Вскрышные породы — это горные массы, покрывающие и окружающие полезное ископаемое, которые нужно удалить, чтобы обеспечить доступ к нему при открытой разработке месторождений. Они не представляют промышленной ценности в данном технологическом процессе, но их свойства влияют на эффективность горных работ.
Объемы вскрышных пород могут в несколько раз превышать количество полезного ископаемого, особенно при разработке угольных, железорудных, россыпных месторождений. Их удаление, перемещение, складирование требуют значительных затрат. Поэтому точное определение физико-механических характеристик важно при составлении проектов карьеров и отвалов, выборе оборудования, расчете себестоимости добычи.
Основные понятия
Плотность вскрышных пород — один из важнейших параметров. Она влияет на объемно-массовые расчеты при планировании перевозок и складирования. От нее зависит несущая способность пород, что важно для предотвращения оползней и деформаций. Чем выше ее значение, тем больше усилий требуется для разработки таблицы перемещения материала.
В зависимости от состояния и структуры материала различают следующие виды плотности:
- Истинная — масса единицы объема твердой фазы материала без учета пустот и трещин. Определяется для монолитных образцов.
- Насыпная — масса единицы объема рыхлого или раздробленного материала с учетом пустот между частицами. Важна для расчета объемов транспортировки и складирования.
- Удельная — отношение массы сырья к его объему с учетом естественной влажности и пористости.
Методы определения
Значение плотности может меняться в зависимости от нескольких факторов: литологического состава материала, его влажности, пористости, трещиноватости, степени дробления. Для определения уплотненности используют лабораторные и полевые методы.
В лабораторных условиях применяют пикнометрический метод, при котором определяется объем вытесненной жидкости. Гидростатическое взвешивание, основанное на законе Архимеда, применяют для образцов правильной геометрической формы. Метод режущего кольца заключается в заборе грунта с последующим взвешиванием и расчетом уплотненности с учетом влажности.
Среди полевых методов применяют метод песчаного конуса, которым определяют мощность рыхлых отложений в естественном залегании. При динамическом зондировании оценивают плотность по сопротивлению грунта внедрению зонда. Радиометрический способ не разрушает горную массу, он основан на поглощении материалом гамма-излучения.
Выбор метода зависит от типа руды, требуемой точности, условий проведения измерений. Для проектных расчетов в горном деле чаще всего используют комбинацию лабораторных и полевых методов.
Классификация вскрышных пород по плотности
На уплотненность вскрышных пород влияют различные факторы. В зависимости от генезиса и литологии они бывают осадочные, магматические, метаморфические. По степени литификации выделяют рыхлые, слабосцементированные и плотные породы. По минеральному составу выделяют кварц, гранит, глины, карбонаты и другие виды. К структурно-текстурным особенностям относят зернистость, слоистость, трещиноватость.
С увеличением степени выветрелости плотность пород также меняется. Свежие массы сохраняют исходные значения, у слабовыветрелых плотность ниже на 5-10%, сильновыветрелые массы отличаются показателем ниже на 15-30%. Выделяют отдельную категорию — элювий, которая обладает минимальной плотностью, близкой по значению к насыпной.
Знание типичных значений позволяет правильно оценивать объемно-массовые характеристики вскрыши, а значит, выбирать оптимальное оборудование для разработки. Это также важно для проектирования устойчивых отвалов и насыпей, расчета транспортных нагрузок. Наибольший разброс значений наблюдается среди осадочных материалов, что необходимо учитывать при проектировании горных работ.
Влияние плотности на технологические процессы
Степень уплотнения вскрышных пород влияет на технологические процессы. От нее зависят технология вскрыши, расчеты объемов транспортировки, складирования. С учетом этих данных планируют количество рейсов транспорта, производительность конвейерных систем, оценивают необходимые площади, рассчитывают устойчивость уступов карьера.
- Масса базовой машины, т 44-58
- Диаметр рабочего инструмента, мм 175
- Тип техники Экскаватор
- Масса базовой машины, т 48-53
- Ширина, мм 2100
- Тип техники Экскаватор
- Тип (механика/гидравлика) гидравлический
- Ширина рукояти, мм 430-500
Этот показатель влияет на выбор горнотранспортного оборудования. При более высоких значениях выбирают технику и оборудование с повышенным усилием копания, большей грузоподъемностью, повышенным тяговым классом. Вскрышу производят буровзрывными или безвзрывными способами. Для локального разрушения пород средней плотности применяют гидравлические молоты, а для работы с трещиноватыми и слоистыми массивами эффективны мегарипперы. Они значительно снижают себестоимость полученного сырья по сравнению с использованием буровзрывных работ.
Энергетические затраты на выемку и транспортировку также напрямую зависят от уплотненности сырья: чем оно тверже, тем сильнее растут затраты.
Разные виды вскрышных пород отличаются своими особенностями. Рыхлые характеризуются высоким пылением, низкой несущей способностью. Поэтому при работе с ними часто требуется увлажнение и послойное уплотнение, которое выполняют виброкатками и вибротрамбовками. При работе с плотными происходит быстрый износ оборудования. Решением этой проблемы является предварительное рыхление, а также использование тяжелой техники для транспортировки, усиленных ковшей для погрузки сырья.
Типичными ошибками можно назвать использование справочных значений без привязки к конкретному месторождению, игнорирование сезонных изменений влажности, степени дробления сырья.
Для оптимизации технологических процессов применяют различные меры. Учитывают плотность вскрышных пород, регулярно отбирая пробы материала (не менее 1 пробы на 50 000 м3). По мере выемки корректируют расчетные значения. Для месторождения составляют карты изоплотности. Сегрегация горных масс по уплотненности при складировании, применение разных видов транспорта для разных категорий также помогает оптимизировать выемку. Для контроля показателей в отвалах применяют георадарные методы.
Заключение
Плотность вскрышных пород — это параметр, влияющий на все этапы горных работ от проектирования до рекультивации. Разброс значений для разных материалов может быть очень существенным и влиять как на экономические аспекты добычи, так и на технологические. Например, погрешность в 0,1 т/м3 при расчетах для среднего карьера приводит к ошибке при определении массы примерно в 1 млн тонн. Это может значительно повлиять на экономические показатели.
Для исключения ошибок необходимо определение плотности включать в обязательную программу исследований, увеличивать частоту отбора проб в зонах литологических переходов. При расчетах транспортных мощностей рекомендуют закладывать резерв 10-15%.
Учет сезонных колебаний влажности даст возможность более точно спрогнозировать изменения показателей. Внедрение системы оперативного контроля состояния отвальных пород позволяет вовремя заменять оборудование при изменении параметров, оптимизировать маршруты транспортировки.
Развитие методов определения, прогнозирования плотности позволит повысить точность расчетов, оптимизировать использование оборудования, техники, снизить негативное воздействие на окружающую среду, повысить экономическую эффективность разработки массива.
Статья была полезной?
Если после данного обзора у вас все же остались вопросы, недостающую информацию вы всегда можете получить у менеджеров Группы компаний «Традиция».
Задать вопрос специалисту
Если у вас все же остались вопросы, недостающую информацию вы всегда можете получить у менеджеров Группы компаний «Традиция»
