Изыскания месторождений песка, гравия, камня разделяют натри стадии:
- рекогносцировка;
- поиск;
- разведка.
Рекогносцировкой устанавливают район поиска. Отчет по рекогносцировке содержит описание месторождения, глазомерный план или карту и служит только для планирования строительства.
При поиске устанавливают:
- ориентировочные запасы;
- ценность и пригодность материалов для строительства автомобильных дорог.
Для поисковых работ используют топографическую карту крупного масштаба, геологические и геолого-литологические карты. При поисках делают выработки легкого типа (расчистки - неглубокие канавы).
Разведку проводят по утвержденному проекту. При разведке пользуются контрольными шурфами, скважинами. При бурении скважин вырезают керны. Все шурфы и скважины записывают в журнал определенной формы, где указывают пройденные породы, мощность слоев. На плане, выполненном в масштабе 1:2000, наносят все скважины, шурфы и естественные обнажения. По их данным составляют геологические разрезы. По разрезам судят о том, как залегает ископаемое, откуда и до какой глубины следует разрабатывать месторождение.
По степени разведанности месторождений, изученности качества полезного ископаемого различают запасы трех категорий А, В, С с подразделением третьей категории на С 1 и С 2.
К категории А относят месторождения, запасы, качество и условия залегания которых полностью изучены и оконтурены буровыми скважинами или горными выработками. Такие сведения позволяют запроектировать и построить на базе разведанного месторождения предприятие соответствующей мощности.
К категории В относят месторождения, запасы которых изучены без точного отображения пространственного положения каждого пласта.
К категории С, относят месторождения, запасы которых определены на основании редкой сетки бурения, примыкающие к контурам запасов А и В. Качество и состав материала, условия разработки месторождения в этом случае изучены на основе отдельных проб и образцов.
К категории С2 относят месторождения, предварительно оцененные на основе отдельных проб и образцов.
Месторождения камня, гравия и песка, которые предполагают разрабатывать, должны удовлетворять определенным условиям:
- разведанные запасы, подлежащие разработке, должны быть не ближе 400...600 м от любых жилых зданий, дорог, газопроводов;
- полезная толща не должна содержать линз и прослоек некачественных материалов;
- предельное отношение толщи вскрыши к мощности полезного ископаемого не должно превышать 1:1 при разработке песчано-гравийных смесей и 1:1,5 - камня.
Для использования месторождения создают производственное предприятие - карьер. Карьеры бывают промышленными и строительными.
Промышленные карьеры - постоянно действующие, капитально оборудованные предприятия, часто автоматизированные. Они снабжают дорожные стройки в радиусе 1000...1500 км. Промышленные карьеры, как правило, не подчинены дорожным хозяйствам.
Строительные карьеры - предприятия временного типа.
Срок эксплуатации составляет 1...3 года. Сооружения на таких карьерах временного типа, сборно-разборные и передвижные. Строительные карьеры могут быть притрассовые и базисные. Базисные создают на мощных притрассовых месторождениях, удаленных от трассы. После окончания строительства эти карьеры часто используют для нужд эксплуатации дорог.
До разработки карьера должны быть подготовлены: горноотводные документы, разрешение на право производства горных и буровых работ, на хранение взрывчатых материалов, план горных работ с пояснительной запиской.
Технологический процесс разработки месторождения состоит из следующих работ: подготовительных, вскрышных, добычных, транспортных и погрузочно-разгрузочных.
К подготовительным работам относят: очистку площади месторождения от леса, пней, кустарника, валунов, устройство откаточной (выездной) и разрезной траншей, зачистку уступов, обеспечение отвода поверхностных вод.
Вскрышные работы ведут открытым способом, применяя различную технологию, машины и механизмы.
Важнейшим показателем эффективности открытых горных разработок является соотношение извлекаемых объемов пустой породы и полезного ископаемого. Отношение объема пустой породы к объему полезного ископаемого называют коэффициентом вскрыши
Кср = V в / V п, (7.1.1)
где Vв - объем вскрышных работ;
Vп - объем полезного ископаемого.
При разработке месторождений, расположенных в холмистой местности, снятие вскрыши производят сверху вниз. Разработку глубинных месторождений начинают с проходки въездной и разрезной траншей. Места под отвалы пустых отвалов выбирают там, где впоследствии не будут разрабатывать полезные ископаемые (овраги, пониженные места местности).
Основными процессами при разработке месторождений являются добыча породы и транспортирование ее на камнедробильные заводы. Извлечение полезного ископаемого производят слоями. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов. Каждый уступ (рис. 7.1.1) характеризуется высотной отметкой горизонта расположения на нем транспортных путей.
Рис. 7.1.1. Элементы горной выработки:
1 - верхняя и нижняя площадки; 2 - откос уступа; 3 - бровка вскрыши уступа; 4 - вскрыша; 5 - развал взорванной породы; 6 - экскаватор с прямой лопатой; a - угол откоса уступа; b - угол откоса вскрыши; Ну - высота уступа; h - высота подуступа
Поверхности, ограничивающие уступ по высоте, называют нижней и верхними площадками. Наклонную плоскость, ограничивающую уступ со стороны выработанного пространства, называют откосом уступа, а угол наклона уступа к горизонтальной плоскости - углом откоса уступа. Линии пересечения уступа с нижней и верхней площадками называют нижней и верхними бровками.
Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах производят выемку горных пород, поэтому нижнюю площадку этого уступа называют рабочей. Здесь располагают выемочно-погрузочные машины и транспортные пути, необходимые для удаления полезного ископаемого.
Подготовленную для разработки часть уступа по длине называют фронтом работ уступа, поверхность горных пород в пределах уступа или развала, являющуюся объектом выемки, - забоем. Для планомерной добычи породы и рационального использования строительных и транспортных машин месторождение разрабатывают слоями. Толщина и возможное число слоев зависят от мощности залежи и пустой породы, от параметров выемочно-погрузочного оборудования. Выемку слоев ведут последовательно сверху вниз независимо от направления напластования горных пород.
Залежи толщиной менее 2...3 м разрабатывают одним уступом. Наклоненные и крутопадающие залежи мощностью 20...40 м - в несколько уступов, причем нарезка нового уступа связана с полной выемкой полезного ископаемого на вышележащем горизонте.
Буровзрывные работы
Буровзрывные работы являются одним из труднейших процессов технологии добычи камня. Затраты на их проведение составляют 20...30 % себестоимости щебня. Поэтому особую важность при эксплуатации месторождений приобретает применение наиболее эффективных способов бурения и взрывания.
Бурение шпуров и скважин производят выше или ниже подошвы уступа. Длина недобура зависит от физико-механических свойств взрываемой породы, диаметра заряда, мощности взрывчатого вещества (ВВ) и составляет lн = (3...12) dзар (dзар - диаметр заряда). Недобур допускается в легко разрушаемых мягких породах, при наличии мягких рыхлых пород под разрушаемым твердым пластом.
Перебур - часть скважины или шпура, пробуренная ниже подошвы уступа. Перебур служит для усиления действия взрыва в нижней части скважины, обеспечивая ровный отрыв породы от подошв уступа. Величина перебура может составлять от 9 до 15 диаметров заряда в зависимости от крепости породы.
Метод шпуровых зарядов (рис. 7.1.2) применяют при небольшом объеме взрывных работ и там, где неприемлемы другие методы. При этом методе достигается хорошее дробление породы, однако он наиболее трудоемок и менее безопасен.
Рис. 7.1.2. Шпуровые зарядные устройства
Для бурения шпуров используются перфораторы (табл. 7.1.1)
Таблица 7.1.1
Техническая характеристика перфораторов
| Показатели | Марка перфоратора | |||||||
| ПР-30л | ПР-18л | ПР-10 | ПР-13 | ПР-30к | ПР-24к | ПР-35 | ПА-23 | |
| Масса перфоратора, кг | ||||||||
| Длина, мм | ||||||||
| Диаметр поршня, мм | ||||||||
| Ход поршня, мм | ||||||||
| Число ударов в минуту | ||||||||
| Расход воздуха, м /мин | 2,5 | 1,9 | 1,8 | 2,6 | 3,5 | 2,65 | 2,35 |
Производительность бурения перфораторами зависит от группы породы, типа бурильного молота, качества стали и формы головки бура, квалификации бурильщика, давления сжатого воздуха, начального диаметра шпура
П = П · К 1· К 2, (7.1.2)
где П - производительность перфоратора, принимаемая по ЕНиР;
К 1 - коэффициент, учитывающий начальный диметр шпура (табл. 7.1.2);
К 2 - коэффициент, учитывающий угол заложения шпура.
Таблица 7.12
Значения коэффициентов К 1, К 2
| Начальный диаметр шнура, мм | |||||
| Коэффициент, учитывающий начальный диаметр шнура, К 1 | 1,18 | 1,09 | 1,00 | 0,90 | 0,80 |
| Угол заложения шпура, град | более -60 | от - 35 до +60 | от - 35 до +35 | от - 35 до -60 | более 60 |
| Коэффициент, учитывающий угол заложения шнура, К 2 | 0,18 | 0,90 | 1,00 | 1,10 | 1,17...1,20 |
При использовании скважин можно одновременно взрывать несколько скважин, расположенных в один или несколько рядов. Заложение скважинных зарядов принимают вертикальным или наклонным в зависимости от высоты уступа и типа используемого бурового оборудования. Наклонные скважины (параллельные откосу уступа) рекомендуются при необходимости получения равномерного качественного дробления пород взрывом. Высоту взрываемого уступа принимают равной 10...15 м. С увеличением высоты уступа возрастает период действия взрыва на породу, что способствует более интенсивному ее дроблению. При высоте взрываемого уступа до 35 м значительно улучшается интенсивность дробления и повышаются технико-экономические показатели буровзрывных работ. Рекомендуемые диаметры скважин приведены в табл. 7.1.3
Таблица 7.1.3
Рекомендуемые диаметры скважин
| Категория породы | Степень крепости породы | Диаметр скважины, мм |
| I | Высшая степень крепости | 105...140 |
| II | Очень крепкие | 105... 160 |
| III, III а | Крепкие | 140...200 |
| IV, IVa | Довольно крепкие | 140...220 |
| V, Va | Средине | 160...280 |
| VI, VIa | Довольно мягкие | 160...300 |
Для бурения скважин применяют станки ударно-вращательного и вращательного бурения, характеристика которых приведена в табл. 7.1.4
Таблица 7.1.4
Станки для бурения скважин
| Наименование | Ударно-вращательные | Вращательные | |||||
| БМК | СБМК | БМП-115 | Урал-64 | БТС-2 | БСШ-24 | БСВ-3 | |
| Диаметр коронки долота, мм | |||||||
| Глубина бурения, м | |||||||
| Угол бурения к горизонту, град | 0...90 | 0...120 | 90...60 | 90...60 | 0...90 | 60...90 | |
| Расход воздуха, м3/мин | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 14,4 | 9,0 | 18,0 | 11,2 |
| Установленная мощность, кВт | 2,8 | 13,8 | 10,0 | 180,0 | 74,0 | 170,0 | 166,0 |
| Основные размеры, м: | |||||||
| длина | 0,6 | 3,1 | 4,0 | 7,98 | - | 7,65 | 5,65 |
| ширина | 0,4 | 1,85 | 4,07 | - | 4,29 | 3,18 | |
| высота с подъемной мачтой | 2,7 | 2,3 | 5,3 | 23,9 | - | 10,45 | 12,17 |
| Масса станка, т | 0,336 | 3,20 | 4,5 | 29,0 | 19,7 | 41,0 | 30,0 |
Рациональный способ бурения и выбор бурильного станка определяется технико-экономическими расчетами, геологическими данными разрабатываемого месторождения, назначением добываемой породы.
При скважинном методе (рис. 7.1.3) величину заряда на рыхление определяют по формуле
Q = q ·a· Wn · Ну, (7.1.3)
где q - расчетный удельный расход аммонита №6 (табл. 7.1.5), кг/м3;
а- расстояние между скважинами в ряду, равное (1... 1,2) W;
Wn - расчетная линия сопротивления по подошве уступа, принимаемая равной
или (0,5...0,8) Ну,
где dc - диаметр скважины, см;
D - насыпная плотность взрывчатого вещества (ВВ), кг/дм3;
Ну - высота уступа, м
Рис. 7.1.3. Скважные зарядные устройства
Ну - высота уступа; a - угол откоса уступа; С - расстояние от верха бровки уступа до центра скважины первого ряда зарядов; Wn - величина расчетной линии сопротивления по подошве уступа; l заб - длина забойки скважины; l з - длина заряда; Lc - длина скважины; l nep - величина перебура; b - расстояние между рядами скважины; а - расстояние между скважинами в ряду
Рассчитанная для вертикальных скважин величина расчетной линии сопротивления по подошве уступа должна удовлетворять условием безопасности
Wn ³ Ну ctq a + С, (7.1.4)
где a - угол откоса уступа, град;
С - расстояние от верхней бровки уступа до ходового оборудования бурового станка.
Расстояние между рядами скважин
b = 0,85 - Wn ·7 (7.1.5)
Объем породы взрываемой одной скважиной
V с = а - Wn - Ну (7.1.6)
Расстояние от верхней бровки уступа до центра скважины первого ряда зарядов
С = Wn - Ну · ctq a (7.1.7)
Масса скваженного заряда по вместимости
Q с = (Lc - l заб)·Р = (Lc - 20 dc)· P, (7.1.8)
где Lc - длина скважины, равная высоте уступа Ну с перебуром l nep;
l заб - длина забойки, м;
Р - вместимость скважин в дм3 на 1 п.м ее длины;
dc - диаметр скважины, см.