Technologia odkrywkowej eksploatacji złóż
Definicje
Kopalnia odkrywkowa jest to zakład górniczy, w którym eksploatacja złoża polega na usunięciu nadkładu, jeżeli taki występuje a zalegającego nad kopaliną użyteczną oraz na wybieraniu odsłoniętego w ten sposób złoża w otwartym wyrobisku "odkrytym".
Wyrobisko odkrywkowe jest to przestrzeń o określonych wymiarach i przeznaczeniu powstająca w warstwach skalnych skorupy ziemskiej w wyniku prowadzenia odkrywkowej eksploatacji kopalin.
Odkrywka jest to uzbrojone wyrobisko odkrywkowe ewentualnie wraz ze związanymi z nim zwałami. Jedna lub kilka odkrywek są podstawowymi elementami kopalni odkrywkowej.
Nadkład jest to całość skał przeznaczonych do usunięcia lub też usuniętych w odkrywce, w celu umożliwienia wydobycia kopaliny użytecznej łącznie z przerostami oraz tą częścią złoża, która stanowi straty eksploatacyjne i zostanie zezwałowana. W szczególnych przypadkach Zalicza się do nadkładu również masy spągowe, które muszą zostać urobione w razie wystepowania wypiętrzenia w celu przygotowania poziomu roboczego.
Przerosty są to warstwy skalne skały płonnej lub wkładki zalegające między pokładami użytecznymi albo też wtrącone w pokład.
Zwałowanie jest to całość czynności związanych ze składowaniem nadkładu na zwałach.
Zbocze jest to układ skarp i poziomów lub półek nachylonych w jednym kierunku łączący dno wyrobiska kub zwałowiska z powierzchnią terenu lub z powierzchnią górną zwałowiska.
Skarpa odkrywkowa jest to nachylona powierzchnia powstająca podczas urabiania lub zwałowania pomiędzy dwoma poziomami. Rozróżnia się skarpy utworzone w caliźnie (np. skarpy nadkładowe) oraz skarpy gruntów nasypowych (np. skarpy zwałowe).
Nachylenie skarpy jest to kąt ostry zawarty pomiędzy płaszczyzną poziomą a stokiem skarpy; nachylenie skarpy wyrażane jest miarą kątową lub stosunkiem nachylenia.
Oznaczenia skarp
Nachylenie generalne zbocza jest to nachylenie linii prostej łączącej krawędź skarpy położonej najwyżej i dolną krawędzią skarpy leżącej najniżej; nachylenie generalne należy określić tylko dla zwartego systemu skarp.
Poziom roboczy jest to płaszczyzna pozioma lub nachylona w dopuszczalnych granicach, na której pracują lub mogą być ustawione maszyny do urabiania i zwałowania lub urządzenia transportowe.
Półki są to poziome lub lekko nachylone pasy powierzchni o stosunkowo małej szerokości; są one zakładane lub powstają w systemie skarp, powodując zmniejszenie nachylenia generalnego zbocza. Półek używa się także jako pasów ochronnych przed zsuwaniem się mas a ponadto wykorzystywane są do odprowadzania wód opadowych i dopływowych.
Stopień jest to poziom roboczy uzbrojony wraz z przyległymi do niego skarpami.
Front koparkowy (front roboczy) jest to długość powierzchni skarpy ruchomej urobionej w zalegających skałach. Kolejność frontów liczymy w zasadzie w kierunku od góry do dołu.
Kąt odcinkowy nachylenia zbocza jest to kąt zawarty pomiędzy płaszczyzną poziomą a płaszczyzną przechodzącą pomiędzy danymi krawędziamy sąsiednich skarp w zboczu.
Życie kopalni można określić jako sumę trzech okresów: czasu udostępniania, czasu wydobycia oraz czas likwidacji kopalni.
Współczynnik nadkładu jest to objętość nadkładu w górniczych robotach odkrywkowych przypadająca na 1m3 lub 1 tonę kopaliny użytecznej. Stanowi on podstawowe kryterium rentowności robót odkrywkowych.
Wartość współczynnika jako kryterium nie jest wielkością stałą nawet dla tego samego złoża. Jego wartość wzrasta wraz z postępem techniki i cenami surowców. Zależy on również od stosowania zasad racjonalnej gospodarki złożami.
Geologiczny wskaźnik nadkładu:
- wyraża się liniowym stosunkiem miąższości nadkładu do grubości złoża, wielkości pomierzonych w poszczególnych otworach (wyrobiskach) badawczych.
- opisuje go zależność:
gdzie:
H - grubość nadkładu [m],
m - grubość złoża kopaliny użytecznej.
- jeżeli kopalina zalega na kilku warstwach:
H - suma grubości nadkładu i przerostów,
m - suma grubości warstw.
- w celu scharakteryzowania całego pola górniczego używa się nazwy współczynnika nadkładu geologicznego jako średnio ważonego:
gdzie:
Hśr - średnia grubość nadkładu z wszystkich wyrobisk rozpoznawczych,
mśr - średnia grubośc kopaliny użytecznej z wszystkich wyrobisk rozpoznawczych.
jest to więc wielkość otrzymana ze średnich arytmetycznych.
Przemysłowy współczynnik nadkładu:
- odnosi się do określonych powierzchni, czyli można go obliczać dla całego złoża albo jego części (partii złoża) lub dla poszczególnych pięter (poziomów),
- wyraża on stosunek objętości nadkładu w m3 zalegającego nad przemysłowym konturem złoża lub jego częścią powiększoną o masy zawarte w układach skarp oraz eksploatacyjne straty zasobów kopaliny objętych tym konturem, do liczby ton lub m3 kopaliny pomniejszonej o jej stropowe i spągowe straty eksploatacyjne,
- można go również wyliczyć ze wzoru:
gdzie:
V - objętość skał przeznaczonych do zwałowania lub zezwałowanych (skał płonnych) [m3],
p - ilość kopaliny użytecznej, przewidzianej do wydobycia lub wydobytej.
-wskaźnik ten określa ilość m3 nadkładu jaka musi być usunięta w danej części złoża dla umożliwienia wydobycia 1 m3 lub 1 tony kopaliny.
- wyznaczenie wielkości tego wskaźnika sprowadza się do obliczenia objętości surowca zawartego w układzie skarp i objętości lub ciężaru wydobytej kopaliny ze złoża w danym polu, opisuje go zależność:
gdzie:
V - objętość nadkładu do usunięcia,
Q - zasoby kopaliny użytecznej,
n - współczynnik wykorzystania złoża.
- objętości te można obliczyć w przybliżeniu jako objętość ostrosłupa ściętego o dowolnym kształcie podstawy, co okresla znana zależność.
gdzie:
P1, P2 - powierzchnia podstaw ostrosłupa,
H - wysokość ostrosłupa.
- wzór powyższy jesty słuszny tylko przy spełnieniu warunku gdy cin>c0,
- w węglu brunatnym wartość granicznego współczynnika nadkładu waha się w dość znacznych granicach od 1:1 do 1:10,
- w kamieniu drogowym współczynnik ten musi byc znacznie mniejszy od 1,
- w kamieniu budowlanym tylko w rzadkich przypadkach osiąga on wartość 1:1.
Uwaga 1
W konkretnych warunkach określenie zmienności współczynnika nadkładu może okazać się niewystarczające dla wyznaczenia granic eksploatacji. W tych przypadkach do analizy należy wykorzystać dodatkowo mapy grubości złoża i miąższości nadkładu, np gdy w ograniczonym rejonie z grubością złoża rośnie głębokość zalegania > wymagałoby to w tych warunkach okresowego zainstalowania dodatkowych maszyn.
Uwaga 2
Wyznaczanie przemysłowego współczynnika nadkładu wiąże się z obliczeniem objętości nadkładu i zasobów kopaliny w poszczególnych, rozpatrywanych częściach złoża. Jest to czynność pracochłonna. Z tego względu wygodniej jest posługiwać się graniczną izolinią geologicznego współczynnika nadkładu. Przejście z przemysłowego wskaźnika na geologiczny, czyli liniowy wskaźnik nadkładu można dokonać za pomocą odpowiedniego współczynnika, którego wartość dla konkretnych warunków złożowych można wyznaczyć z zależności geometrycznych.
