях. Немалое значение имеет организация загрузки рудоспусков. Устья капитальных рудоспусков для предотвращения попадания некондиционных кусков руды оборудуют колосниковыми грохотами, а в целях безопасности устраивают необходимые ограждения. Автосамосвалы большей частью разгружают руду около устья рудоспуска, а в рудоспуск руду сталкивают бульдозером. При этом автосамосвалы разгружаются со стороны наименее нарушенных пород. В суровые снежные зимы над устьями рудоспусков сооружают сборные шатры или навесы. Для перекрытия устьев рудоспусков служат металлические ляды и разгрузочные мосты. На рис. 87 показано ограждение устья рудоспуска, состоящее из металлической рамы, выполненной из швеллеров и двутавров №30 и №45, колосниковой решетки, прочных, полностью перекрывающих сечение рудоспуска двухстворчатых ляд и ограждения с двух нерабочих сторон рудоспуска. Ляды открываются с помощью двух электрических лебедок, установленных по краям рудоспуска. Устройство сплошных снегозащитных перекрытий имеет важное значение и должно быть обязательным в районах с большими снегопадами, метелями и буранами.  Размеры разгрузочных площадок принимаются не менее двух радиусов разворота автосамосвалов при тупиковой их подаче к рудоспуску и трех радиусов разворота при петлевом подъезде. В зависимости от расположения рудоспуска и мест разгрузки в него автосамосвалов подъезды устраивают с одной, двух или редко большего числа сторон. Площадка, на которой автосамосвалы маневрируют, предварительно выравнивается, планируется, укатывается или утрамбовывается. Иногда ее цементируют или обрабатывают с поверхности битумом. Для постоянной очистки площадки от просыпающейся при разгрузке руды используют бульдозер. Весьма ответственными элементами в эксплуатации рудоспусков являются выпускные устройства из рудоспусков в подземные транспортные средства (рис. 88).  Существует значительное число различных схем выпуска, отличающихся главным образом применяемыми средствами погрузки руды. На выбор схем выпуска и его конструктивных параметров влияют гранулометрический состав перепускаемого материала, влажность, угол естественного откоса, склонность к слеживанию, а также вид транспорта и заданная производительность перегрузочного узла. При расчете конструктивных параметров выпускных устройств определяют ширину и высоту выпускного отверстия, тип затвора, вид оборудования для передачи горной массы до транспортного сосуда. Наибольшее распространение получили схемы гравитационного выпуска с использованием различного типа механических затворов, отсекающих поток выпускаемого материала. Обычно при погрузке мелкокусковой руды в транспортные сосуды небольшой вместимости применяют секторные затворы, а при погрузке крупнокусковой руды и большой вместимости вагонов используют пальцевые затворы и вибраторы (рис. 89).  Параметры выпускного отверстия определяются по диаметру среднего куска крупной фракции руды. В практике размер отверстия принимают в 2,6—3 раза больше размера среднего куска руды. При этом рекомендуется принимать прямоугольную форму отверстия с соотношением его высоты ho к ширине b  Наиболее часто при эксплуатации карьерных рудоспусков применяют пальцевые затворы, изготовляемые из рельсов (карьеры производственного объединения ’’Апатит”). Управление работой пальцевых затворов осуществляют дистанционно с использованием пневмоцилиндров. Работоспособность люкового устройства значительно зависит от принятого угла наклона люка, который устанавливается экспериментально с учетом крупности, влажности, склонности руды к слеживанию, смерзанию и т. д. и, как правило, принимается равным около 45°. Для повышения интенсивности выпуска и предотвращения налипания мелкой руды на днище практикуют подогрев стенки или установку вибропитателя. Производительность таких люков достигает 0,7—1,0 млн. T в год. Использование вибропитателей на выпуске руды из рудоспуска позволяет упростить конструкцию выпускного устройства, выпускать различную по крупности горную массу с дроблением негабарита взрывами зарядов BB непосредственно на виброплощадке, сократить число зависаний в устье рудоспуска в связи с воздействием виброколебаний на столб руды. Обычно при установке вибропитателя глубина его заглубления составляет 0,5—1,2 м. Наиболее производительными и надежно работающими оказались выпускаемые в последнее время вибропитатели конструкции института Гипроникель, Для весьма крупной руды выпуск и доставку ее из рудоспуска в дробилку наиболее часто производят с помощью пластинчатых питателей. Наиболее распространены пластинчатые питатели тяжелого типа, принимающие куски крупностью до 0,6 ширины полотна. При расчете номинальной производительности питателя предполагается выход крупных кусков не более 10 % от общей массы поступающей руды. Весьма существенным недостатком пластинчатых питателей является значительная трудоемкость сооружения большой по размерам камеры и монтажа самого питателя. |
