Determinarea elementelor geometrice ale treptelor

Realizarea în cariere a unei exploatări ritmice şi în deplină siguranţă necesită atît dimensionarea, cît şi menţinerea în limite/e valorilor admisibile pe tot parcursul exploatării a elementelor geometrice ale treptelor marcate prin: înălţimea treptelor, unghiul de taluz şi lăţimea bermelor.

La dimensionarea elementelor geometrice ale treptelor trebuie să se ţină seama în principal de: structura masivului în care se formează treapta; carac -teristicile fizico-mecanice ale rocilor din treaptă; condiţiile de lucru carac terizate, în principal, prin metodele de extragere şi exploatare aplicate; parametrii funcţionali ai utilajului mecanic folosit la executarea diferitelor operaţii etc.

1. înălţimea şi înclinarea treptelor

Determinarea înălţimii treptelor în exploatarea la zi se poate face pe două căi: una teoretică, ţinîndu-se seama de proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor ce se vor extrage şi alta practică, care ia în consideraţie utilajele şi tehnologiile de lucru ce vor fi utilizate la extragere.

Calea de urmat în rezolvarea acestei probleme este aceea de a se determina înălţimea treptei după ambele criterii şi de a se accepta şi lucra pe şantier cu înălţimea minimă care va asigura stabilitatea deplină a taluzelor şi sigu ranţa funcţionării utilajelor, amplasate în fronturile şi pe bermele treptelor.

în afară de considerentul siguranţei în desfăşurarea procesului tehnologic, la stabilirea înălţimii treptelor trebuie să se mai ţină seama de următoarele condiţii de exploatare:

— omogenitatea grosimii rocilor sterile sau a substanţei minerale utile din fiecare treaptă;

— amplasarea bermelor de lucru pe formaţiuni de roci rezistente, apte pentru executarea operaţiilor din procesul tehnologic şi pentru depla sarea utilajului greu;

— o bună folosire a utilajului minier şi concordanţa parametrilor acestuia cu dimensiunile frontului de lucru (înălţimea treptelor);

— exploatarea treptei pe întreaga ei înălţime prin unul sau două fronturi de lucru, evitînd pe cît posibil extragerea selectivă.

1.1. Determinarea înălţimii treptelor în funcţie de natura şi proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor

înălţimea teoretică a treptelor sau a fronturilor de lucru din exploatarea la zi, în cazul rocilor stîncoase nealterâte şi fără deranjamente tectonice, este practic nelimitată şi poate fi calculată cu relaţia:

h=z ' [m]

(7.1)Y»

în care: ac este rezistenţa de rupere la compresiune, kgf/m 2;у,: — greutatea volumetrică a rocii, kgf/m 3.

Considerînd valorile rezistenţei de rupere la compresiune şi ale greutăţii volumetrice pentru o serie de roci magmatice, metamorfice şi chiar sedimentare

198

monolitice şi procedînd la calculul înălţimii treptelor, în baza relaţiei de mai sus se obţin valori de ordinul sutelor şi chiar miilor de metri. Taluze

verticale cu o asemenea înălţime nu pot fi întîlnite în cariere şi nici în natură. Acest fenomen se datoreşte faptului că rocile prezintă diferite defecte struc turale ca: suprafeţe de stratificaţie şi clivaj, fisuri, falii etc., după care se dezvoltă suprafeţe de alunecare.

Taluzul, prin executarea lui, reprezintă o deschidere înclinată a masivului în care este săpată tranşeea, sau sînt executate lucrările de extragere. Prin aceasta, tensiunile existente în rocă înainte de apariţia taluzului se modifică în sensul apariţiei unei componente de alunecare т. Cu cît unghiul taluzului (3 este mai mare, cu atît şi componenta т va fi mai mare (fig. 7.2).

Prin creşterea unghiului (3 peste o valoare a sa limită, devenind a, taluzul îşi pierde stabilitatea şi se surpă, căpătînd un nou contur în forma unei suprafeţe plane, curbilinii sau poligonale, numită suprafaţă de rupere.

Problema care se pune este de a se determina, în condiţiile respective, înălţimea treptei h pentru un unghi de taluz a dat.

Pentru calculul înălţimii treptelor din exploatarea la zi se cunosc o serie de procedee analitice sau grafo-analitice, care iau în consideraţie atît geome tria taluzului şi proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor din constituţia acestuia cît şi forma suprafeţei potenţiale de alunecare (v. cap. 4).

1.2. Determinarea înălţimii treptelor în funcţie de utilajul de lucruÎnălţimea treptelor în roci tari extrase prin lucrări de perforare-împuşcare şi

încărcate cu excavatoare.Utilajul de bază destinat încărcării rocilor şi a substanţei minerale utile tari

şi foarte tari, extrase prin lucrări de perforare-împuşcare, îl constituie excavatorul de tip „lopată mecanică".

Observaţiile şi constatările practice au dus la concluzia că, pentru o activitate, în deplină siguranţă, atît a utilajului de încărcat, cît şi a conducă torului acestuia, va trebui respectată relaţia:

— =6,5... 11

(7.2)Kt

în care: h este înălţimea treptei sau frontului de lucru, m;hpt — înălţimea platformei turnante a utilajului, m. înălţimea treptei la extragere directă cu excavatoare de tip „lopată mecanică"

Regulamentele în vigoare, privind lucrul în exploatarea la zi cu excava toare de tipul lopată mecanică şi literatura de specialitate [101, 176] indică drept limită pentru înălţimea treptei sau frontului de lucru, înălţimea maximă de excavare a utilajului folosit.

în cazul extragerii rocilor sedimentare moi, cu ajutorul excavatorului lopată mecanică, în partea superioară a treptei rămîn porţiuni în consolă sau „cozorocuri"

Fig. 7.2. Forte ce acţionează asupra taluzului unei trepte.

199

care se surpă destul de repede peste berma inferioară. Dacă se lucrează cu fronturi de înălţime mare, roca surpată din partea superioară a treptei poate provoca accidentarea personalului de deservire şi deteriorarea terenului de rulare, platformei turnante a excavatorului, braţului de susţinere al cupei etc. Din acest punct de vedere prezintă un pericol deosebit funcţionarea excavatorului în timpul iernii, cînd partea superioară a treptei este îngheţată.

Forma frontului de lucru descris de lopata mecanică, în cazul extragerii rocilor moi, corespunde cu traiectoria dinţilor cupei excavatorului (fig. 7.3).

Se admite ca în momentul umplerii cupei cu rocă, unghiul de taluz al frontului de lucru să fie de aproximativ 90° (a =90°) şi că suprafeţele ONLO şi DOND sînt egale.

în timpul lucrului excavatorului, roca din partea superioară a frontului de volum (Vj) se surpă după un unghi (3, şi se împrăştie pe berma inferioară a treptei sub un unghi de taluz 0, corespunzător naturii materialului afinat, ocupînd volumul V2.

între cele două volume există relaţia:

V 2 =k ■ V, (7.3)în care: к este coeficientul de afînare a rocii surpate, iar

Vx = — [m3]

(7.4)2 t g p

Fig. 7.3. Determinarea înălţimii frontului de lucru (treptei), la extragerea culopeţi mecanice.

200

Conform condiţiilor de securitate volumul (V 3) va trebui să aibă o astfel de mărime, încît excavatorul să nu fie deteriorat de bucăţile de rocă, adică lăţimea porţiunii ocupată de roca surpată să nu întreacă dimensiunea A.

în acest caz:A2 sine sin (180-3) , o,

c4

Vo =---------1----— fm 1.---------------(7.э)

2 sin [0+(18O—P;]

Făcînd o serie de înlocuiri şi transformări în formula (7.5) se obţine:

(c-b-lY tgfttgO .2(tg0-tg0)

Prin urmare:Kit ^ (c—b — iy tgptgO (7 7)

2tg|3~" 2 (tg (3 —tg 0)unde: с este raza de excavare a excavatorului în timpul lucrului; l — jumătate din lungimea şenilelor excavatorului; b — distanţa de la limita de împrăştiere a rocii surpate la partea frontală a şenilelor excavatorului.

Observaţiile practice au arătat că pentru lucrul efectiv al excavatorului, raza de acţiune trebuie să fie egală cu cel mult 0,8 din raza maximă de excavare, deci: с =0,8 Re.

Distanţa de la vracul de rocă surpată pînă la partea frontală a şenilelor trebuie să asigure amortizarea forţei de distrugere a bucăţilor de rocă care se rostogolesc din front. în consecinţă:

b =y • h

unde: у =0,2 ... 1 este coeficient de proporţionalitate care depinde de naturarocilor şi înclinarea grămezii de rocă surpată.

Pentru cazul rocilor sedimentare se acceptă: у =0,2.

înlocuind în ecuaţia (7) valorile lui с şi b şi rezolvînd-o în raport cu h, se obţine înălţimea admisibilă a frontului de lucru atît în funcţie de dimensiunile de lucru ale excavatorului cît şi de proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor.

h < - - °' 8 R '~ l ----------[m],-------(7.8)

fc (tg —tg 0)- - - -—— +0,2tg2 P tg 6

ce trebuie respectată pentru a avea o deplină siguranţă în funcţionarea uti lajului.în baza studiior de mecanica pămînturilor şi a observaţiilor sistematice,

efectuate asupra comportării în timp a taluzurilor şi fronturilor de lucru în ansamblu, în R. D. Germană s-au fixat în funcţie de înălţimea treptelor unde lucrează excavatoare cu rotor valori ale unghiurilor de taluz activ, după cum urmează:

H <10 m a, <65°Я= 10 ... 20 m a, <60°

20 m a, =55°în cazul excavatoarelor cu rotor fără braţ extensibil, pentru a preîntîmpina —

la funcţionarea acestora din aceeaşi poziţie — formarea unor „cozorocuri" în frontul de lucru, înălţimea maximă de excavare nu va trebui să depăşească

201

înălţimea de fixare a braţului deasupra nivelului de staţionare a excavato rului, adică:

hmax<h0. (7.17)

înălţimea şi înclinarea fronturilor de lucru după Normele departamentale de protecţia muncii [101] în vigoare în ţara noastră sînt redate în tabelul 7.1.

7.2.2. Lăţimea bermelor treptelor din exploatarea la zi

Din punct de vedere al lăţimii, bermele treptelor — denumite şi plat forme — se împart în:

— berme de lucru, pe care se efectuează toate operaţiile de abataj, în cărcare şi transport;

— berme de transport, care rămîn după exploatarea treptei, pentru asigurarea continuităţii transportului;

— berme de siguranţă, care asigură protecţia împotriva surpării treptelor, a căror exploatare s-a terminat şi în special împiedică rostogolirea blocurilor desprinse din treptele superioare.

Bermele de lucru

Lăţimea bermelor de lucru variază în limite mari, în funcţie de utilajul folosit şi de metoda de lucru. Adesea lăţimea acestor berme depăşeşte de 3 —4 ori înălţimea treptei.

Pentru realizarea unei extrageri corecte şi în deplină siguranţă, bermele de lucru al treptelor în exploatare, trebuie să aibă o lăţime corespunzătoare, care să permită:

— amplasarea şi deplasarea în siguranţă a utilajelor de forare, încărcare şi transport;

— împrăştierea materialului derocat, în cazul extragerii prin lucrări de forare-împuşcare;

— circulaţia muncitorilor prin spaţii sigure destinate acestui scop;— evitarea căderii bucăţilor de rocă sterilă sau substanţe minerale utile

pe taluzurile şi bermele treptelor inferioare.

13 — Exploatarea zăcămintelor

înălţimea şi înclinarea fronturilor (treptelor), te se extrag şi pro«

Front iu

Extragere mecanică

Felul rocii care manu-ală

Excavator cu cupă ElindS Excavator Я cu rotor

a° h A a° A кPămînt vegetal 40 2 45 Л = înălţimea

de lucru a utilajului

40 Л= Înăl-ţimea de lucru a utilajului

60 h=Înăl-ţimea de lucru a utilajului

Argilă moale 40 3 45 40 60Argilă tare şi marnă 45 8 75 50 70

Marnă tare 50 8 75 50 75

Nisip compact, balast, turbă 45 4 60 50 60

Cărbune compact 50 6 70 70 -

Gips 50 8 75

193

202

Dolomit 50 6 75

Calcar moale şi cretă 50 10 75

Gresie, calcar, siderită 50 10

Roci metamorfice şistoase 50 8

Roci eruptive 50 10

h — înălţimea frontului pe verticală, m; a — unghi de taluz, grade;

*) înclinarea fronturilor de lucru poate fi şi mai mare în cazul' unor masivein funcţie de natura rocilor şi minereurilor deul de extragere folosit

perior Front inferior

Extragere eu explozivi*) Extragere mecanică

Găuri de mină

Găuri de sondă verticale

Găuri desondă înclinate

Camerede minare

Elindă Draglinăsau greifer

Excavator cu cupă întoarsă

1" a° A a° Л a° ft a° ft a° A <x° A

- - 38 Л= înălţimea de lucru a

40 h= înălţimea de lucru a

40 h = înălţimea de lucru a

- - 38 utilajului 40 utilajului 40 utilajului

50 8 - 50 20 - - 45 50 50

60 10 60 20 50 25 60 40 45 50 50

45 50 50

60 10 60 20 - - - -

60 10 60 25 60 30 60 40

60 10 60 20 60 25 60 40

60 10 60 25 60 30 60 40

70 15 75 35 75 50 75 60

60 10 70 30 70 35 70 50

70 15 75 35 75 50 75 60

Tabelul 7.1

compacte nefisurate.

13'

Cele mai grave şi frecvente avarii şi accidente, în cadrul exploatărilor la zi, sînt provocate atît de aglomerarea materialelor şi utilajelor pe suprafeţe mici şi uneori în zone nepermise, precum şi datorită activităţii şi circulaţiei muncitorilor neinstruiţi în spaţii periculoase.

i oc;

203

Determinarea lăţimii bermelor treptelor formate din roci tari, ce se extrag prin lucrări de perforare-împuşcare, materialul afînat fiind încărcat cu utilaj mecanic şi transportat pe cale ferată, se poate face conform fig. 7.5, după următoarea relaţie:

B=A +M+C+C1+S [m]

(7.18)

în care: A este lăţimea frontului de lucru sau a intrîndului treptei, m;M — distanţa de împrăştiere a rocilor după împuşcare, m;С — distanţa de la limita de împrăştiere pînă la axa căii ferate de

transport, m. De obicei se acceptă:С =2 ООО mm, pentru ecartamente pînă la 1 000 mm, şi С = 2 500 —3 000 mm,

pentru ecartamente mai mari de 1 000 mm şi respectiv pentru ecartamentul normal al C.F.R. de 1 435 mm. Cx = distanţa de la axa căii ferate pînă la limita exterioară

a traverselor, în calcule dimensiunea C x se ia, de obicei, egală cu ecartamentul căii de transport;

S — reprezintă o lăţime de siguranţă egală cu lăţimea prismei de alunecare, datorită lucrului în treaptă inferioară, la un unghi de taluz mai mare decît unghiul

taluzului stabil, în cazul rocilor tari şi foarte tari a căror extragere se realizează prin lucrări de perforare-împuşcare lăţimea intrîndului sau a frontului de lucru (A)

se poate determina în funcţie de procedeul de extragere aplicat cu ajutorul relaţiilor propuse de N. V. Melnikov:

— la amplasarea găurilor de mină pe un singur rînd:

А =r,' • h [m]

— la amplasarea găurilor de mină pe două rînduri (fig. 7.6):

A =(1 +V')V • Л [m] (7.20)în care:

W -V = - =0,55 . . . 0,70 şi r>" = -l =0,75 . . . 0,85 (7.21)

Fig. 7.5. Determinarea lăţimii bermelor inferioare a treptelor formate din roci tari ce se extrag prin lucrări de perforare-împuşcare.

(7.19)

204

h w

unde: W este linia de minimă rezistenţă (anticipanta); e — distanţa dintre rindurile găurilor de mină; h — înălţimea treptei.Operînd înlocuirile respective se observă că, în cazul rocilor tari, lăţimea

maximă a frontului de lucru sau a intrîndului va fi de 0,7 h, atunci cînd găurile de mină se află amplasate pe un singur rînd, şi de 1,3 h, cînd amplasarea acestora se face pe două rînduri.

în cazul rocilor tari şi foarte tari determinarea lăţimii de împrăştiere (M) se poate face, fie în funcţie de proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor abatate şi geometria taluzului, fie în funcţie de parametrii funcţionali ai utilajului de încărcare.

E. F. Seşko recomandă următoarele relaţii (fig. 7.7) pentru determinarea lăţimii zonei de împrăştiere:

Мя = л(2/с^ -l) (fig. 7.7, a)

Mb = 2Ak - (fig. 7.7, b) (7.22)л i

Me — Ak — +4( fi§- 7-7, c) Л i 2ф

unde: A=e(n— 1)+W t.e — distanţa dintre rîndurile de găuri, m;к — coeficient de afînare a rocilor; W„ — linia de rezistenţă la vatră, m; л —

numărul rîndurilor de găuri;=(0,8—0,9)Л — înălţimea grămezii de rocă împuşcată.

Fig. 7.6. Amplasarea găurilor de mină forate pe două rînduri.

205

Cele mai utilizate, în practică, sînt relaţiile lui N. V. Melnikov, care apar sub formele:

— la amplasarea găurilor de mină pe un singur rînd:

V* Tj' s'n («■ sin a • sirla amplasarea găurilor de mină pe două rînduri:

(1 + Ч")sin(ж~°) [m]М=1,41Л ■

М=1,41Л-

sin a • sin 0

in care:

к este coeficientul de afînare a rocilor; a — unghiul taluzului de lucru; 0 — unghiul taluzului grămezii de rocă abatată.

Experimentările şi determinările practice au stabilit că valoarea unghiu lui 0 depinde de procedeul de derocare întrebuinţat şi este aproximativ egalăcu jumătate din valoarea unghiului taluzului de lucru |o = -^«j 1

La extragerea rocilor cu explozivi, cu utilizarea găurilor de sondă, îm- prăştierea pe o suprafaţă prea întinsă a materialului derocat poate fi împie dicată prin folosirea detonării cu întîrziere milisecundă, care, aşa după cum rezultă din practică deţine o serie de avantaje faţă de detonarea instantanee sau cu întîrziere mai mare, printre care şi acela că micşorează aproximativ de 1,5 ori distanţa de împrăştiere a materialului derocat.

După alt criteriu, lăţimea intrîndului de atac în masiv, A, şi a zonei de împrăştiere, M, se determină în aşa fel încît materialul afinat şi împrăş tiat să poată fi încărcat printr-un număr multiplu al cursei posibile de executat cu excavatorul întrebuinţat pentru încărcare. Condiţia se poate exprima prin relaţia:

m = ^ = 2;(7.25)

M' (1-1,5)Я,în care: Re este raza de încărcare a lopeţii mecanice la nivelul de staţionare al

acesteia.în această situaţie, conform fig. 7.8, lăţimea de împrăştiere va fi dată de

relaţia:

, şina-sin 6 tg a ■ tg 0 (jj =-------sin (a—0) tg a—tg 0

Fig. 7.7. Profiluri teoretice de împrăştiere a rocilor, după E. F. Seşko.

206

>(«-0) • sin 0

(7.23)[m]

(7.24)

M =Re +Rd +A -C [m]

(7.26)

în care: Ra este raza maximă de descărcare a lopeţii mecanice la nivelul utilajului de transport, m. Pentru lucrul productiv al excavatorului, lăţimea maximă a fiecărui front de încărcare nu va trebui să întreacă valoarea:

M' =Re(l -fsin cp)=l,5i?e [m]

unde: <p=30° reprezintă unghiul limită al rotirii excavatorului spre spaţiul exploatat.

Lăţimea de împrăştiere admisibilă, pentru a încărca materialul din două poziţii ale excavatorului, va fi:

M —2M' =3Re [m]

(7.28)

Introducînd în expresia (7.26) valoarea lui M dată de expresia (7.28), rezultă lăţimea frontului de lucru funcţie de parametrii de lucru ai excavato rului şi de distanţa de siguranţă pînă la axa căii de transport:

A =2Re+C-Rd [m].

Cunoscînd sau impunînd lăţimea de împrăştiere a materialului derocat, se poate determina înălţimea treptei de lucru cu ajutorul relaţiei lui M. N. Mel- nikov, care va apare sub forma:

207

Fig. 7.8. Determinarea lăţimii de împrăştiere, în funcţie de parametrii de lucru ai utilajului de încărcare.

(7.29)

(7.27)

h =0,7 Mtoi'O + iQ") sin (a-6)

Pentru determinarea lăţimii bermelor treptelor formate din roci de tărie mică şi medie, a căror extragere se realizează direct cu excavatoare de tip „lopată mecanică" şi sînt transportate pe cale ferată sau rutier, se utilizează tot relaţia (7.18), care, conform fig. 7.9, poate fi transformată şi pusă sub forma:

B=Re+Rd+C1+S+A [m],

(7.31)La folosirea lopeţilor mecanice, lăţimea frontului de lucru, A, variază de obicei în limitele unei raze şi a unei raze şi jumătate de excavare a utilajului (fig. 7.10, a şi b).

A=(l . . . 1,5)Д. [m],

(7.32)

în roci moi, la aplicarea metodelor de exploatare cu depozitarea directă a sterilului în spaţiul exploatat şi utilizarea excavatoarelor lopată mecanică cu parametrii de lucru mari, se admit şi lăţimi mai mici ale frontului de lucru, dar limitate la jumătatea razei de excavare (fig. 7.10, с).

[m]. (7.30)

- 1 .'V tl> :;}Ml

(7.33)

Fig. 7.9. Determinarea lăţimii bermei inferioare la extragerea treptei cu excavatoare lopată-mecanică.

Fig. 7.10. Lăţimea frontului de lucru la folosirea lopeţilor mecanice: 1, 2, 3 — axa excavatorului.

A>0,5Re [m].

Observaţiile practice au stabilit că materialul din frontul de lucru este accesibil cupei excavatorului la rotirea acestuia cu 45° spre spaţiul exploatat şi, totuşi, pentru o eficacitate maximă a încărcării, este preferabil ca acest unghi să nu depăşească 30°.

De obicei, lăţimea frontului de lucru la utilizarea lopeţii mecanice se stabileşte la maximum adică, A =1,5 Re, pentru ca deplasările utilajelor în general şi ale căilor ferate din front — la transportul feroviar sau la transportul continuu cu transportoare nestaţionare — să fie minime.

în cazul că transportul materialului se face cu mijloace auto sau se depo -zitează direct în halde interioare, lăţimea frontului de lucru poate fi mai mică.

La utilizarea draglinelor pentru excavare şi transportul materialului extras cu diferite utilaje de transport se pune problema determinării lăţimii minime a bermei superioare a treptei de lucru care, conform fig. 7.11, se poate realiza cu ajutorul relaţiei;

B=A+S+D+N [m] (7.34)

unde: A este lăţimea frontului de lucru;S — lăţimea prismei de alunecare a treptei în extragere;N — lăţimea de siguranţă lăsată sub piciorul taluzului treptei su perioare,

necesară pentru evitarea avariilor căilor şi utilajelor de transport, în cazul surpării taluzului acestei trepte;

D — lăţimea bermei necesară amenajării căilor de transport.Lăţimea frontului de lucru, în conjunctura extragerii cu ajutorul exca -

vatoarelor de tip draglină, se determină în funcţie de raza de excavare şi unghiurile de rotaţie ale maşinii, со şi со15 în poziţiile extreme fată de axa ei (fig. 7.12).

Pentru cazul general, conform fig. 7.12, lăţimea frontului va fi:A =Re(sin to+sin со^ [m].

(7.35)

Fig. 7.12. Lăţimea frontului de lucru la

folosirea draglinei.Fig. 7.11. Determinarea lăţimii bermei superioare a treptei, în cazul lucrului cu dragline.

Unghiurile de rotaţie se stabilesc după necesitate şi au valori cuprinse între 30° şi 45° pentru <o, şi în general 0° pentru co l5 deoarece rotirea maşinii spre noul taluz al treptei se face, de obicei, numai pentru îndreptarea lui.

In cazul în care se accept ă =0°, lăţimea frontului de lucru va fi:A =Re sin со [m].

(7.36)

Din experienţa dobîndită pînă acum pe plan mondial, la exploatarea la zi a zăcămintelor de lignit, s-a dovedit că cel mai indicat utilaj pentru realizarea extragerii descopertei şi a substanţei minerale utile îl constituie excavatorul cu rotor şi cupe tăietoare.

Lăţimea bermelor, în condiţiile lucrului cu excavatoare cu rotor şi cupe tăietoare, trebuie să fie suficient de mare, întrucît dimensiunile de gabarit şi greutatea acestor agregate deţin mărimi apreciabile, fapt care reclamă o stabilitate deplină a utilajului în lucru şi deci o siguranţă suplimentară a stabilităţii bermelor şi taluzurilor treptelor în extragere.

în această situaţie, lăţimea minimă a bermelor se determină, conform fig. 7.13, cu relaţia:

Fig. 7.13. Determinarea lăţimii bermelor inferioare ale treptelor din exploatarea la zi, ce se extrag cu excavatoare cu rotor.

B=A +N+D + S+A' [m]

(7.37)în care: A' reprezintă lăţimea frontului de lucru din treapta inferioară.

Celelalte notaţii au aceeaşi semnificaţie ca în relaţia (7.34) cu deosebirea că de data aceasta S se referă la treapta inferioară, iar N la treapta în lucru.

Excavatoarele cu rotor şi cupe tăietoare, datorită avantajelor pe care le prezintă se utilizează cel mai frecvent la lucrul în blocuri. Lăţimea frontului de lucru în acest caz va fi în funcţie de lungimea braţului port-rotor, de po-

sibilitatea acestuia de a se prelungi şi scurta, de valorile unghiurilor de rotire ale braţului sau ale suprastructurii maşinii în front şi de elementele geometrice ale treptei ce se excavează.

Lăţimea frontului de lucru, la folosirea excavatoarelor cu rotor de tipul constructiv — fără braţ prelungitor — care au cea mai mare răspîndire pe şantierele din lumea întreagă şi o utilizare exclusivă în carierele din ţara noastră poate fi determinată cu ajutorul unor schite dimensionale şi care conform fig. 7.14, va fi:

A =Bes sin<pj-f-i?es sin<pe— h ctga( [m]

(7.38)unde: h este înălţimea treptei;

a( — unghiul de înclinare a taluzului treptei.Întrucît unghiul limită de rotire spre interiorul masivului este de 90°, iar cel

spre exteriorul masivului este de 45—50°, lăţimea maximă teoretică a frontului de lucru va fi:

Anax=\,77Res-hctgoit [m],

(7.39)Această lăţime maximă a frontului de lucru nu este întîlnită aproape de loc în

practică, deoarece executarea excavării la limita unghiurilor de rotire indicate mai

Fig. 7.14. Schema de tăiere în bloc cu excavatorul cu rotor:A — lăţimea frontului de lucru; Ree ; Re{ — raza de excavare la tăierea părţii superioare şi respectiv inferioare a treptei; ft',<fe - unghiul de rotire a braţului portrotor spre interiorul şi

respectiv spre exteriorul masivului; ps; P, — unghiul de înclinare a braţului portrotor faţă de ori-zontală, la extragerea primului şi ultimului şpan din treaptă;

L — lungimea braţului portator.

sus, duce la lucrul neproductiv al excavatorului în poziţie limită. în poziţia <рг=90°, grosimea şpanului tăiat va fi foarte mică, iar în poziţia cp„=45° —50°, cupele rotorului în loc să încarce materialul, îl împing pe taluzul treptei.

în practica excavării fronturilor de lucru, din carierele bazinului Rovinari, cu excavatoare cu rotor de tipul constructiv fără braţ prelungitor, se lucrează cu rezultate foarte bune, recurgînd la următoarele valori maxime ale unghiurilor de rotire:

9<<70° şi <30°.

Avînd în vedere forma caracteristică de alunecare a taluzurilor treptelor executate în roci de tărie mică şi medie, se poate accepta pentru N aceeaşi valoare ca şi pentru S.

S

Fig. 7.15. Determinarea lăţimii prismei de alunecare.03

Conform fig. 7.15, lăţimea de siguranţă, S, egală cu lăţimea prismei de alunecare este dată de relaţia:

S =Л( ctgŞ — ctga) [m]

(7.40)

în care: h este înălţimea treptei inferioare; (3 — unghiul taluzului stabilit; a — unghiul taluzului de lucru. Lăţimea necesară pentru amplasarea dispozitivului de transport, D, depinde de sistemul de transport şi de felul utilajului de transport întrebuinţat şi se calculează pentru fiecare caz în parte, în funcţie de dimensiunile maxime de gabarit ale utilajului ales.

Lăţimea prismei de alunecare, S, variază în funcţie de geometria taluzului, de proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor din treaptă şi de intensitatea şi natura forţelor exterioare care solicită treapta şi care va avea, prin urmare, o gamă foarte largă de valori.

După deschiderea tuturor nivelelor sau a orizonturilor de exploatare, după acceptarea definitivă a tehnologiei de lucru şi fixarea raportului dintre categoriile de rezerve din carieră, se stabileşte precis lăţimea bermelor, care se va menţine pînă în faza de închidere a exploatării la zi. în această situaţie, în formulele de dimensionare a lăţimii bermelor, termenul S şi respectiv N (în cazul draglinelor) este înlocuit printr-un termen Lr reprezentînd lăţimea bermei care asigură rezerva pregătită pentru extragere prin treapta inferioară.

în funcţie de natura rocilor sau a substanţei minerale utile ce se exploa tează, de intensitatea extragerii şi de condiţiile locale, parametrul Lr poate să ajungă pînă la 15—20 m.

în situaţia în care nu se ia în consideraţie lăţimea frontului de lucru din treapta inferioară, în condiţii normale de stabilitate ale bermelor şi taluzurilor şi de desfăşurare a procesului tehnologic din exploatare, în carierele din ţara noastră se lucrează de obicei cu următoarele lăţimi de bermă:

— roci moi, extrase cu excavatoare lopată mecanică cu încărcare directă pe transportoare cu bandă: 10 ... 20 m;

mr

— roci moi şi tari, încărcate cu excavatoare cu acţiune discontinuă, transport auto: 20 ... 30 m;

— roci moi şi tari, încărcate cu excavatoare cu acţiune discontinuă, transport pe cale ferată: 30 ... 40 m;

— roci moi, extrase cu excavatoare cu rotor şi cupe tăietoare, transport continuu: 40 ... 60 m.

în cazul unor proprietăţi fizico-mecanice nefavorabile ale rocilor, bermele de lucru trebuie să aibă lăţimi mai mari decît cele specificate mai sus, mai ales în perioadele de primăvară şi de toamnă, în general cu ploi abundente, care au drept consecinţă o înrăutăţire destul de accentuată a proprietăţilor fizico-mecanice ale rocilor sedimentare moi şi de tărie medie, din taluzurile şi bermele treptelor.

Bermele de transport

Lăţimea bermelor de transport depinde de sistemul de transport utilizat, de numărul liniilor de transport folosite şi de spaţiile de siguranţă necesare de lăsat de o parte şi de alta a căilor de transport. Adesea lăţimea bermelor de transport variază între 3 şi 10 m.

După terminarea exploatării treptelor, bermele de transport se exploatează dacă este posibil pînă la lăţimea bermelor de siguranţă.

Bermele de siguranţă

Lăţimea acestor berme este în general de 2 . . . 4 m şi depinde de înălţimea treptei superioare de natura şi de calitatea rocilor componente. După regulile de securitate, lăţimea minimă a bermei de siguranţă (B s) se stabileşte prin relaţia:

Bf =(0,1 ...0,2) Л [m]

(7.41)

în care: h este înălţimea treptei superioare.în cazul unor trepte de înălţime mică lăţimea minimă acceptată a bermelor de

siguranţă va fi de 1 m.în carierele adinei, la fiecare 30 m pe verticală, se amenajează cîte o bermă

de siguranţă cu lăţimea de minimum 6 m.Bermele de siguranţă se obţin de regulă, prin lăsarea neterminată a extragerii

(tăierii) treptei inferioare faţă de cea superioară. Pînă la urmă, bermele de lucru şi cele de transport se reduc prin exploatare la lăţimea bermelor de siguranţă.

7.3. Deplasarea fronturilor de lucru

După săparea tranşeelor principale de deschidere şi a celor de pregătire se trece la exploatarea treptelor din carieră.

Roca sterilă sau substanţa minerală utilă din treaptă se extrage prin intrînduri, pornite la început din tranşeea de pregătire, iar apoi din intrîndurile corespunzătoare exploatate.

Deci prin realizarea lucrărilor de extragere, poziţia fronturilor de lucru şi a intrîndurilor din treaptă se schimbă. Se spune că fronturile de lucru şi intrmdurile se deplasează sau înaintează.

în principiu, deplasarea sau înaintarea în plan a intrîndurilor se poate efectua prin trei metode: metoda de deplasare în paralel, metoda de deplasare în evantai şi metoda de deplasare mixtă (fig. 7.16).

dFig. 7.16. Metode generale de înaintare a fronturilor de lucru: a — în paralel; b, с —

în evantai; d — mixtâ.

C

7.3.1. Metoda de deplasare în paralel (v. fig. 7.16, a)

Această metodă are următoarele caracteristici:— lăţimea şi lungimea intrîndurilor este constantă pe toată durata

exploatării, ceea ce asigură o producţie uniformă şi constantă;— bermele de lucru au forma dreptunghiulară, ceea ce creează condiţii

favorabile amplasării şi funcţionării utilajelor;— accesul în exploatare se poate face cel puţin prin două părţi, oferind

astfel cele mai bune posibilităţi de organizare a transportului;— punctele de racordare la liniile principale de circulaţie se modifică, la

fiecare nou intrînd, ceea ce constituie un mare dezavantaj al metodei în cazul transportului feroviar.

7.3.2. Metoda de deplasare în evantai (v. fig. 7.16, b şi c)

Această metodă prezintă următoarele caracteristici:— lăţimea şi lungimea intrîndului nu este constantă, ceea ce face ca

producţia să fie variabilă;— bermele au forma triunghiulară sau trapezoidală, ceea ce nu oferă condiţii

prielnice pentru funcţionarea utilajelor şi organizarea transportului;— accesul în exploatare este posibil numai printr-un singur punct, punctul

în jurul căruia se roteşte frontul;— racordarea liniilor de transport se face într-un singur punct ceea ce

constituie marele avantaj al metodei.Din cauza dezavantajului esenţial al acestei metode de înaintare — modi -

ficarea lăţimii şi lungimii intrîndurilor care complică organizarea şi tehnica executării lucrărilor de extragere, metoda se aplică mai rar şi îndeosebi atunci cînd se folosesc excavatoare tip „elindă".

Metoda poate fi îmbunătăţită prin scoaterea centrului de rotaţie în afara perimetrului de exploatare (v. fig. 7.16, с). Astfel se creează avantajul că ins-talaţiile se pot grupa concentrat în jurul punctului de rotire, iar lungimea liniilor de transport rămîne aproximativ constantă în tot timpul exploatării.

7.3.3. Deplasarea mixtă (v. fig. 7.16, d)

Metoda de deplasare mixtă este o combinaţie a celor două metode ante rioare, prezentînd avantajele şi dezavantajele comune acestora.

Metoda generală utilizată în exploatarea la zi este metoda cu deplasarea paralelă a intrîndurilor.

O însemnătate deosebită în exploatarea la zi o are şi orientarea frontu rilor de lucru.

La exploatarea rocilor umede de tărie mică, cu ajutorul unor tehnologii în flux continuu, se recomandă dispunerea sau orientarea fronturilor de lucru spre sud, sud-est sau est. Prin aceasta se obţine uscarea naturală a taluzu- rilor treptelor, care joacă în acest caz rolul de fronturi de lucru.

7.4. Dimensiunile şi numărul blocurilor

De cele mai multe ori intrîndurile se împart pe lungime în blocuri, care se exploatează prin mijloace independente de extragere şi încărcare (fig. 7.17)

Lungimea şi numărul blocurilor în care se împart intrîndurile şi respectiv treptele din exploatarea la zi sînt determinate de condiţiile de prezentare ale zăcămîntului, de înălţimea treptelor, de utilajul folosit la extragere şi de mijloacele de transport întrebuinţate.

Dacă substanţa minerală utilă se clasează pe sorturi, ceea ce este cazul mai ales la exploatările la zi de minereuri, blocurile se separă adesea după indicile sorturilor de minereu şi în acest caz, numărul şi respectiv lungimea blocurilor variază după numărul sortimentelor calitative ce se extrag.

Numărul blocurilor admisibile pe o treaptă, la folosirea transportului feroviar, nu depăşeşte de obicei 3, din cauza dificultăţilor care apar la mane vrarea garniturilor de vagoane pe bermele de lucru. La folosirea transportului auto, care se manevrează mult mai uşor pe bermele şi în fronturile de lucru, numărul de blocuri pe o treaptă creşte şi poate ajunge la 5—6. La folosirea transportoarelor cu bandă, numărul blocurilor este condiţionat de lungimea lor şi respectiv de lungimea treptei.

Lungimea obişnuită a unui bloc este de: 400—600 m pentru transportul pe cale ferată şi 200—300 m în cazul transportului auto.

Fig. 7.17. împărţirea treptei în intrînduri de atac şi blocuri: 1, 2, 3 — intrînduri de atac;

1, II — blocuri.

face cu transportoare cu bandă şi extragerea cu excavatoare cu acţiune con tinuă, lungimea blocului este, de obicei, egală cu lungimea treptei sau carierei.Pentru asigurarea continuităţii lucrărilor, la extragerea rocilor tari prin

lucrări cu explozivi, blocurile se împart de obicei în trei părţi (fig. 7.18): în prima parte (I ) se execută încărcarea rocii, în partea a doua ( I I ) materialul este derocat şi se găseşte în rezervă pentru a fi încărcat, iar în partea a treia ( I I I ) se forează găurile în vederea încărcării lor cu exploziv.

într-un bloc trebuie să existe o cantitate totală de material derocat, care să asigure funcţionarea excavatorului pe o durată de 3—10 zile, în decursul căreia nu se ajunge la cimentarea şi aglomerarea materialului afinat.

Independenţa activităţii în fronturile de lucru ale blocurilor vecine se obţine printr-o distanţă suficientă între blocuri şi prin concordanţa direcţiei de înaintare a frontului acestora.

V

Fig. 7.18. împărţirea blocului în părţi pentru asigurarea continuităţii lucrului.