docTTK-1
download 
Stížnost Transkript
TTK-1
SPSKS Obsah Úvod do technologie těžby............................................................................................. 4 Význam a náplň předmětu.......................................................................................... 4 Surovinová základna .................................................................................................. 4 Vztah těžby a úpravy surovin k životnímu prostředí...................................................... 6 Základní technologické postupy a metody rozpojování hornin ..................................... 7 Vrtání hornin .................................................................................................................. 9 Základní pojmy vrtání, vrtatelnost hornin .................................................................... 10 Metody vrtání ............................................................................................................... 12 Rozbor druhů vrtacích metod na mechanickém principu............................................. 14 Vrtání vrtacími soupravami.......................................................................................... 19 Vrtací práce v lomech pro výrobu kameniva ............................................................... 19 Vynášení vrtné drtě....................................................................................................... 26 Fyzikální způsoby rozpojování kamene ....................................................................... 28 Rozpojování termické............................................................................................... 28 Vysokotlaký vodní paprsek ...................................................................................... 29 Chemické procesy či fyzikálně chemické možností rozrušování hornin ..................... 29 Trhací práce .................................................................................................................. 30 Chemická výbuchová přeměna................................................................................. 30 Stálost výbušnin a citlivost k vodě ........................................................................... 31 Výskyt výbuchových zplodin ................................................................................... 32 Výbušinové sloučeniny ............................................................................................ 33 Přehled trhavin.......................................................................................................... 33 Rozněcovadla ........................................................................................................... 35 Zápalnice .................................................................................................................. 37 Bleskovice ................................................................................................................ 37 Pomůcky elektrického roznětu ..................................................................................... 38 Pomůcky pro nabíjení a ucpávání vývrtů ..................................................................... 41 Právní podmínky dobývání........................................................................................... 43 Rozsah trhacích prací ................................................................................................... 46 Trhací práce malého rozsahu – TPMR (§34, neúplné znění)................................... 46 Trhací práce velkého rozsahu – TPVR..................................................................... 46 Střelmistr .................................................................................................................. 46 Technický vedoucí odstřelů - TVO .......................................................................... 47 Chráněné ložiskové území........................................................................................ 47 Dobývací prostor ...................................................................................................... 47 Úhrady ...................................................................................................................... 48 Státní báňská správa ................................................................................................. 48 Lomové dobývání ložisek............................................................................................. 48 Lom........................................................................................................................... 49 Lomové dobývání..................................................................................................... 49 Ložiska – názvosloví ................................................................................................ 50 Přípravné práce při dobývání........................................................................................ 56 Otvírka ložiska.............................................................................................................. 58 Skrývky......................................................................................................................... 60 Charakter skrývkového tělesa................................................................................... 62 Přehledné zatřídění hornin podle vzhledu, charakteristických vlastností a podle obtížnosti rozpojování (ČSN 73 3050)................................................................................. 63 Ochrana půdní vrstvy - ornice .................................................................................. 63 Skrývkové práce ........................................................................................................... 64 SPSKS 1 Nakládání skrývkového materiálu................................................................................ 65 Způsoby práce rýpacích strojů...................................................................................... 66 Doprava skrývkových materiálů u povrchové těžby .................................................... 68 Uložení skrývkových hmot....................................................................................... 70 Projektování výsypek ............................................................................................... 72 Kapacita výsypky ..................................................................................................... 73 Stabilita výsypek ...................................................................................................... 73 Organizace provádění skrývek ................................................................................. 74 Příloha : Skrývkové práce ............................................................................................ 74 Odborná literatura......................................................................................................... 79 Prospektový materiál firem .......................................................................................... 79 Seznam obrázků Obr.1 Diagram vrtacího kladiva VK-24, dosažené výkony za různých tlaků.......................... 13 Obr.2 Vliv otáček nástroje na parametry vrtání ....................................................................... 13 Obr.3 Proces rozpojování nárazem .......................................................................................... 14 Obr.4 Charakter rotačně řezného (A) a rotačně příklepného vrtání (B)................................... 14 Obr.5 Valivá dláta pro měkké horniny..................................................................................... 15 Obr.6 Mechanismus tvorby třísky u příklepného vrtání .......................................................... 15 Obr.7 Jednobřitá korunka s kanálky v řezu a křížová korunka ............................................... 16 SPSKS Obr.8 Přehled principů rozpojování hornin vrtáním .............................................................. 17 Obr.9 Vrtací souprava pro vrtání clonových odstřelů .............................................................. 17 Obr.10 Vrtací souprava Atlas Copco pro vrtání CO ................................................................ 18 Obr. 11 Vyznačení základních funkcí vrtací soupravy s horním sáňovým kladivem.............. 19 Obr.12 Nastavení vertikálních parametrů pro vrtací soupravu ............................................... 20 Obr.13 Nastavení horizontálních parametrů pro vrtací soupravu ............................................ 21 Obr. 14 Přehled vrtacích korunek pro řadu evropských výrobců vrtacích souprav ................. 22 Obr. 15 Jednotlivé díly ve vybavení vrtací soupravy............................................................... 23 Obr. 16 Možnosti sestavy vrtacího soutyčí .............................................................................. 24 Obr. 17 Diagram efektivnosti pro sledování různých způsobů vrtacích metod ....................... 25 Obr.18 Vrtací sloupy pro těžbu kamenických bloků................................................................ 26 Obr.19 Vrtací kladivo s centrálním výplachem ....................................................................... 27 Obr.20 Vrtací kladivo s bočním výplachem............................................................................. 27 Obr.21 Ruční vrtací souprava s podpěrou a vynášení vrtné měli vodou.................................. 28 Obr.22 Propalování drážky v lomové lavici............................................................................. 29 Obr.23 Průběh výbuchového hoření (vlevo) a detonace (vpravo) ........................................... 30 Obr.24 Řez elektrickou milisekundovou rozbuškou .............................................................. 35 Obr.25a Konstrukce zápalnice ................................................................................................ 37 Obr.25b Konstrukce bleskovice .............................................................................................. 37 2 Obr. 26 Diagram pro výpočet odporu pro kondenzátorovou roznětnici RKC-1...................... 39 Obr.27 Schéma adjustace trhaviny ve vývrtu clonového odstřelu ........................................... 40 Obr.28 Elektrické rozbušky u jednotlivých vrtů v řadě do série............................................. 40 Obr.29 Různé typy el.milisekundových rozbušek s nízkou, střední a vysokou odolností vůči elektrickému proudu a kondenzátorová roznětnice. Barevné označení dvojice vodičů určuje časové zpoždění a určení pracoviště ..................................................................... 41 Obr.30 Nový systém neelektrického roznětu – používají se různé typy mžikových, milisekundových a délečasujících rozbušek s T konektorem .......................................... 41 Obr.31 Mobilní vozidlo připravuje trhavinu na lomové etáži a plní ji do vrtů pro clonový odstřel ............................................................................................................................... 42 Obr.32 Clonový odstřel ............................................................................................................ 42 Obr.33 Druhy ložisek podle polohy v horizontu, A – stěnový lom na svahu, B – polojámový lom, C – jámový lom........................................................................................................ 50 Obr.34 Jámový lom – opuka Přibylov ..................................................................................... 51 Obr.35 Druhy ložisek podle úklonu; 1 – nerost, 2 – hlušina, 3 - skrývka................................ 52 Obr.36 Skrývkové hmoty a pozice nerostu .............................................................................. 52 Obr.38 Řez etážovým lomem................................................................................................... 54 Obr.39 Schéma postupů porubních front. A – paralelní, B – vějířovitý .................................. 55 SPSKS Obr.40 Zobrazení hloubkového řezu (A) a výškového řezu (B).............................................. 56 Obr.41 Zobrazení postupu dobývání při těžbě sypkých a plastických nerostů........................ 57 Obr.42 Příčné profily hlavních zářezů ..................................................................................... 58 Obr.43 Prvky hlavního zářezu.................................................................................................. 59 Obr.44 Otvírka plochého ložiska hruškou (kolej označena šipkou) ........................................ 59 Obr.45 Grafické vyjádření předstihu skrývky a těžby ............................................................. 61 Obr.48 Harmonogram práce rýpadla při nakládání na dopravní prostředek........................... 67 Obr.49 Ukázka harmonogramu dopravy.................................................................................. 67 Obr.50 Způsoby zakládaných výsypek podle typů; A – převýšené, B – svahové. .................. 71 Obr. 51 Využití dozeru na shrnování vyklopené skrývky z planiny........................................ 71 Obr.52 Půdorys třístranného navážení skrývek auty na výsypku ............................................ 72 Obr.53 Základní parametry výsypky........................................................................................ 72 Obr.54 Schéma výpočtu kapacity výsypky; Av – roční postup, Vs – roční objem skrývek, Vv – objem výsypky, Lv – délka tělesa výsypky, hv – výška výsypky, f – koeficient nakypření skrývky. ........................................................................................................... 73 3 Úvod do technologie těžby Studijní materiál je zaměřen na popis dobývacích metod těžby surovin uskutečňovaných na tenké vrstvě zemské kůry. Pro potřeby průmyslové výroby bude studium předmětu přehledně orientováno na povrchovou hromadnou těžbu surovin, základní metody vrtání hornin a trhacích prací pro povrchové dobývání. Právní podmínky dobývání a státní organizace pro povolování a dohled nad těmito pracemi objasní pozici dobývacích organizací. Lomové dobývání má různé fáze přípravy, odlišují se při dobývání nezpevněných, plastických či pevných surovin včetně rozpojování, nakládání a technologické dopravy prováděné na povrchu. Význam a náplň předmětu Technologie těžby je nauka s cílem vysvětlit postup nebo více možností řešení při provádění vyhledávání, přípravy a postupu dobývání surovin. Surovinová základna v České republice je využívaná několik staletí, ale intenzivní těžba byla rozvinuta až v posledních stopadesáti letech. Všechny hornické činnosti v České republice podléhají přísnému dozoru Státní báňské správy. Od právních podmínek dobývání se odvíjí veškeré povolování, projekční, přípravné, dobývací i rekultivační činnosti. K základním dobývacím metodám patří uvolňování svrchních vrstev hrnutím a rýpáním. Pro materiály s vyšší pevností jsou postupy dobývání komplikovanější. Surovinu je nutné rozpojovat. Při rozpojování jsou využívány různé metody provádění vrtů. Trhací práce slouží k uvolňování a současnému zdrobňování suroviny před další úpravou. SPSKS Pro dobývání ložisek z velkých hloubek povrchovým dobýváním jsou používány speciální metody hloubení a zajišťování vrtů pro těžbu ropy a plynu. Surovinová základna Česká republika má pestré zastoupení nerostů. Jejich využívání se řídí možnostmi ložisek, tzv. kondicemi. Nerosty vymezuje Zákon č. 44/1988 Sb., o ochraně a využití nerostného bohatství (horní zákon), a ve znění mnoha navazujících pozdějších předpisů (16. znění je z roku 2007). Nerosty jsou jím rozděleny na vyhrazené a na nevyhrazené. Nerosty vyhrazené, nahromaděné v přírodě, v odpovídajícím množství a jakosti tvoří výhradní ložiska. Nerostné bohatství státu tvoří vyhrazené nerosty, dále jen výhradní ložiska a jsou ve vlastnictví České republiky. Na nevyhrazená ložiska se váže spojení s pozemkem, jsou jeho součástí. Ložiska, která jsou ložisky výhradními, zůstávají ve vlastnictví státu a jsou oddělena od pozemku. Pro vyhledávání a průzkum ložisek vyhrazených nerostů jsou organizace (i jednotlivé osoby) vázány Zákonem ČNR č. 62/1988 Sb., o geologických pracích. Organizace musí požádat Ministerstvo životního prostředí ČR o stanovení průzkumného území. U ložisek nevyhrazených nerostů stačí sjednat dohodu s vlastníkem pozemku. Zákonem č. 61/1988 Sb., o hornické činnosti, výbušninách a o státní báňské správě, ve znění pozdějších předpisů (21.znění k 30.1.2008) jsou dobývací činnosti výhradních ložisek hornickou činností. Dobývání ložisek nevyhrazených nerostů je činností prováděnou hornickým způsobem na povrchu. 4 Naše republika má dost dobře prozkoumané území, ale stav současných znalostí je neustále doplňován, aby odpovídal potřebám těžby. Stav surovinové základny ČR je průběžně sledován našimi i zahraničními experty a roční statistiky sledují těžbu i spotřebu nerostů u nás v porovnání se světem. Náš podíl těžby na světovém trhu se stále mění a odpovídá jeho měnícím se podmínkám. V období posledních deseti let došlo k přehodnocení stavu zásob. Původní klasifikaci prováděla Komise pro klasifikaci zásob ložisek nerostných surovin a další navazující komise. Dnes hodnotí a schvaluje zásoby Komise pro projekty a závěrečné zprávy MŽP (eventuálně zadavatelé geologických prací). Přehled těžených nerostných surovin v ČR udávají informace MŽP o skupině základních materiálů pro snadnější orientaci v problematice spotřeby různých těžených surovin. Energetické suroviny: uran, černé uhlí, hnědé uhlí, lignit, ropa, zemní plyn. Nerudní suroviny: grafit, pyroponosná hornina, vltavínonosná hornina, kaolin, jíly, bentonit, diatomit, živec, náhrady živců, písky sklářské, písky slévárenské, vápence a cementářské suroviny, dolomit, sádrovec. Stavební suroviny: dekorační kámen, stavební kámen, štěrkopísky, cihlářské suroviny. Statistiky z roku 2006 nabízejí údaje o stavebních surovinách, štěrkopíscích a dekoračním kameni. Ve výkazu těžených surovin k danému roku 2006 představují čísla úbytek objemu v porovnání s rokem 2002. Surovina SPSKS Jednotka 2002 2006 Dekorační kámen tis.m3 235 242 Stavební kámen tis.m3 9 654 14 093 Štěrkopísky tis.m3 8 264 9 110 V roce 2006 bylo v České republice registrováno 1 505 výhradních a 728 nevýhradních ložisek nerostných surovin. Naproti tomu skutečný počet těžených ložisek byl jen 508 výhradních a 219 nevýhradních. Na území naší republiky je zaznamenán výskyt prakticky všech druhů běžných hornin. Pokud jde o geologický vývoj, je značně pestrý, protože se zde nalézají všechny geologické útvary. Všechny nerosty, vzhledem k zájmové skupině povrchového dobývání horninami, členíme na tři základní skupiny podle vzniku: 5 nazývané Magmatické horniny: • hlubinné (granit - žula, syenit, diorit, gabro, granodiorit, gabrodiorit, peridotit aj.), • podpovrchové (žilné, žulový porfyr, porfyr, aplit…), • výlevné horniny ( trachyt, andezit, melafyr, ryolit, diabas, spilit, bazalt - čedič, znělec, tuf, ..). Sedimentární horniny: • mechanické (nezpevněné a zpevněné), • klastické (písek, štěrk, slepenec, brekcie, pískovec, arkóza, droba, sádrovec, jílové horniny), • organogenní (vápenec,křída, břidlice buližník, křemelina, fosfority, grafit, ropa a kaustobiolity), • chemické sedimenty (halit, sádrovec, aragonit, travertin a onyx). Metamorfované horniny vzniklé přeměnou již existujících hornin obou předchozích skupin mohou mít pestré složení, zajímavé textury i struktury, některé vynikají barevností oproti původním horninám: • břidlice, fylit, • rula – ortoruly a pararuly, • migmatit, eklogit, granulit, amfibolit, • mramor, rohovec, metakvarcit, skarn a řada dalších. SPSKS Po připojení České republiky k Evropské unii se sjednocují původní normy ČSN ze všech oborů pod unijním dohledem. Proto platí nová Česká technická norma „Přírodní kámen – Terminologie“ ČSN EN 12670 (duben 2003). Výčet názvů hornin je v evropské normě upraven a vysvětluje se pomocí schémat. Řada hornin má proměnlivé podíly základního minerálního složení, které mají vliv na zpřesněný petrografický popis hornin. Vztah těžby a úpravy surovin k životnímu prostředí Těžba i úprava nerostů probíhá na celém území České republiky. Podmínky povolování těžby se liší podle stupně ochrany na dané lokalitě nerostu, nejbližšího okolí i širšího pohledu na krajinu. Na chráněných územích přírody v ČR se dobývalo v roce 2 006 jen 42 výhradních a 17 nevýhradních ložisek. Zákon ČNR č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny upravuje činnost v těchto oblastech. Do zvláště chráněných území (ZCHÚ) přírody ČR jsou počítány: národní parky (NP) chráněné krajinné oblasti (CHKO) národní rezervace (NR) přírodní rezervace (PR) 6 národní přírodní památky (NPP) přírodní památky (PR). Celkem se jedná o plochu 12 487 km2, tj. 15,83 % území republiky. V roce 2006 bylo registrováno celkem 2 217 CHKO z toho 4 národní parky a 25 chráněných krajinných oblastí. Oblast Českého krasu je nejvíce zatížená těžbou výhradních ložisek. Další oblasti v pořadí zatíženosti těžbou jsou Litovelské Pomoraví, Blanský les, Moravský kras, Třeboňsko a České středohoří, mají méně než polovinu zátěže Českého krasu vyjádřenou v t/km2 za rok. Zákon zakazuje těžbu v národních parcích, přesto je možnost vytěžovat stavební kámen a písky pro potřebu staveb na jejich území. V ostatních chráněných oblastech těžbu zákon přímo nezakazuje, ale získat povolení těžby je dost komplikované. K hlavním důvodům omezení patří stavy místa před těžbou a po těžbě. Dochází k nevratným poškozením půdního povrchu. Rozsáhlejší změny reliéfu krajiny jsou rovněž nenapravitelné. Svoji roli hraje občanská aktivita, protože na těžbu navazuje úprava a transport vytěžených surovin. Hluk, prach, otřesy, vyšší dopravní zatížení a poškozování dopravních cest v okolí těžených lokalit jsou hlavní důvody zvýšené občanské aktivity. Poznámka: Automobilová doprava ve statistice z roku 2002 vykazuje průměrné hodnoty za EU 26,5 kg oxidu dusíku na obyvatele. Německo vykázalo pouhých 20 kg oxidu dusíku. Česká republika dosáhla 32,5 kg oxidu dusíku na obyvatele. (Zdroj Ročenka HN 2003/225). SPSKS Pro povolování těžby jsou směrodatné i další vyhlášky. Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 175/2006 Sb., podle které se provádějí některá ustanovení zákona č. 114/1992 Sb., na povolení průzkumu a těžby je zásadní vliv zákona č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivu na životní prostředí. Horní zákon ukládá těžebním organizacím povinnost zajistit rekultivaci území dotčené těžbou a vytvářet pro tuto činnost finanční rezervy. Základní technologické postupy a metody rozpojování hornin Pojem rozpojování ze širšího pohledu posuzuje stupeň rozpojování do pěti tříd. Každá třída vyhovuje omezenému množství horninového materiálu a technika, která se uplatní při rozpojování, je v praktickém použití omezená. Pět tříd nabízí jednoduché popisy, nejsou ovšem dost adresné: a) horniny velmi dobře rozpojitelné b) horniny dobře rozpojitelné c) horniny středně rozpojitelné d) horniny obtížně rozpojitelné e) horniny velmi obtížně rozpojitelné 7 Zatřídění hornin podle ČSN 73 3050 nabízí podrobnější členění. Do jednotlivých skupin zatřídí materiály s různým stupněm konzistence a soudržnosti: 1.třída a) rypné soudržné b) neulehlé nesoudržné (hlína, písek, štěrkovitý písek) 2.třída a) lehce rozpojitelné soudržné b) nesoudržné, středně ulehlé, (písčitý štěrk, střední štěrk, stavební odpad) 3.třída a) středně rozpojitelné soudržné b) nesoudržné ulehlé (písčitý štěrk, hrubý štěrk, rozložené skalní horniny, uhlí 4.třída a) těžce rozpojitelné soudržné b) silně rozpukané a zvětralé c) kašovité konzistence (hrubý štěrk s malým množstvím kamenů, zvětralé horniny) 5.třída SPSKS a) snadno trhatelné b) silně rozpukané a zvětralé c) nesoudržné s kameny (hrubý štěrk s neomezeným množstvím kamenů, opuka, jílovitá a písčitá břidlice, zmrzlá zemina) 6.třída a) nesnadno trhatelné (horniny z 5.třídy, avšak v mohutných lavicích) 7.třída a) velmi nesnadno trhatelné (křemenec, rohovec, žilný křemen, žula, čedič, rula, rudy) Těžební metody pro rozpojování hornin jsou podle způsobu rozpojování: a) těžební metody se strojním dobýváním dozerem, skrejprem, rýpadlem, lopatovým nakladačem b) těžební metody rozpojování s použitím trhavin c) rozpojování impaktorem d) hydraulicky – hydromonitory, sací bagry e) kombinované – rýpání nebo rozrývání s nátřasnými odstřely f) výlom bloků pro kamenickou výrobu metodou odvrtávání, vyřezávání propalování, tedy postupy zajišťující celistvost vytěžené suroviny. 8 Vrtání hornin Vrtání je jedním ze způsobů jak vniknout do nerostu. Vrtání provádíme vrtačkou, vrtacím strojem nebo vrtací soupravou. Těmito stroji je v nerostu - hornině - vytvořen kruhový vrt nebo řady vrtů, které umožní hmotu masivu rozlomit na požadované rozměry usměrněným tlakem nebo rozpojit masiv na drobné části pomocí trhavin. Geologický průzkum zajišťuje informace z různých vrtů. Provozně průzkumné vrty pomohou doplnit informace o ložisku i v průběhu těžby. Vrty pro dobývání nerostů členíme do tří skupin: 1 Vrty průzkumné a) vrtáním na jádro (získáme hmotné vzorky ze zkoumaného území speciální vrtací technikou) b) vrty pro geofyzikální měření 2 Vrty v lomech a) vrty pro trhací práce – hlavní činnost pro hromadnou těžbu pevných hornin. b) vrty k vyhledávání dutin c) vrty pro geologickou dorozvědku d) vrty odvodňovací SPSKS e) vrty pozorovací 3 Pro hlubinnou těžbu a) vrty pro trhací práce b) vrty zavlažovací c) vrty degazační d) vrty odvodňovací e) vrty ke snížení nebezpečí horských otřesů Na povrchových lomech jsou vrty uplatněny pro geologickou dorozvědku. Na velkolomech při těžbě uhlí zjišťujeme dutiny z historické hlubinné těžby. Podobná situace je na vápencových lomech s výskytem skrytých krasových útvarů. Odvodňovací vrty jsou nutné při nebezpečí průvalu vod. Odvodňujeme stará důlní díla, zvodnělé horizonty a detrity. Odvodňujeme lomy na povrchu k udržení hladiny povrchových vod na počvě nebo pod úrovní těžby. Při ražení štol u hlubinné těžby jsou soustředěny prostředky na vyražení chodeb pro bezpečné dopravní cesty. Na povrchu jsou další inženýrské stavby připravované vrtáním, ražením tunelů, vrtáním základových sond pro novostavby a vrtáním studní. Každý druh vrtacích prací má speciální postupy práce i vyzkoušené průměry vrtů. Od maloprůměrových vrtáků s korunkami průměrů 22 mm, 32-45 mm, středních velikostí s průměry 55-140 mm až po velkoprůměrové vrty např. od 190 do 1500 mm pro speciální účely. 9 Základní pojmy vrtání, vrtatelnost hornin Horniny, které budeme vrtat, jsou složené z relativně malého množství minerálů, z tzv. hlavních minerálů. V té části tenké vrstvy pevné zemské kůry jsou zastoupeny silikátové minerály (křemen, živce, pyroxeny, amfiboly, slídy, granáty s foidy a mnoha dalšími) a menší společenství karbonátových minerálů. Představují pestrý společný základ pro magmatické i metamorfované horniny. Jednoduché horniny, např. vápenec, dolomit, křemenec, pískovec jsou tvořené převážně jedním hlavním minerálem,. Složené horniny jsou směsí různých minerálů. Pak označujeme přítomnost hlavních a vedlejších minerálů, které specifikují horninu a ovlivňují některé vlastnosti hornin, např. vrtatelnost. Zajímavá je přítomnost akcesorií, tj. zcela zanedbatelného množství některého minerálu, které naopak neovlivňují proces vrtání. Struktura hornin – slohu je okem pozorovatelná na povrchu horniny. Struktury jsou hrubozrnné, středně zrnité, jemnozrnné až celistvé. Horniny s vysokými hodnotami pevnosti v tlaku, houževnaté, odolnější proti opotřebení, jsou obtížněji vrtatelné, oproti jiným méně pevným horninám. Textura horniny – stavba ovlivní rychlost vrtání, tzv. vrtatelnost. V hornině, i při stejném minerálním složení, je stavba horniny výrazně ovlivněna místem vzniku. Místo vzniku počítáme podle utuhnutí horniny, stabilizace sedimentu nebo ukončení metamorfózy. Rozdílnosti jsou ve struktuře i v textuře. Jsou odlišné u hlubinného tělesa, v mohutných nepravých žilách, v malých tělesech pod povrchem nebo ve výronu magmatu. SPSKS Všesměrná textura dává záruku vysoké kvality suroviny. Tělesa značných rozměrů mají také rovnoměrnou strukturu, nemění se fyzikálně mechanické vlastnosti horniny. Proudová textura ovlivní opracovatelnost, protože vnitřní struktury jsou uspořádány proudem chladnoucích hmot. Ovlivní hodnoty pevnosti v tlaku i v tahu za ohybu, trvanlivost, štípatelnost, ale hlavně vrtatelnost horniny. Při následném rozpojování horniny trhavinami je v projektu zohledněna orientace textury. Vrtatelnost horniny je hodnotou, která vyjadřuje obtížnost vrtání konkrétní horniny. Je souhrnem fyzikálně mechanických vlastností hornin, které ovlivňují základním způsobem rychlost vrtání. Snahu vyjádřit pomocí nejrůznějších hodnot vrtatelnost pro konkrétní materiály nemůžeme definitivně uzavřít. 10 SPSKS Tabulka pro hodnocení vrtatelnosti dle Protoďjakonova. 11 Faktory ovlivňující vrtatelnost jsou: • geologické – pevnosti v tlaku, tahu, smyku, soudržnost, vlastnosti přítomných minerálů, smočitelnost • technické vlastnosti nástroje – typ nástroje, geometrie, materiál, způsob opracování materiálu • technologický režim – otáčky, přítlak • současné vnější podmínky – teplota, napěťový stav masivu, chemismus (horniny, vody, plynů). Některé hodnoty jsou neměnné, dále jsou převážně neovlivnitelné a jen u některého jsou možnosti regulovat nebo dokonce volit jiný postup. Pro objektivní klasifikaci vrtatelnosti se dá spoléhat na vrtací zkoušky. Používal se základní typ pneumatického vrtacího kladiva VK-21-3, pro srovnání výsledků bylo použito průměru z nejméně pěti vrtů s jednobřitou korunkou o průměru 36 mm a tlaku vzduchu 0,5 MPa. Nejstarší užívaná klasifikace je od Protodˇjakonova M.M st. (1908) a po úpravě od Protodˇjakonova mladšího. Tuto souhrnnou charakteristiku obtížnosti vrtání rozdělenou do deseti tříd vyjadřuje součinitelem pevnosti fp. Tento součinitel poměřuje vztah velikosti práce pro rozpojení k pevnostem horniny v tlaku a v tahu a k dalším mechanickým vlastnostem. Rozdílnosti v hodnocení vrtatelnosti podle rychlosti vrtání a podle součinitele pevnosti fp je uvedeno v předchozí tabulce 1. SPSKS Množství práce, kterou chceme zjistit při vrtání, se může přirovnat odpovídající přeměně nově vzniklých povrchů uvolněných zrn. Podle Rittingera definovaný energetický zákon pro rozpojování předpokládá, že energie potřebná k rozpojení je úměrná povrchu nově vzniklých zrn. U hornin s vyšší pevností v tlaku nad 200 MPa jsou rozdíly vypočtených výkonů výrazně odlišné. Vrtáním vytváříme kruhové díry, při použití mechanismů jsou přibližně válcového tvaru a přímé. Pokud dochází k vrtání, které směřuje v těžišti souběžně s gravitační silou, je tato přímost dodržena. Výjimka v přímosti nastane při zvýšeném přítlaku na vrták a odchylování vrtu do bočních měkčích poloh. Metody vrtání Metody vrtání využívají mechanický nebo fyzikální princip. První skupina pro mechanické metody využívá nárazu, řezání a vybrušování horniny. Mechanické postupy byly v praxi využité jednotlivě i v kombinacích. Druhou skupinou vrtacích metod jsou fyzikální metody. Patří k nim využití tepla, vodního paprsku a aplikace laseru. I zde jde stále o vytvoření vrtu do horniny. Právě aplikace fyzikálního procesu je již dobře využita na vyřezávání drážek v horninách pomocí vysokotlakého vodního paprsku. Pro lomové dobývání pevných hornin, hornin málo zpevněných, pro vytváření přístupů k ložiskům a vytváření lomových komunikací je nezbytné vrtacími pracemi připravit dobré podmínky pro trhací práce. Tomu musí odpovídat zvolené průměry vrtů, potřebné hloubky vrtů i odpovídající schémata vrtů pro plošné trhací práce. 12 Rozhodující vliv mají mechanické principy vrtání. U nich bereme v úvahu podmínky daného provozu: 1 surovina se všemi způsoby hodnocení vyhovuje (struktura, textura, pevnost v tlaku a tahu, pevnost ve smyku, pružnost a plastičnost…). 2 výběr vrtného nástroje (průměr, typ, počet břitů, úhel břitů, řezný úhel…). 3 technologie vrtání (počet otáček, přítlačná síla, způsoby chlazení nástroje, vynášení vrtné drtě, polohy vrtání, úklon vrtu…). SPSKS Obr.1 Diagram vrtacího kladiva VK-24, dosažené výkony za různých tlaků Obr.2 Vliv otáček nástroje na parametry vrtání Křivky 1 až 3 zobrazují závislost tloušťky třísky s na otáčkách n. Křivky 1´až 3´zobrazují závislost čisté rychlosti vrtání vn na otáčkách n. 13 Rozbor druhů vrtacích metod na mechanickém principu 1 Nárazové vrtání využívá k rozrušování horniny údery dláta o veliké hmotnosti. Dláto se spouští z výložníku lanem a opakovaně se zvedá do doby vytvoření dostatečného množství kalu. Do vrtu je přidána voda, která postupně zahoustne kalem. Dláto se musí občas vyzvednou z vrtu a speciální nádobou „kalovkou“, se drť s kalem odstraní. Výkony vrtání jsou velmi malé. Metoda se využívala na velmi tvrdých a křehkých horninách, např. na bazaltech. Obr.3 Proces rozpojování nárazem SPSKS 2 Rotačně řezné vrtání – vrták má břity, které vnikají do horniny. Tvar břitů a úhly řezných hran jsou nastaveny k odřezávání třísky. Její tloušťka odpovídá druhu dobývané horniny, obvykle menší pevnosti. Přítlak na nástroj je volen podle průměru korunky a druhu horniny. A B Obr.4 Charakter rotačně řezného (A) a rotačně příklepného vrtání (B) 14 3 Valivé vrtání – nástrojem je valivé dláto, které se otáčí ve vrtu. Valivé dláto má několik ozubených kotoučů kuželového tvaru. Aktivní části valivého dláta má nasazené roubíky kulovitého tvaru nebo hroty a výstupky ze slinutých karbidů. Valivá dláta mají větší průměry. Využívají se na vrtání větších profilů na měkkých až středně tvrdých horninách. Obr.5 Valivá dláta pro měkké horniny SPSKS 4 Příklepné vrtání – vrták po každém příklepu pístu na hlavu vrtáku vytvoří vrub do horniny. Kinetická energie způsobí odskočení vrtáku ode dna a současným pootočením při tomto zpětném odskoku je vrták připraven dopadnout na jiné místo. Postupným rozrušování dna vruby vrtáku je dosaženo velké rychlosti vrtání. Obr.6 Mechanismus tvorby třísky u příklepného vrtání Obrázek ukazuje zóny rozrušení horniny po nárazu břitu, vznik primárních a sekundárních trhlin. Tato metoda má dvojí řešení. Může pracovat s vrtacím kladivem vnějším nebo ponorným vrtacím kladivem. U příklepného vrtacího kladiva vnějšího je těžké sáňové kladivo stále na povrchu. Po každém prohlubování vrtů je nastavením dalšího dílu soutyčí energie příklepu tlumena. 15 Pro příklepné kladivo ponorné je na dno soutyčí namontováno ponorné kladivo. Má shodný průměr s vrtacími tyčemi a vrtací korunkou. Předávaná energie z kladiva na vrtací korunku vykazuje jen malé ztráty tlaku i rázové energie. Obr.7 Jednobřitá korunka s kanálky v řezu a křížová korunka SPSKS Rotačně příklepné vrtání – je kombinací vrtání příklepného a rotačně řezného. Nástroj se otáčí, na vrtací korunku účinně působí příklep. Řezné hrany vrtáku jsou stálým přítlakem schopny odřezávat třísku horniny. Příklepy vyšší frekvence nahrazují přítlak, současně se prohlubuje hloubka třísky a to vše v kontinuálním procesu vrtání zajistí vyšší výkon vrtání. Ve srovnání s rotačně řezným vrtáním je na vrták přítlak nižší, ale je vyšší než u vrtání příklepného. Otáčky nástroje jsou rovněž trochu nižší, kroutící moment je v úrovni potřebné pro rotačně řezné vrtání. Vrtání probíhá kontinuálně. Dráha hrany břitu po každém příklepu mění počáteční hodnoty o vytvořený vrub s přechodem do šroubovicové plochy. 16 Obr.8 Přehled principů rozpojování hornin vrtáním SPSKS Obr.9 Vrtací souprava pro vrtání clonových odstřelů Vrtací práce v lomových provozech provozujeme: 1) vrtacími soupravami 2) vrtacími sloupy nebo vrtacími agregáty 3) ručními vrtacími kladivy Vrtací soupravy jsou vrtací stroje umístěné na podvozku. Mají kolový nebo housenicový podvozek. Všechny pracovní úkony jsou značně zmechanizované. 17 Podle způsobu práce vrtací jednotky jsou používány převážně vrtací soupravy příklepné. Pracují buď s vnějším nebo ponorným kladivem. Průměry vrtacích korunek jsou v rozsahu 80 – 160 mm. Plně mechanizovaný zásobník pro 8 vrtacích tyčí Odlučovač prachu a další zařízení Ocelový bezp.rám brání vypadnutí vrt.tyčí SPSKS 24V baterie Hydraulické motory pojezdu Pásový řetěz s prodlouženou životností Sací hubice řízená z kabiny, snadná kontrola vynášení prachu Hydraulické ovladače pro bezpečnou obsluhu i kontrolu Obr.10 Vrtací souprava Atlas Copco pro vrtání CO Soupravy používáme pro přípravu hromadných odstřelů. Běžné hloubky vrtání jsou určovány projekty trhacích prací. Běžně se v dobývání používají clonové odstřely (CO), pro které musíme provádět řady vrtů o hloubkách od 15 do 25 m. Soupravy mohou vrtat i do větších hloubek. S rostoucí hloubkou se výkon vrtání snižuje. Rostou problémy s vynášením vrtné drti k ústí vrtu. Drť se navíc dále zmenšuje (druhotné zmenšování). Při vrtání se na vrtáku otupují hrany. Jejich pravidelná kontrola před začátkem vrtání a po určitých ověřených intervalech je nezbytná. Míra přípustného otupení má vycházet na celé násobky vrtu. Ztrátám zamezíme při včasné výměně vrtacích korunek. Během vrtání do vrtu je postupně prodlužováno soutyčí o standartní délky dílců náhradních soutyčí. 18 Vrtání vrtacími soupravami Pracovní využití horního kladiva (TH – Top Hammer): sáňového • používají se tyče menšího průměru • kladivo přiklepává shora na soutyčí • s rostoucí vzdáleností klesá účinnost příklepu • směrová odchylka je přijatelná i při hloubce přes 25 m • odchýlení vrtu způsobí neúměrný přítlak soupravy na vrtací korunku a soutyčí. Pracovní využití ponorného (DTH – Down The Hole): kladiva • dosahuje se větší hloubky vrtu • kladivo přiklepává u čelby vrtu, má tedy stálou účinnost vrtání SPSKS • dosahujeme vrtání konstantní rychlost • používá vrtací tyče většího průměru • s rostoucím průměrem soutyčí roste jejich tuhost • snižuje se odchylka vrtu z přímého směru • lépe je vynášena vrtná drť • snižuje se riziko uvíznutí nářadí ve vrtu • relativně nízká produktivita vrtání • vysoká měrná spotřeba paliva Obr. 11 Vyznačení základních funkcí vrtací soupravy s horním sáňovým kladivem Vrtací práce v lomech pro výrobu kameniva Vrtání hornin zahrnuje kolem 10 % celkových nákladů na těžbu surovin. Dalším nákladem jsou trhací práce, které představí rovněž 10 % nákladů. Nakládání, přeprava do úpravny jsou v rozsahu 30 %, na zpracování drceného kameniva zbývá kolem 50 %. Ačkoliv 19 trhací práce nejsou objemem převažujícím, bude každá chyba při vrtání zvyšovat náklady výroby. SPSKS Obr.12 Nastavení vertikálních parametrů pro vrtací soupravu Chyby při vrtání vznikají: 1) Když na etáži je šikmá plošina, když vrtáme nestejné délky vrtů (výška etáže se výrazně mění). Předchozí vrty neměly stejnou hloubku, protože se nedodržovala projektovaná výška. Výsledkem špatného vrtání jsou nerovnoměrné etáže, nestejné výšky. 2) Když je nedostatečně ukotvená vrtací souprava v ústí vrtu nelze zaručit předepsaný sklon vrtů. 3) Když je nevhodně zavrtán vrt bez ohledu na směr a úklon vrstev horniny. 4) Když korunka kopíruje přirozené odlučné plochy v hornině. 20 5) Když není dodržen předepsaný průměr vrtací korunky. S rostoucím průměrem se zvyšuje přesnost vrtání. Odhaduje se odklon vývrtu při vysoké etáži nad 15 m o 5°až 7° (při výšce 15 m to činí 1,3 . 1,8 m). SPSKS Obr.13 Nastavení horizontálních parametrů pro vrtací soupravu Dobré postupy vrtání ovlivní náklady těžby. Zkušenosti shrneme do několika bodů: 1) Přesné vrtání souvisí se správnou volbou záběru a ovlivní měrnou spotřebu trhavin. 2) Správné rozmístění vývrtů ovlivní fragmentaci rozvalu. 3) Dojde ke zvýšení produktivity primárního drcení. 4) Sníží se opotřebení nakládacích a přepravních prostředků. 5) Omezí se seismický účinek tzv. utopených náloží. 21 SPSKS Obr. 14 Přehled vrtacích korunek pro řadu evropských výrobců vrtacích souprav 22 SPSKS Obr. 15 Jednotlivé díly ve vybavení vrtací soupravy 23 SPSKS Obr. 16 Možnosti sestavy vrtacího soutyčí 24 SPSKS Obr. 17 Diagram efektivnosti pro sledování různých způsobů vrtacích metod Vrtací sloupy nesou podle typu konstrukce lehká, středně těžká až těžká vrtací kladiva. Jednoduchý rám slouží pro stabilizací ležení stroje a je zakotven na horninovém masivu v horizontální poloze. Lafeta nese posuvový motor s řetězem a saně s vrtacím kladivem. Existují vrtací sloupy pro dva i více vrtacích kladiv na jednom rámu. Vrtací sloupy se používají pro rychlé a přesné vedení vývrtů v požadovaném sklonu. Přednostně jsou využívané v lomech pro těžbu celistvých bloků k dalšímu kamenickému zpracování. Vrtací korunky jsou malých průměrů o rozměrech 32 – 45 mm. Průměry používaných korunek jsou závislé na zvoleném způsobu rozpojování navrtaného masivu. Hloubka vrtů je běžně do 3 m, max. do 6 m. Pro těžbu bloků užíváme pro trhací práce černý trhací prach. Dále rozpojujeme hydroklíny nebo Cevamitem. 25 Obr.18 Vrtací sloupy pro těžbu kamenických bloků Ruční vrtací kladiva jsou na povrchu dosud používána pro zakládání vývrtů při těžbě bloků a uvolňování málo přístupných partií v lomech sekundárními trhacími pracemi. V podzemí jsou vrtány díry pro ražení štol při přípravě komorových odstřelů a ražení štol malých profilů. Jde o fyzicky velice náročné vrtací práce. Vrtací kladiva se podporují pneumatickými podpěrami. SPSKS Vrtací korunky pro ruční vrtací kladiva mají průměry od 22 do 42 mm. Tato lehká ruční pneumatická kladiva jsou použitelná i pro přípravu dělení suroviny pro hrubou kamenickou výrobu navrtáváním a rozlomem pomocí pérových klínů nebo hydraulických klínů. Hloubka odvrtávaných bloků je prováděna do 2 m, výjimečně do 3 m. Vynášení vrtné drtě Vrtáním rozrušená hornina podle charakteristické struktury uvolňuje zrna různé velikosti. Zrna nepotřebujeme opakovaně zmenšovat a rozmělňovat. Prodlužování pohybu přiklepávaného nástroje, případně zmenšování zabírané třísky je nežádoucí. Zvyšuje se podíl spotřebované energie na jednotku vývrtu. Objem vrtné moučky na dně vývrtu by se zvětšoval. Způsoby vynášení drti: a) volným pádem b) šnekovým vrtákem c) výplachem kapalinou d) odsáváním e) výfukem vzduchem f) výfukem vzduchem g) výplachem vodní mlhovinou 26 Vynášení prachu volným pádem se uplatní jen při dovrchních vývrtech. S ohledem na zdraví je vrtání v úklonech nad +60° a s volně padající prachem zdraví škodlivé. Používalo se při vrtání kladivem s pneumatickou podpěrou nebo mobilní vrtací soupravou pro ražení. Obr.19 Vrtací kladivo s centrálním výplachem Vynášení drti šnekovým vrtákem bylo vhodné u rotačního vrtání ručními nebo stojanovými vrtačkami. Uplatnilo pro vrtání velmi měkkých materiálů. Obr.20 Vrtací kladivo s bočním výplachem Používání výplachu kapalinou představuje způsob, který je velmi hygienický. Způsob přivádění kapaliny je snadný, voda protéká kanálkem ve vrtné tyči až na dno k vrtací korunce. U korunek byly boční kanálky pro protékání vody nebo vzduch. Pro hlubší vrty jsou soutyčí vybavena podobně. Voda se snadno dostane až na dno. Vrták i kámen je omýván a po obvodu vývrtu vodní sloupec vynáší vrtnou měl i hrubší zrna. Pro vrtací kladiva bylo upraveno přivádění vody dvěma způsoby: SPSKS a) Centrální výplach vodou je efektivní a bezporuchový. Mimo přivádění vody byl úspěšný také systém vzduchovodní výplach. Přes dvě koncentricky uložené trubičky se samostatně přiváděl vzduch i voda. Oproti centrálnímu výplachu se tlak výplachové vody musel udržovat nižší než tlak vzduchu. Pro dovrchní vrty byl lepší boční výplach. b) Boční nebo spodní výplach, kde je voda přiváděná výplachovou hlavou. Objímka s těsnícími vložkami a mezikružím, zeslabuje konstrukci. Připojení objímky bylo zdrojem poruch a výměna tyčí byla komplikovanější. Drť s prachem odsáváme od kladiv přímo nebo nepřímo. Přímé odsávání je centrální, vyžaduje větší průměry vnitřního kanálku v tyčích. Přes kladivo je vedena odsávací trubička. Při použití metody nepřímého odsávání se zakrývá ústí vrtu krytkou (zátkou, čapkou). Od ústí se musí dále všechen prach odsávat. Pro malá kladiva s manuální obsluhou není odsávání používáno. Je vhodná pro dobře vybavené vrtací soupravy s filtrací, kde je prach odsáván již od ústí vrtu. Výplach vodní mlhovinou je vhodný pro vrtací soupravy pracující s ponorným kladivem. Stlačený vzduch v soutyčí je doplněn malým množstvím vody (0,15 až 0,3 % objemu vzduchu). Mlhovina odchází výfukem z kladiva. Řídké bláto zanáší okolí vrtání a sedimentuje. Lepší výsledky byly v cizině dosaženy používáním pěnotvorného smáčedla. Vynášený zvlhčený prach na povrchu pění, tvoří s prachem shluky. 27 1 centrální odsávání 2 vrtací podpěra 3 přívod vzduchu do kladiva 4 odsávací hadice 5 filtrační skříň 6 přívod vzduchu po ejektor 7 olejovač 8 hlavní přívod vzduchu Obr.21 Ruční vrtací souprava s podpěrou a vynášení vrtné měli vodou Výfuk prachu stlačeným vzduchem je používán na individuálních vrtacích pracích malými vrtacími kladivy. Při práci v hlubině je tento postup zakázán. Na povrchu jsou doporučené postupy vynášení drti zanedbávány či přímo ignorovány. Používaná vrtací kladiva pro individuální práci jsou vybavena pro vodní výplach. Týká se to hlavně tradiční blokové těžby. Zvláštní případ vynášení se uplatnil u nárazového vrtání. Vrták byl upevněn a spouštěn na laně a do vrtu se přilévala voda. Po určitém čase bylo na dně vývrtu dostatek kalu s drtí a prachem. Vrták se vyzvedl z vrtu a pak byla do vrtu spouštěna „kalovka“, kterou se vynášel kal. SPSKS Fyzikální způsoby rozpojování kamene Rozpojování termické Působením ohně na kámen se v minulosti „těžil“ kámen. Nová metoda uplatňuje působení plamene na kámen. Kámen je plamenem narušován při teplotách do 1500 °C. Jednotlivé minerály zvětšují svůj objem a vzniká mezi nimi napětí. Nejvýraznější zvětšení vykazuje křemen, proto byla tato metoda úspěšně uplatněna na granitech a horninách s vyšším obsahem křemene (křemence, rohovce). Při vrtání dochází k odštěpování zrn po ploškách. Mimo vrtání byla tato metoda úspěšně použita při uvolňování těžební hlavy v lomech pro těžbu bloků. Místo vrtů vytváří trysková termická souprava souvislé řezy prakticky neomezené délky a hloubky dané konstrukcí tyče s hořákem (cca až 6 m). Při hoření je palivo (kerosin, nafta, benzin) obohacováno stlačeným vzduchem nebo přídavným kyslíkem. Některé soupravy byly konstruovány na spalování paliva s technickým kyslíkem. Firma Union Carbide přišla na trh s prvními soupravami systému kerosin + kyslík + voda (na chlazení systému hořáku). Firma Browning prosadila systém nafta + stlačený vzduch (bez vody). Méně náročný systém, bez kyslíku, podává o něco nižší výkony. 28 Vysokotlaký vodní paprsek V současné době je zájem využít tento fenomén v nejširší možné míře. Vysokotlaký vodní paprsek umožní velmi přesné dělení nejrůznějších materiálů (od papíru, textilu, potravin až po pevné oceli a litiny). Termické vrtání hornin je při těžbě bloků kamene doplněno širokými vertikálními i horizontálními řezy. Tlak vody vyvinutý multiplikátorem dosahuje hodnot přes 200 MPa. Před mnoha desítkami let prokázali francouzští vědci, že při dosažení tlaku přesahující 50 procent hodnoty pevnosti v tlaku horniny dochází k jejímu narušování. Obr.22 Propalování drážky v lomové lavici SPSKS Hydraulické procesy v primitivní formě se uplatnily na těžbě málo zpevněných sklářských písků tryskači. Moderní tryskače pracující s vyšším tlakem se uplatnily při narušení těžené uhelné sloje. Jiné fyzikální způsoby vrtání a jiné narušování materiálů jsou: 1) vrtání laserem (zatím ve stádiu intenzivního zkoumání) 2) vrtání ultrazvukem (dosud malá účinnost 3) koncentrovaným elektromagnetickým zářením (jde o působení velmi krátkých vln: je založeno na tepelném účinku těchto vln v dielektrickém prostředí. Došlo i na pokusy rozpojení nadměrných kusů i na vrtání, výsledky mají hodnotu experimentů) 4) explozivní vrtání (malými usměrněnými náložemi podávanými postupně do vrtu dosáhnout prohlubování vrtu) 5) zkoumána účinnost vody ve vrtu, se dvěma elektrodami, mezi nimiž vznikají elektrické oblouky. Jejich praktické výsledky nemají v současné době průmyslové využití. Chemické procesy či fyzikálně chemické možností rozrušování hornin Patří k nim prosté rozpouštění, změna skupenství, loužení. Prosté rozpouštění uplatňujeme při těžbě soli. Přivedená voda se z ložiska opět odejme, vyčerpává se solanka. 29 Příkladem využití procesu změny skupenství pro těžbu je síra. Zahříváním se mění ve skupenství kapalné až plynné. Loužení se používá při získání kovů z rud (příkladně měď) nebo uranu. Ložisko se musí vhodně rozrušit, k snadnějšímu pronikání roztoků do masivu, aby se proces loužení urychlil. Loužící roztoky obsahují vybrané mikroorganismy, které mají urychlit loužící proces. Trhací práce Úvodem krátký výčet ze základních pojmů z trhací techniky. Výbuch je fyzikální nebo chemický děj, který náhle uvolní velké množství energie. Výbuchy se podle různých zdrojů rozdělují: a) mechanický (stlačený vzduch) b) elektrický (elektrický výboj) c) jaderný (nukleární štěpení) d) chemický (chemická výbuchová přeměna) Chemická výbuchová přeměna Proces výbuchové přeměny je reálný za určitých podmínek ve dvou stádiích jako: SPSKS výbuchové hoření - Proces hoření je pomalý, rychlost je menší 1000 m/s, charakterizuje se značným vývinem plynných zplodin. detonace – Proces výbuchové přeměny je rychlý, detonační rychlosti jsou od 1000 do 9000 m/s. Výbuchová teplota se pohybuje mezi 2000 až 5000 °C, hodnota detonačního tlaku dosahuje až 105 MPa. Obr.23 Průběh výbuchového hoření (vlevo) a detonace (vpravo) Látky schopné chemické přeměny mají velice různé složení a vlastnosti. Trhací práce vyžadují vysokou míru bezpečnosti při přípravě, manipulaci a používání. Výběr chemikálií musí splňovat všechny požadavky bezpečnostních předpisů. Pro průmyslovou potřebu jsou předpisy vydávány Českým báňským úřadem. Chemické látky použité k trhacím činnostem dělíme na: střeliviny třaskaviny trhaviny 30 Střeliviny jsou charakteristické explozivním výbuchovým hořením, jsou citlivé na přímý oheň, na tření aj., využívají se pro nejrůznější náboje pušek, dělostřeleckých nábojů, raket. Příklady látek: střelné prachy, pyrotech.směsi, černý trhací prach (obch. název Vesuvit TN, využívá se pro těžbu bloků kamene). Třaskaviny mají velikou schopnost přejít z výbuchové přeměny na detonaci, stačí minimální podnět. Označují se jako výbušniny přímé. Jsou charakteristické velkou detonační rychlostí a vysokou brizancí. Používají se k přípravě rozněcovadel a k iniciaci náloží. Příklady látek: azid olovnatý, azid stříbrný, třaskavá rtuť. Trhaviny jsou průmyslově vyráběné látky odolné proti podnětům k výbuchu. K detonaci jsou uvedeny jen velmi silným podnětem (rozněcovadlem). Všechny trhací prostředky před uvedením do průmyslového používání jsou opakovaně a velmi důkladně zkoumány. Výsledky zkoušek ovlivní budoucí užívání podle povolení udělené Českým báňským úřadem. V následujícím přehledu jsou bez podrobného popisu uvedeny některé známější charakteristické zkoušky: • výbuchové teplo • výbuchová teplota • pracovní schopnost (podle Trauzla, v balistickém hmoždíři) • brizance výbušnin (podle Hessa, podle Kasta) • detonační rychlost • přenos detonace • detonační schopnost • citlivost k iniciaci kompresní vlnou • stanovení dolního mezního průměru nálože • citlivost trhavin k nárazu • teplota vzbuchu • odolnost výbušniny vůči teplotě • bezpečnost trhavin pro použití ve výbušném prostředí • odolnost trhavin vůči vodě • hustotu výbušnin (absolutní, relativní, gravimetrickou, náložovou) SPSKS Pro průmyslové využití jsou vlastnosti trhaviny upravovány 1. flegmatizací (pro snížení citlivosti výbušnin – vosky, oleje, parafin, vazelina), 2. senzibilizací (pro zvýšení citlivosti, pro úpravu bodu tání nad 400 – 600 °C, tvrdé prášky – síran barnatý, sklo, pentrit, hexogen…). Stálost výbušnin a citlivost k vodě Balení trhavin je upraveno tak, aby odolávalo běžné vlhkosti. 31 U plastických a poloplastických trhavin je závadou vypocování nitroesterů, projevují se mastné kapky na povrchu náložek (nutno odlišit od kapek vody, protože nitroestery se nemísí s vodou!). S takovými trhavinami manipulovat opatrně, nepoužívat k další trhací práci, ale urychleně likvidovat výbuchem. U sypkých trhavin je složka, která snadno přijímá vzdušnou vlhkost, dusičnan amonný. Na povrchu otevřených obalů mohou být kapky vody. Trhavina je celkem bezpečná, ale přesto se musí přednostně spotřebovat. Odolnost proti vodě mají elektrické rozbušky a plastické trhaviny. Rovněž určité druhy sypkých trhavin jsou přímo označeny za vodovzdorné. Menší odolnost mají střeliviny a některá rozněcovadla. Malou odolnost má černý trhací prach – Vesuvit TN – používaný při těžbě bloků kamene. Výskyt výbuchových zplodin Výbuch je produkt chemické reakce. Plynné zplodiny obsahují především vodní páry, oxid uhličitý a dusík. Méně jsou zastoupeny další zplodiny a tuhé zbytky. Plyny po trhací práci jsou nedýchatelné a vždy jedovaté. Zvlášť jedovaté jsou zplodiny s obsahem CO a s podíly oxidů dusíku! Pro trhací práce v podzemí platí velmi přísné podmínky. Zásadně jsou povoleny jenom trhaviny důlně bezpečné. Tyto trhaviny musí navíc vykazovat poměrnou bezpečnost vůči zapálení výbušného prostředí uhelného prachu a vzbuchu plynu (metan nebo hybridní směsi). Trhaviny mají vždy vyrovnanou kyslíkovou bilanci. Použití důlně bezpečných trhavin je schvalováno podle konkrétního stavu podzemních pracovišť. SPSKS Průmyslové trhaviny rozdělujeme podle několika kriterií: A) podle tvárnosti 1 trhaviny plastické, jsou tvárné, těstovité, (obsahují přes 15 % trhací želatiny) 2 poloplastické (obsahují od 5 do 15 % trhací želatiny) 3 sypké – práškové, zrněné (obsahují ledek amonný) 4 tuhé – některé speciální náloživo (lisované nebo lité) 5 tekuté – trhaviny označované slurry (mobilní zařízení pro přípravu na lomové etáži, naplní se přímo do vývrtů). B) podle místa spotřeby: 1 povrchové trhaviny – pro CO, KO, PO, sekundární práce, 2 důlní skalní trhaviny – v dolech bez nebezpečí výbuchu prachu, plynů, důlní otřesů a průtrží, 3 důlně bezpečné trhaviny – v dolech s výskytem rizik, a) protiprachové, b) protiplynové I. kategorie, c) protiplynové II. kategorie, resp. III. kategorie. C) podle druhu náložek a) volně sypané - pro CO, KO, PO, b) pytlované trhaviny – pro KO, 32 c) velkoprůměrové náložky - přes průměr 50 mm, d) maloprůměrové náložky – od 23 do 48 mm, e) příložné náložky – destičky, f) lisovaná trhavinová tělíska (pro zvýšení počinu nálože) Složení trhavin mají tyto základní části: a) výbušinové sloučeniny b) okysličovadla c) paliva d) pomocné směsi Přítomnost dalších přísad ve směsi není nezbytná, ale u průmyslových trhavin jsou přísadami upravovány některé vlastnosti (snížení teploty výbuchu, vodovzdornost aj.). Výbušinové sloučeniny Skupina organických látek – nitrolátky (např. tritol, dinitrotoluen), nitroestery (např. nitroglycerin, nitroglykol, nitrocelulóza), nitraminy (např. hexogen, oktogen). Okysličovadla K vyrovnání kyslíkové bilance mimo nitroglycerinu a nitroglykolu jsou potřebné u všech dalších trhavin, zejména pro hlubinu. Vhodné jsou dusičnany: dusičnan amonný, dusičnan draselný, dusičnan sodný. Paliva SPSKS Vyhovují jakékoli organické látky: dřevní moučka, olej, nafta, saze, vosky, celulóza, uhlí. Obsah paliv působí na hodnotu výbuchového tepla. K palivům patří také práškové kovy a jejich slitiny. Přísady Jsou to látky pro úpravu některé vlastnosti trhaviny. Některé trhaviny jsou upravené na vyšší vodovzdornost. K tomu nás nutí drsné provozní podmínky v lomech. Přidává se zvýšený obsah trhací želatiny. U sypkých trhavin jsou přidány DNT, vosky a stearany. Pro úpravu konzistence jsou přidány mletý vápenec, mletá křída a také látky již dříve uvedené jako paliva – uhlí, dřevní moučka, celulóza. Barviv je použito pro lepší vyznačení druhu trhavin (skalní trhaviny jsou červené od oxidu železa). Přehled trhavin Průmyslové trhaviny plastické (starší užívaný název želatinované) obsahují trhací želatinu 20 – 40 % (v mezích od 15 do 60 %). Toto množství trhací želatiny zajistí trvale tvárný stav náložek. Trhaviny s názvem Perunit 20, Danubit 1 a 2, Danubit Geofex, Poladyn, Obrysit, Semtex 10, Semtex 1 H, Dynamit skalny 5 G 1 (POL), Gelamon 30 (SRN), trhaviny tuzemské i dovezené (Istrochem, Slovensko). 33 Průmyslové trhaviny sypké (starší užívaný název amonoledkové) mají sypkou konzistenci. Sypká směs obsahuje dusičnan amonný s výbušnými přísadami např. trhací želatinu (do 5 %). Podle přísad jsou dvě skupiny sypkých trhavin: Skupina amonitů (hmotnostní podíl ledku ku tritolu je 78:22). Skupina amonalů (shodně s amonity je navíc příměs hliníku). Jsou to trhaviny s názvy Permonex V 19, Permon 10, Syntesit V 18, Karpatit, Polonit V. Trhaviny typu DAP (dusičnan amonný a palivo), jsou rovněž sypké. Původně se připravovaly na místě před odstřelem. V současnosti jsou DAPy dodávány po průmyslové přípravě. Balená sypká trhavina DAP 1 je dodávána v náložkách o průměru 65 mm/1,5 kg, průměru 90 mm/2,8 kg a pytlovaná. Trhaviny DAP 2 a DAP 3 jsou jen pytlované nebo v lepenkových krabicích po 30 kg. Trhaviny poloplastické obsahují trhací želatinu jako plastifikační přísadu v množství od 5 do 15 %, ale nezaručuje trhavině trvalou plastičnost. Trhaviny plastifikované vodou či emulzní trhaviny. Typ Permon Extra 9 je z dusičnanu amonného (krystalického, hydrofobního), tritolu (šupiny), vody, roztoku dusičnanu amonného a želatinátoru. Po smíšení na speciálním voze, přímo v lomu, se trhavina tzv. slurry adjustuje do vrtů pro clonové odstřely. Moderní trhavina Emsit je v prvé fázi vyrobena z nevýbušných látek dusičnanu amonného a sodného, emulgátoru (olein a louh sodný), vody, paliva (oleje, vosky). Ve druhé fázi se vytvoří výbušná emulze přidáním fyzikálního senzibilizátoru (exp.perlit). Nevýhodou těchto trhavin je jejich použitelnost hlavně pro velkoprůměrové nálože a potřeba brizantního počinu. SPSKS Speciální náložky jsou uplatněny na zvláštní druhy trhacích prací. Jde o lité nebo lisované náloživo s vysokou brizancí. Dále to jsou plastické trhaviny zvláštní povahy např. pro těžbu ropy jsou použité pro tzv. perforační vrty. Pro geofyzikální výzkum použijí trhavinu pro měření rychlosti vln v horninovém masivu. Výbuchem můžeme formovat kovový materiál, pro tzv. tváření kovů jsou potřebné limitované náložky lisovaných trhavin. Lisovaná tělíska, pentrit Np 10 ve tvaru válečků, se navlékaly na bleskovici ke zvýšení primárního podnětu. Kumulativní náložky tvarů kužele, jehlanu, polokoule, usměrňovaly intenzitu působení výbuchu, např. pro hloubení jam, vytváření otvorů, odpichy v ocelářských pecí aj. Černý trhací prach – Vesuvit TN je směs dusičnanu draselného, dřevěného uhlí a síry v poměru 75:15:10. Je na hranici mezi střelivinami a trhavinami. Pro roznět nálože Vesuvitu postačí zápalnice nebo el.palník. Sypká trhavina je citlivá na tření, otevřený oheň, statickou elektřinu. Snadno vlhne a tím se znehodnotí tak, že nedojde k detonaci. Při malém podnětu, od zápalky nebo zápalnice, dochází k výbušné přeměně pouze explozivním hořením. Je používán výhradně k trhací práci při těžbě kamenných bloků. Použitelnost Vezuvitu je 1 rok, je nemrznoucí. Základní údaje o trhavině: • výbuchová teplota 2 380 K • hustota 1,50 – 1,85 kg . dm³ • sypná hmotnost 0,90 až 0,98 kg . dm³ • citlivost k nárazu kladivem 2 kg 75 až 100 cm 34 • teplota vzbuchu 300 °C • rychlost explozivního hoření • spodní kritický průměr 1 až 3 mm • citlivost ke tření značná do 500 m . s-1 Rozněcovadla Dělíme je na tři skupiny s následným členěním: 1 základní 1 základní - 2 pomocná 3 doplňková 1 zápalky 2 elektrický palník 3 rozbušky - 3a zážehové 3b elektrické - 3ba mžikové 3bb časované 2 pomocná 1 stopina (bavlněné nitě slepené černým prachem) 2 zápalnice 3 bleskovice 3 doplňková - 1 milisekundové bleskovicové zpožďovače SPSKS 2 zažehovače zápalnic Obr.24 Řez elektrickou milisekundovou rozbuškou Základním článkem každého elektrického rozněcovadla (palníku nebo rozbušky) je elektrická pilule. Přes odporový drát prochází malý proud, můstek je spojen dráty a na můstku je malé množství primární slože. Jiskra zažehne mžikové rozněcovadlo nebo může být zážeh zpožděný zpožďovací složí. Hlavička pilule je pokryta ochranným lakem. 35 Pro roznět trhavin volíme vždy bezpečné postupy a kvalitní rozněcovadla. Elektrický palník je použitelný pouze k adjustaci Vesuvitu TN (pro bloky). Elektrický palník spojený zážehovou rozbuškou č. 4,8; spojuje se na místě spotřeby střelmistrovskými kleštěmi. Má funkci elektrické rozbušky, protože adjustuje většinu průmyslových trhavin. Elektrická rozbuška (č. 8) je český standart vhodný pro všechny trhaviny. Druh rozněcovadel typ rozněcovadel ohmický odpor pilule (ohm) NO 1,5 – 2,5 (normálně odolné) elektrické rozbušky DeM-N, DeD-N,DeP-N, Bezpečný proud 0,18 A DeM RVT cca 2,5 SO cca 0,1 (středně odolný) elektrický mžikový palník BS – BP Bezpečný proud 1,5 A elektrické rozbušky DeM-S, DeD-S, DeP-S 0,52 - 0,68 cca 0,7 DeD-SICCA-S cca 0,25 DeP-SICCA-S VO SPSKS (vysoce odolný) elektrické rozbušky Bezpečný proud 4 A DeM-V, DeD-V, DeP-V cca 0,06 Hodnoty bezpečného proudu umožní střelmistrovi kontrolovat propojení okruhu trhací práce pomocí ohmetru. Určené hodnoty proudu prochází všemi rozněcovadly, ale nemůže dojít k explozi. 36 Zápalnice Zápalnice je složena z vodící nitě obalené zápalnicovým černým prachem a tvoří duši zápalnice. K ochraně náplně je provedeno opakované opředení a obal z PVC. Zápalnice č. 1 má rychlost hoření 1 m za 125 +- 15 s. Obr.25a Konstrukce zápalnice SPSKS Obr.25b Konstrukce bleskovice Bleskovice Bleskovice je složením vrstev podobná zápalnici. Místo hořící prachové náplně je použita brizantní trhavina – pentrit s tritolem. Uvádí se do činnosti rozbuškou. Rozbuška se přilepí pevně náplastí k bleskovici. Bleskovicí se uvádí do detonace pro hromadných odstřelech trhavina ve vývrtech. 37 Orientace v používaných trhavinách je v tab.2 SPSKS Pomůcky elektrického roznětu Zapojení trhaviny k zajištění stabilní detonace vyžaduje určité pomůcky k roznětu. Základní používaný způsob roznětu je impuls elektrickým proudem. Sestava roznětu trhaviny: Roznětnice – vodiče (spojovací materiál) – rozněcovadlo - trhavina Roznětnice – vodiče (spoj.materiál) – rozněcovadlo se zpožďovačem - trhavina Roznětnice se jako zdroje roznětného proudu používají: 1 roznětnice dynamoelektrické – dodává stejnosměrný proud (natáčí se péro k roztočení rotoru a vyvinutí krátkodobého impulsu), jsou konstruovány na omezený počet rozněcovadel, 38 SPSKS Obr. 26 Diagram pro výpočet odporu pro kondenzátorovou roznětnici RKC-1 2 roznětnice kondensátorové – dodávají proměnnou velikost roznětného proudu, zdrojem proudu je kondenzátor nabitý na jmenovité napětí roznětnice, kondenzátorové roznětnice jsou k danému výkonu lehčí a provozně spolehlivější (roztáčením rotoru zvyšujeme kapacitu napětí). Kontrolní přístroje využíváme k proměření odporů připravené sítě před odpálením – ohmetry. Ohmetr obsahuje zdroj proudu. Pokud je okruh přerušený, zjistí chybu. Vomet je univerzální přístroj pro měření napětí a odporu. Další měřící přístroje využijeme pro zjištění cizích elektrických energií a izolačních odporů přívodního vedení. Roznětnice a další el.přístroje jsou kontrolovány výhradně státem akreditovanou laboratoří. 39 Obr.27 Schéma adjustace trhaviny ve vývrtu clonového odstřelu SPSKS Obr.28 Elektrické rozbušky u jednotlivých vrtů v řadě do série propojení tří řad vrtů paralelně, zapojení clonového odstřelu sérioparalelně. 40 Obr.29 Různé typy el.milisekundových rozbušek s nízkou, střední a vysokou odolností vůči elektrickému proudu a kondenzátorová roznětnice. Barevné označení dvojice vodičů určuje časové zpoždění a určení pracoviště SPSKS Obr.30 Nový systém neelektrického roznětu – používají se různé typy mžikových, milisekundových a délečasujících rozbušek s T konektorem Pomůcky pro nabíjení a ucpávání vývrtů Nejstarší pomůckou pro ruční nabíjení je dřevěný nabiják, nověji se používá z laminátu nebo lehkých kovů. Jsou zakázány materiály, které mohou jiskřit. Pneumatické nabíjení speciálními přístroji je vhodné pro sypké trhaviny i náložky. Mobilní míchací stroje jsou u hromadných odstřelů používané k trhavinám typu slurry. Mobilní vozidlo UMS 2000 čerpá emulzní povrchovou trhavinu Emex RP AN bezprostředně po vyrobení přímo do vývrtů. Podobně se sypkou povrchovou trhavinu Prillex je bezprostředně po vyrobení pneumaticky nabíjí vrty clonového odstřelu. Pro ucpávky se používá sypkých materiálů, které zůstávají poblíž vyvrtaných otvorů (vrtná drť). Kvalitní ucpávka zvyšuje účinnost trhaviny. U dlouhých náloží pro CO se vkládají plastická pouzdra s vodní ucpávkou, samosvorné měkké ucpávky, a další vložky pro mezerové nálože. Doporučená délka těsnění závisí na vrtaném průměru a velikosti odporové přímky - R. Od vrtů průměru 50 mm a výše je ucpávka volena podle situace kolem 0,75 – 1,25 R. 41 Obr.31 Mobilní vozidlo připravuje trhavinu na lomové etáži a plní ji do vrtů pro clonový odstřel Ničení průmyslových trhavin určuje bezpečnostní předpis podle stavu závadných trhavin a pomůcek. Trhaviny ničíme spalováním nebo výbuchem. Při této činnosti jsou stanoveny limity likvidovaného množství trhavin. SPSKS Obr.32 Clonový odstřel 42 Právní podmínky dobývání Veškerá činnost rozvinutých společností je vázána na řadu zákonů a na ně navazující směrnice a vyhlášky. V České republice jsou soubory zákonů, které se přímo vážou na způsob podmiňující právní podmínky dobývání. Zákon č. 44/1988 Sb., o ochraně a využití nerostného bohatství (horní zákon), ve znění mnoha dalších zákonů na něj navazující. Zákon č. 61/1988 Sb., o hornické činnosti, výbušninách a o státní báňské správě, ve znění mnoha dalších zákonů na něj navazující. Zákon č. 62/1988 Sb., o geologických pracích, ve znění zákonů doplňujících původní znění. Platnost těchto pro tří zákonných norem je nutno doplnit o řadu jiných, které se nutně uplatní během navazující hospodářské činnosti. Jsou ve výčtu uváděny jen v menším výčtu a v označení prvního zákona bez dalších zákonů. Zákon č. 262/2006 Sb., zákoník práce, ve znění dalších zákonů. Zákon č 71/1967 Sb., o správním řízení (správní řád). Zákon č. 174/1968 S., o státním odborném dozoru na bezpečností práce. Zákon č. 138/1973 Sb., o vodách (vodní zákon). Zákon č. 17/1992 Sb., o životním prostředí SPSKS Zákon č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny. Zákon č. 125/1997 Sb., o odpadech. Zákon č. 334/1992 Sb., o ochraně zemědělského půdního fondu. Mimo příslušné zákony jsou k dané problematice vydány vyhlášky a prováděcí směrnice. Hospodářská činnost podniků potřebuje mnoho zařízení a technického vybavení. Platí vyhlášky Českého úřadu bezpečnosti práce a o požární ochraně. Zákon č. 44/1988 Sb., o ochraně a využití nerostného bohatství (horní zákon), definuje a řeší základní pojmy: nerost – tuhé, kapalné a plynné části zemské kůry; k nerostům nepatří vody (pokud se z nich nedají průmyslově vytěžit vyhrazené nerosty), minerální vody, rašelina, bahno, písek, štěrk a valouny, kulturní vrstvy půdy s vegetací, nerost vyhrazený a nevyhrazený – nerosty vyhrazené – k nim patří: • • • • • • • • radioaktivní nerosty, uhlí, ropa, hořlavý zemní plyn a bituminosní horniny, nerosty s obsahem průmyslově vytěžitelných kovů, magnezit, nerosty s fosforem, sírou, fluorem, kamenná sůl, draselné, borové, bromové a jodové soli, tuha, baryt, asbest, slída, mastek, diatomit, sklářský a slévárenský písek, minerální barviva, bentonit, nerosty s prvky vzácných zemin a prvky s vlastnostmi polovodičů, 43 • • • • • • granit, granodiorit, diorit, gabro, diabas, hadec, dolomit, vápenec (podmínkou je těžitelnost bloků) a travertin, technicky využitelné krystaly nerostů a drahé kameny, halloyzit, kaolin, keramické a žáruvzdorné jíly a jílovce, sádrovec, anhydrit, živce, perlit a zeolit, křemen, křemenec, vápenec, dolomit, slín, čedič, znělec, trachyt (skupina s podmínkou použití pro chem.technol.zpracování nebo tavením), mineralizované vody (technické zpracování), technicky využitelné plyny, pokud nepatří mezi plyny pod bodem b) ložisko nerostů – přírodní nahromadění nerostů, zakládka v hlubinném dole, opuštěný odval, výsypka nebo odkaliště – pokud vzniklo hornickou činností, nerostné bohatství – tvoří ložiska výhradních ložisek. nerost nevyhrazený – všechny ostatní nerosty nejsou vyhrazené. Vyhrazených nerostů se týká § 6. Pokud se zjistí nahromadění nerostu v jakosti i množství rozhodne ministerstvo a vydá osvědčení o výhradním ložisku. Výhradní ložisko je majetkem státu. Zásoby výhradního ložiska se klasifikují 1. podle prozkoumanosti, 2. podle využitelnosti: zásoby bilanční (současně využitelné) SPSKS zásoby nebilanční (současně nevyužitelné, nevyhovující podmínkám) 3. podle přípustnosti dobývání zásoby volné, zásoby vázané jsou v ochranných pilířích (stavy, komunikace aj.). Oprávnění k dobývání výhradního ložiska je vydáno po splnění více podmínek např.: • • • vzniká stanovením dobývacího prostoru, předchozí souhlas ministerstva průmyslu a obchodu ČR a Ministerstva životního prostředí ČR, a v poslední instanci až po vydání povolení obvodním báňským úřadem. V horním zákonu a v řadě vyhlášek jsou stanoveny další povinnosti: 1. 2. 3. 4. 5. evidenci o výhradním ložisku – vede MŽP, evidenci chráněných ložiskových území – vede MŽP, evidenci dobývacích prostorů a jejich změn – vede OBÚ, sanace území – řeší MŽP, úhrady z dobývacího prostoru – vede OBÚ. 44 Zákon č. 61/1988 Sb., o hornické činnosti, výbušninách a o státní báňské správě stanoví především 1. podmínky provádění hornické činnosti a činnost prováděnou hornickým způsobem z hlediska hospodárnosti, 2. podmínky používání výbušnin. Hornickou činností se rozumí (jen výběr): a) b) c) d) e) vyhledávání a průzkum ložisek vyhrazených nerostů (dále jen pro výhradní ložiska), otvírka, příprava a dobývání výhradních ložisek, zřizování, zajišťování a likvidace důlních děl a lomů, úprava a zušlechťování dobývaných nerostů, zřizování a provozování odvalů, výsypek a odkališť aj. Činností prováděnou hornickým způsobem se podle tohoto zákona rozumí (jen výběr): a) dobývání ložisek nevyhrazených nerostů včetně úpravy a zušlechťování nerostů prováděných v souvislosti s jejich dobýváním, b) vyhledávání a průzkum ložisek nevyhrazených nerostů prováděné k tomu účelu, c) těžba písků a štěrkopísků v korytech vodních toků, d) práce k zajištění stability podzemních prostorů (podzemní sanační práce), e) práce na zpřístupňování jeskyní a práce na jejich udržování v bezpečném stavu, f) zemní práce prováděné za použití strojů a výbušnin, pokud se na jedné lokalitě přemisťuje více než 100000 m³ horniny, s výjimkou zakládání staveb, g) jímání přírodních léčivých a stolních minerálních vod v důlním díle v podzemí, h) podzemní práce spočívající v hloubení jam a studní, ražení štol a tunelů, jakož i ve vytváření podzemních prostor o objemu větším než 300 m³. SPSKS Ve třetí části Zákona č. 61/1988 Sb. jsou probrány základní pojmy k tématice výbušniny a podrobněji řeší témata: • • • • • • • • • • • zacházení s výbušninami, výrobu výbušnin a pomůcek, uvádění výbušnin a pomůcek do oběhu, nabývání a odběr výbušnin, přepravu a přenášení výbušnin, provádění prací spojených s použitím výbušnin, žádost o povolení trhacích prací (ohněstrojních …), objekty pro výrobu, zpracování a uskladňování výbušnin, sklady výbušnin, evidenci výbušnin, způsobilost k zacházení s výbušninami. Vyhláška ČBÚ č. 72/1988 Sb., o používání výbušnin a ve znění dalších vyhlášek (naposled č.199/2006 Sb.) nově detailně definovala tuto problematiku pro povrchové dobývání v neuhelných lomech. Řadu paragrafů upravila nebo vypustila. Nové příkazy a pokyny jsou zpracovány v dalších prováděcích vyhláškách, směrnicích a bezpečnostních předpisech, které vycházejí z tohoto zákona ve znění dalších novel. 45 Rozsah trhacích prací Trhací práce malého rozsahu – TPMR (§34, neúplné znění) 1. při průzkumu, otvírce přípravě a dobývání ložisek, jednotlivé nálože nepřesáhnou 50 kg trhavin a celková hmotnost nálože na povrchu 200 kg, 2. při přípravě a provádění staveb a terénních úprav, jednotlivé nálože nepřesáhnou 10 kg trhavin a celková hmotnost nálože 100 kg, 3. při destrukci, jednotlivé nálože nepřesáhnou 0,5 kg trhavin a celková hmotnost nálože 10 kg, 4. při vrtných a geofyzikálních pracech a při těžbě ropy a zemního plynu celková hmotnost nálože ve vrtu nepřesáhne 400 kg, v souvislé zástavbě však jen 30 kg. ……….. (pro další oprávnění povolených maximálních hmotnosti trhavin nejsou cit.!) Trhací práce velkého rozsahu – TPVR jsou činnosti, při kterých jsou povolené maximální hmotnosti použitých trhavin vyšší. Tyto práce jsou prováděny na základě měření podle připravených projektů Střelmistr SPSKS Podle Zákona č. 61/1988 Sb., o hornické činnosti, výbušninách a o státní báňské správě a § 34, §35 a §36 jsou stanoveny základní podmínky pro výkon funkce. Přesné znění rozsahu jeho činnost je upraveno ve Vyhlášce č. 72/1988 S. ČBÚ o používání výbušnin §40 až §44. Uchazeč musí splňovat tyto podmínky: • • • • • • úspěšně ukončit základní školu, pracovat 1 rok na povrchovém pracovišti nebo 2 roky v podzemí, z toho času musí pracovat půl roku jako pomocník střelmistra, uchazeč musí absolvovat kurz (nejméně 100 hodin v 15 dnech) absolvent střední odborné školy nebo vysoké technické školy úspěšný absolvent výuky technologie těžby a bezpečnost trhacích prací má odpuštěnu praxi i teoretickou výuku, postačí odpracovat 10 směn se střelmistrem, vykonat zkoušku před odbornou komisí. Rozsah odbornosti a vydaná oprávnění odpovídají náročnosti trhacích prací. Existuje 7 druhů oprávnění střelmistra: • • • • • • • pro plynující doly s nebezpečím výbuchu uhelného prachu, pro doly s nebezpečím výbuchu uhelného prachu, pro neplynující doly bez nebezpečí výbuchu uhelného prachu, pro povrchové dobývání, pro stavební práce a destrukce, pro vrtné a geofyzikální práce, pro zvláštní druhy prací s uvedením specializace. 46 Pro kamenoprůmysl podle § 40 odst. 3.d) je pověřen střelmistr pro povrchové dobývání a může provádět trhací práce malého rozsahu - TPMR Technický vedoucí odstřelů - TVO TVO se může stát jen střelmistr s úplným středním vzděláním nebo úplným středním odborným vzděláním s nejméně půlroční odbornou praxí v projektování a provádění trhacích prací velkého rozsahu. Musí být držitelem oprávnění střelmistra příslušné odbornosti. Oprávnění pro technické vedoucí odstřelů jsou různá, podobně jako u střelmistrů. Pro hromadnou těžbu v kamenoprůmyslu vyhovuje podle § 41 odst. 2.b) - technický vedoucí komorových odstřelů, odst. 2.d) - technický vedoucí odstřelů pro povrchové dobývání, vyjímaje komorové odstřely. Chráněné ložiskové území Ze zákona (č. 44/1988 Sb. § 16) je stanoveno chráněné ložiskové území jako ochrana ložiska proti znemožnění nebo ztížení dobývání. Zahrnuje území, na kterém stavby a zařízení, které nesouvisí s dobýváním výhradního ložiska, nemohly znemožnit nebo ztížit dobývání. Chráněné ložiskové území se stanoví pro ložisko vyhrazeného nerostu v období vyhledávání nebo průzkumu po vydání osvědčení o výhradním ložisku. Osvědčení vydá MŽP ČR v součinnosti MPO ČR, OBÚ a příslušným krajským úřadem (orgánem územního plánování a stavebním úřadem). SPSKS Dobývací prostor Dobývací prostor (Zákon č. 44/1988 Sb. § 25) se stanoví podle výsledku průzkumu, podle rozsahu, uložení, tvaru a mocnosti výhradního ložiska se zřetelem na jeho zásoby a úložní poměry. Dobývací prostor může zahrnovat jedno i více výhradních ložisek nebo jen část jiného výhradního ložiska. Hranice dobývacího prostoru je uzavřený geometrický obrazec s přímými stranami, jehož vrcholy jsou určeny souřadnicemi v platném souřadnicovém systému. Dobývací prostor se dá vymezit i hloubkově. OBÚ může s ohledem na okolní vlastníky pozemků vymezit DP pomezními značkami na povrchu. Podle možností je dobývací prostor zřetelně označen lany nebo oplocením a výstražnými značkami. O hranicích dobývacího prostoru (DP) rozhoduje OBÚ v součinnosti s následujícími organizacemi: orgány státní správy orgány ministerstva životního prostředí orgánem územního plánování, stavebním úřadem. 47 Úhrady Organizace těžící nerosty jsou povinny zaplatit roční úhradu z dobývacího prostoru. Za každý započatý hektar DP je stanovena cena od 100 Kč do 1000 Kč. Tyto částky jsou stanoveny podle stupně ochrany životního prostředí místa. Výběr částek zajistí OBÚ a převede obcím. Další poplatek je stanoven za vydobyté nerosty. Maximální částky jsou stanoveny podle tržních cen do výše 10 % za jednotku. Státní báňská správa Státní báňská správa představuje nejvyšší správní organizaci s pověřením vrchního dozoru nad hornickou činností a činností prováděnou hornickým způsobem. Sleduje dodržování pracovních podmínek v hornických organizacích, při výrobě výbušnin a při používání výbušnin k trhacím pracím a ohňostrojným pracím. Sleduje požární ochranu v podzemí. Stanoví úhrady za dobývací prostor a vydobyté nerosty. Ústředím organizace je Český báňský úřad v Praze - ČBÚ. Řídí a kontroluje činnost obvodních báňských úřadů. Připravuje vyhlášky a směrnice pro hornickou činnost. Přezkušuje odborné síly pro trhací práce a vydává osvědčení o odborné způsobilosti k výkonu funkcí závodního dolu, závodního lomu s těžbou nad 500 000 t ročně, technického vedoucího odstřelu, hlavního důlního měřiče a hodnotitele rizik ukládání odpadů. Šetří závažné důlní havárie. Vede evidenci dobývacích prostorů. Na to navazují obvodní báňské úřady - OBÚ – v Brně, Kladně, Liberci, Mostě, Ostravě, Plzni, Příbrami, Sokolově a Trutnově. SPSKS Dozírají na svěřené úseky hlubinných dolů i povrchových lomů. Vykonávají vrchní dozor nad bezpečností práce a provozu v organizacích provádějících hornickou činnost a činnost prováděnou hornickým způsobem a v organizacích používajících výbušniny. Stanovují, mění a ruší dobývací prostory. Schvalují plány otvírky přípravy a dobývání ložisek - POPD. Vykonávají správu úhrad z dobývacích prostorů a vydobytých vyhrazených nerostů. Státní báňská správa úzce spolupracuje s Ministerstvem průmyslu a obchodu České republiky v sekci surovinové a hospodářské politiky a sekci energetické. Ministerstvo životního prostředí České republiky řídí sekci ochrany přírody a krajiny – odbor geologie – a Českou geologickou službu – Geofond. Lomové dobývání ložisek Lomové dobývání využívá různých postupů při otvírce ložiska a odstraňování hmot, které zakrývají ložisko užitkového nerostu. Pro odtěžování užitkového nerostu volíme metody, které mají usnadnit další zpracování nerostu. Metody samy o sobě nejsou složité. Dají se označit jednoduchou větou, ale různé typy ložisek s různými materiály nutí projektanta plánovaných prací na otvírce a dobývání ložiska vybírat a kombinovat ze známých postupů ty efektivní, cenové dostupné a proveditelné. Sám schvalovací proces uvedení ložiska do těžby je značně komplikovaný. O ložisku uvažujeme při každém přírodním nahromadění dostatečného množství určitých nerostů. Také je to základka v hlubinném dole, opuštěný odval, výsypka nebo odkaliště vzniklé hornickou činností a obsahující nerosty. Takovou definicí se značně rozšiřuje pojem „ložisko“. Nesmíme pohlížet se skepsí na různé haldy tzv.odpadu. V budoucnosti se možná probudí k těžbě. Současná společnost 48 přebírá všechny zátěže minulých těžeb, a proto jsou zákonná ustanovení týkající se životního prostředí přistupují opatrně k rychlým řešením. U ložiska není důležité jaký počet nerostů se v něm vyskytuje, ale správná volba technologie těžby a navazující možnosti zpracování jednotlivých nerostů. Hodně závisí na současném stavu určité komodity na světovém trhu. Na strategických zájmech společností i státu. Ložisko musí vykazovat určitý „dostatečný“ objem. Geologický průzkum zajišťuje předběžné hodnoty. Navazující detailní průzkum na ložisku doplní předpoklady. Závisí na typu ložiska a doplňujícím průzkumu, aby byly stanovené objemy nerostu vytěženy. U některých ložisek jsou stanoveny spodní hranice těžby. Při budoucím rozšíření POPD s přechodem do větších hloubek budou růst náklady na dopravu a další náklady k zajištění bezpečného provozu. Dobyvatelnost ložiska je závislá na dosažitelném stupni technologické vyspělosti. Lom Pro definování pojmu „lom“ postačí tato věta… „Lom je důlní dílo těžící ložisko užitkového nerostu povrchovým způsobem“ Lom charakterizuje každé otevření těžby v terénu vedené povrchem bez těžní jámy. Pro technologa bude rozhodující těžená surovina, která již vymezuje vhodné a nevhodné metody těžby. Lom je orientován v terénu jako prostorové dílo horizontálně či vertikálně. Zakládá se v rovině, nad úrovní okolního terénu, ve svazích kopců a pohoří. SPSKS Lomové dobývání Lomové dobývání využívá různých postupů odkrývání ložiska skrýváním a odtěžováním užitkové horniny pro její další zpracování. Lomovým dobýváním se těží převážná část světových nerostných surovin. U lomů na povrchovou těžbu hnědého uhlí jsou metody skrývání i těžby upraveny s ohledem na obrovský objem přesunů hmot. Odložení milionů kubických metrů skrývky za velice krátké období si vynucuje volit technologii přímého přesunu na definitivní deponii. Některé suroviny jsou dobývány také hlubinnou těžbou (černé i hnědé uhlí, jíly a jílovce). Jiné těžíme pouze povrchovým způsobem (písky, štěrkopísky, sklářské a slévárenské písky, cihlářské hlíny). Pro výrobu drceného kameniva těžíme 100 % suroviny povrchovým způsobem. Pro těžbu dekorativního kamene jsou naše ložiska těžena povrchově. Ve světě je několik lomů pro těžbu mramorů, tufů, kde povrchová těžba horizontálním vyřezáváním a odvrtáváním přešla do podzemí, ovšem v podmínkách zcela odlišných od hlubinné těžby. Přístup je bez těžební jámy. Výhody lomového dobývání: 1. umožní vydobýt ložisko téměř beze ztrát (2 – 5 %) ve srovnání s hlubinnou těžbou, kde jsou přiznané ztráty vysoké (20 – 75 %), 2. umožní rychlé otevření a výstavbu provozu lomu, 3. umožní roztěžení většího dobývacího prostoru, 4.umožní nasazení velké mechanizace, kterou snadno přesouváme v lomu na další pracoviště, 49 5. umožní selektivní dobývání nerostů, 6. zajistí vyšší produktivitu práce, 7. vykáže nižší těžební náklady, 8. snadno řeší vyšší poptávku po výrobcích a zvýšení objemu těžby, 9. zajišťuje větší bezpečnost práce, obecněji lepší pracovní podmínky, 10. proti hlubinné těžbě je na povrchových pracovištích zajištěn vyšší hygienický standard. Nevýhody lomového dobývání: 1. Během těžby jsme pravidelně omezováni povětrnostními vlivy, především dešťovými srážkami, v zimním období sněhem a ledem. 2. Led a voda vytváří podmínky pro zvýšené nebezpečí u lomových stěn i při přepravě rubaniny. 3. Těžbou obnažená část krajiny vyvolává negativní dopad na okolí zvýšenou erozí reliéfu krajiny, kterou nelze prakticky uvést do původního stavu. 4. Negativní dopady na bezprostřední i vzdálenější okolí lomů jsou: vyšší hlučnost provozu, seismické účinky na stavby i obyvatele trhacími pracemi, ohrožení zdrojů vody a vyšší frekvencí dopravy. SPSKS Ložiska – názvosloví Typy ložisek podle polohy lomu jsou zobrazeny ve zjednodušení. Jámový lom = v úrovni terénu, zahloubený pod úroveň okolního terénu. Stěnový lom = nad úrovní terénu, na svahu terénního hřbetu, na svahu hory. Polojámový lom = nad i pod úrovní terénu. Původní stěnový lom, který po zahloubení těžby přechází pod úroveň terénu. Obr.33 Druhy ložisek podle polohy v horizontu, A – stěnový lom na svahu, B – polojámový lom, C – jámový lom 50 SPSKS Obr.34 Jámový lom – opuka Přibylov Zahloubení původně stěnového lomu je výhodné i pro využití stávajícího zařízení lomu. Přes zvyšující se náklady s dopravou rubaniny z jámy může pokračovat těžba výše položených etáží stěnového lomu a současně zahlubovat dobýváním polojámové partie. S ohledem na proměnlivou jakost suroviny jsou vytvořeny podmínky pro selektivní těžbu. 51 Obr.35 Druhy ložisek podle úklonu; 1 – nerost, 2 – hlušina, 3 - skrývka A Ložiska horizontální - úklon ložiska do 7°, většina sedimentárních ložisek. B Ložiska středně ukloněná - úklon přes 7° až do 60°, s užitným nerostem se odklízí hlušina, C Ložiska strmá - úklon přes 60°. Tvary ložisek jsou dané přírodními podmínkami v době jejich vzniku. Pro sedimenty je přirozený deskovitý, pánevní tvar výplně. Magmatické horniny tvoří celistvá tělesa s výstupy do podpovrchových starších vrstev, tvary pně, žil, hnízd i zcela nepravidelných tvarů. SPSKS Skrývkou označujeme všechny neužitkové materiály nad ložiskem. Jsou to zeminy a horniny, které nemůžeme zpracovat. Při výrobě drceného kameniva znehodnocují zbytky skrývky produkt. Podobně při dobývání jiných nerostů je definice skrývky platná pro všechny odlišné neužitkové materiály. Obr.36 Skrývkové hmoty a pozice nerostu U ložisek pro těžbu a výrobu drceného kameniva jsou skrývky minimální. Nad uhelnými ložisky jsou značné výšky skrývek v poměru k těžené sloji. U mnoha ložisek se k těžené vrstvě musí přibírat i boční horniny pro udržení rozměrů i stability etáží. Takové materiály jsou označované jako „výkliz“. Jsou v těžené vrstvě nerostu, obvykle v malém až menším množství, ale musíme je selektivně vytěžit a uložit na výsypku. 52 Při dobývání vytváříme postupně etáže. Většina lomů těží nerosty na více etážích. Výška etáží je různá od 10 m do 25 m. Výšku stanovíme podle dobývací technologie. Etážové lomy zajišťují větší počet pracovišť a snižují riziko pádu hornin. horní hrana etáže - hhe svah etáže dolní hrana etáže – dhe Obr.37 Řez etáží Sledujeme poměr celkové výšky těženého ložiska k celkové šířce roztěžených etáží. Řezy začínají od paty spodní - poslední těžené etáže po horní hranu první etáže. Podobně se hodnotí i generální úhel skrývky ložiska. SPSKS 53 SPSKS Obr.38 Řez etážovým lomem Sklon těženého nerostu vyjádříme generálním úhlem tg γ = hl / L. Při povrchovém dobývání používáme tyto pojmy: Odkliz – libovolná skrývka nebo výkliz, odloží se na vnitřní výsypku. Prvotní odkliz – investiční skrývka, příprava ložiska pro prvotní tříměsíční těžbu, zahrnuje i ornici aj. hmoty. Mezná hloubka lomu – hloubka stanovená podle současných možností. Uvolněné zásoby – veškeré vytěžitelné zásoby odkryté k určitému datu. Dobyvatelné zásoby – části uvolněných zásob, které lze vytěžit až na mezný výrobní profil. Geologické zásoby - Ověřené – kategorie A, B, C1, C2 - Prognózní GZ ověřené – kategorie D Nebilanční (není znám ekonom.způsob dobývání) 54 Bilanční - volné – kategorie A, B, C1, C2 - vázané – kategorie A, B, C1, C2 Kategorie A – nejlépe ověřené zásoby. Znalost úložných poměrů, tvaru a stavby ložiska, jakostní a technologické parametry. Kategorie B – jsou známy jen obrysy zásob a základní parametry ložisek i jakosti materiálu. Uvnitř tělesa je možný výskyt hluchých míst, výklizu. Kategorie C1 – ověřené zásoby. Data jsou získána průzkumem jen z kombinací vrtů a jam. Kategorie C2 – výsledky jsou z geologického průzkumu a analogie s prozkoumanými úseky. Vázané zásoby – jsou částí uvolněných zásob, které nelze k určitému datu vytěžit. SPSKS Obr.39 Schéma postupů porubních front. A – paralelní, B – vějířovitý Otvírkový zářez se provádí v nadloží ložiska, připraví ložisko k dobývání. Otvírka bez zářezu se týká ložisek s minimální skrývkou, např.kámen pro bloky těžíme ve stěnových lomech. Podobně začínají bez otvírky některé těžby štěrkopísků. Objem skrývek je obvykle velmi malý. Paralelní postup udržuje přibližnou šířku etáží, tvoří dlouhé obdélníky, vyhovuje pasové dopravě, např. pro těžbu štěrkopísků a písků. Vějířovitý postup je vhodný pro kolejovou dopravu, omezí se přesunování kolejiště do otočného bodu. Smíšený postup kombinuje podle okolnosti oba předchozí způsoby Frontální dobývání (čelní postup) používáme pro nasazení stroje na horní hraně etáže. Použitý pro dobývání v úzkých pásech, např. pro korečkové rýpadlo v těžbě cihlářských hlín. Dobývání v bloku odtěžujeme materiál rýpadly, které pracují podél paty řezu. Velikost záběru se volí podle dosahu rýpadla. Použije se pro rýpání měkčích materiálů. 55 Selektivní dobývání řeší oddělené dobývání vrstev nerostu v nadloží, podloží i meziloží. Počítá se s využitím odlišných vlastností těžených materiálů při dalším zpracování. Odděleně je nakládáme a ukládáme na samostatné odvaly. Hloubkový řez – dobývací stroj pracuje pod úrovní pracovní plošiny, např. rýpadla s hloubkovou lopatou, korečková rýpadla při suché těžbě (obr.A). Výškový řez – provádíme dobývání nad úrovní pracovní plošiny. Stroj musí vyhovovat výšce řezu (obr. B). SPSKS Obr.40 Zobrazení hloubkového řezu (A) a výškového řezu (B). Přípravné práce při dobývání Při povrchové těžbě se otvírkové a přípravné práce slučují. Otvírkovými díly se zpřístupňuje ložisko. Přípravnými díly bude ložisko roztěženo do té míry, aby se ve zvoleném termínu mohl spustit provoz s plánovanou kapacitou lomu. Závazným dokumentem je Plán otvírky, přípravy a dobývání - POPD. Jeho vypracování má plnit základní požadavek horního zákon - zajistit hospodárné vytěžení nerostu a zajistit projektovanou kapacitu těžby. 56 Obr.41 Zobrazení postupu dobývání při těžbě sypkých a plastických nerostů V části otvírky a přípravy dobývání jsou popsány a do výkresové dokumentace zakresleny zvolené směry otvírky a těžby i způsob postupu. V dokumentaci naplánované otvírkové práce (řezy) stanoví nutný rozsah rovedení skrývek se zajištěním dostatečného předstihu před těžbou. S touto přípravou souvisí řešení komplikovaných případů skrývek na zemědělských a lesních plochách. SPSKS POPD řeší ukládání ornice ze skrývek včetně zabezpečení pro rekultivační práce. V plánu jsou vymezeny plochy pro přechodné odvaly. POPD řeší případy selektivního odtěžení skrývek i selektivní těžbu nerostů. současně s návrhem řešení dopravy. V mnoha provozech je těžba úzce provázána s téměř okamžitým zpracováním dobývaného produktu. U provozů, které komplexně zpracují vytěžený materiál jsou další úkoly spojené s rozdílným charakterem obou úseků. Úsek těžby a úsek zpracování nerostu vyžaduje úplné řešení elektrizace provozu. Mimo výsypkového a odvalového hospodářství jsou to technologické procesy plně elektrifikované. Ohrožení zahloubených lomů řeší odvodnění. Řešení návaznosti dopravních cest uvnitř DP k veřejnoprávní komunikaci bude zpracováno s perspektivou dalšího rozvinutí těžby. Součástí plánů otvírky, přípravy a dobývání je vyčíslení předpokládaných nákladů na vypořádání důlních škod vniklých v souvislosti s plánovanou činností a na sanaci a rekultivaci dotčených pozemků. Dále je v plánu navrhována výše a způsob vytvoření potřebné finanční rezervy. Pokud by se otvírkou, přípravou a dobýváním ohrožovala těžba jiného výhradního ložiska v dobývacím prostoru jiné organizace řeší tuto situaci OBÚ. 57 Otvírka ložiska Způsob otvírky v dobývacím prostoru závisí na zvolené koncepci postupu těžby, použitém dopravním systému a s přihlédnutím na místní geografické a geologické podmínky. Základní způsoby otvírky lomů: - otvírka bez zářezu otvírka se zářezy - přímé a hruškovité vnitřní otvírka ve svahu otvírka podzemními důlními díly kombinovaná otvírka Otvírkový zářez je povrchové důlní dílo, které umožní zpřístupnění (propojení) povrchu s nižším místem těžby skrývky. Otvírkové zářezy později umožní dopravu užitkového nerostu. SPSKS a) úplný zářez b) částečný zářez Obr.42 Příčné profily hlavních zářezů Otvírka bez zářezu vyhovuje u ložisek nad úrovní terénu s velmi malou mocností pokryvu a na svažitém terénu. Pro dobývání pevných hornin jsou vytvořeny podmínky k založení menších stěnových lomů. Vrstvy skrývky jsou minimální. Tvoří je nepatrná vrstva hlíny se zbytky zvětralých balvanů pod krytem náletových dřevin. Na odklizení postačí malá mechanizace. Otvírkou ve svahu u ložiska uloženého na úrovní terénu obvykle odstraníme větší množství nadložních zemin. Nadložní zeminy se odkládají na svah pod otvírkou. Doprava se řeší po úklonu. Skrývkový materiál spolu s odpadem otvírky zakládáme na předpolí svahu. Postupně se vytváří zpevněná základna pro technické vybavení lomu a komunikace. Přístup na etáže řešíme komunikacemi. Podle situace je dovoleno stoupání vozovky až do 10°. Rozhodující jsou výškové a klimatické poměry (sezónní těžba). Jedná se o lomy s malým rozsahem těžby, např. pro těžbu bloků. 58 Obr.43 Prvky hlavního zářezu Označení A, B, D, F jsou tělesa ze kterých se skládá hlavní zářez. Tangenta sklonu zářezu = i (v úhlové míře nebo ve stupních). SPSKS Orientace lomu podle světových stran je velmi důležitá. Orientace na jih nebo jihovýchod ovlivní vysychání nasákavých materiálů. Při dobývání světlých materiálů vadí přímé oslunění, proto jsou stěny orientované na sever, západ nebo severozápad. To vyhovuje hlavně těžbě bloků pro kamenickou výrobu. Obr.44 Otvírka plochého ložiska hruškou (kolej označena šipkou) 59 Otvírka se zářezy usnadní přístup k ložisku v potřebné délce a šířce. Při těchto otvírkách s přímými zářezy nebo hruškovitými zářezy jsou odkrývána ložiska s větší hloubkou uložení nerostu a povrchová díla připravovaná na velké ploše. Jsou to ložiska na hnědé uhlí a další sypké a plastické nerosty. Kombinovaná otvírka může být chápána jako řešení otvírky přímými zářezy, doplněné částečným rozšířením hruškovitým zářezem. Závisí na potřebě vyrovnání těžební fronty nebo řešení dopravy materiálů. Jiný postup představuje roztěžení ložiska prstencem. Umožní těžit ložisko na velikém prostoru se širokými etážemi. Mezi etážemi je možné postupně sjíždět nebo vyjíždět krátkými sjezdy. Půdorys ložiska může kopírovat tvarem jednotlivé prstence. Obě připomenuté metody jsou vhodné pro bezkolejovou i kolejovou dopravu. V historii dobývání byly použité jen na mimořádně rozlehlých lokalitách (těžba rud). Mimo odkrývání ložiska uvedenými metodami existují další metody. Pro otevření hlubokého ložiska musíme na veliké ploše rozvinou přístupové cesty postupným sjížděním až na nejnižší etáže. Metoda roztěžení ložiska spirálou umožní dosáhnout velikých hloubek. Zahlubování je postupné. Je velkou nevýhodou této metody, že při vyvážení rubaniny musíme překonat velké vzdálenosti při značném stoupání. Dobře zvolená otvírka může udržet nízké náklady těžby. Naopak výběr zbytečně dlouhé přístupové cesty mimo vlastní zásoby zvyšují těžební náklady. Nadměrně nákladná otvírka neodpovídající kvalitě suroviny a prognóze těžby zatěžuje náklady na těžbu. Při správném posouzení možností vytěžit surovinu v ložisku a využití odpovídající technologie je možno dosáhnout dobrých hospodářských výsledků. Skrývky SPSKS Provádění skrývkových prací je zdůvodněno potřebou odkrýt surovinu. Těžbou suroviny nesmíme znehodnocovat budoucí produkt. Provádíme pečlivé odstraňování skrývek před těžbou kamene pro výrobu drceného kameniva. Mezi jinými kriterii u výroby drceného kameniva o kvalitě rozhoduje přítomnost cizích částic, zvláště podíly jílovitých částic. Při skrývkových pracích odstraňujeme zbytky porostů a zemin. Zvláštní pozornost se věnuje půdní vrstvě – ornici. Odstraněním skrývek větších mocností bude práce na ložisku bezpečnější. Výšku a sklon svahu volíme podle geologických poměrů, skrývkového materiálu, rovnoměrnosti tloušťky skrývky a podle způsobu rozpojování skrývek. Vysoké vrstvy skrývek můžeme odtěžovat postupně vytvořením více řezů (např. na ložisku hnědého uhlí, technických jílů apod.). Mezi prvky řezu patří plocha etáže = pracovní plošina. Tato plocha je určena pro těžební činnost. Potřeba, mít určitou rezervu při postupu nižšího řezu vůči vyššímu se nazývá předstih. Zajišťujeme předstih skrývky a také předstih na pracovní plošině. Předstih skrývek je požadován bezpečnostním předpisem a stanoven v POPD lokality. Velikost předstihu závisí na výšce skrývky, na výšce první etáže a na způsobu rozpojování. 60 Obr.45 Grafické vyjádření předstihu skrývky a těžby Při uzavření těžby je nutno dodržet volný pruh mezi hranou první etáže a patou spodního skrývkového řezu, nutno dodržet min.předstih – 1 m od hrany etáže. Zvolený závěrečný úhel tvoří mírný sklon svahu. Svah skrývek je pravidelně kontrolován závodním lomu. Skrývkový poměr – skrývkový součinitel - oba výrazy vyjadřují podíl skrývky k těženému nerostu, ale za různých předpokladů. SPSKS Skrývkový poměr – geologický – (Sg) je zjištěn z poměrů průměrné výšky skrývky (hs) a průměrné mocnosti nerostu v daném bloku dobývacího prostoru (hl). Používá se pro hodnocení ložiska ve stádiu geologického průzkumu. Je využíván při projektové přípravě těžby. Sg = hs / hl Skrývkový součinitel (Ss) poměřuje nutný objem odstraněné skrývky (Vs) k objemu těžené suroviny (Vl). Na skrývce musí být odkryta podstatně větší plocha, hlavně s ohledem na bezpečný provoz mechanizmů povrchové těžby v lomu. Používá se k ekonomickému zhodnocení rentability těžby. Ss = Vs / Vl 61 SPSKS Obr.46 Schéma postupu skrývky v závislosti na plánované těžbě; řez lomovou situací zobrazuje plán postupu na zvolené etáži. Charakter skrývkového tělesa Složení petrografické představuje značně různorodou směs. Od nezpevněných sedimentů kvartéru až po celistvé magmatické horniny, metamorfované horniny i pevné sedimenty. Vliv fyzikálně mechanických vlastností hornin na proces rozpojování nemůžeme přesně vyjádřit. Klasifikace těžitelnosti hornin i skrývkových hmot využívá stupnice bez uvedení objektivně měřitelných hodnot. Takové zařazení materiálů do tříd je dobře použitelné pro práce rýpadel a dalších strojů. Několik poznámek ke specifickým materiálům ve skrývkách. Jedná se o přítomnost hlíny, spraše a jílů. Jsou to charakterem jílovité nezpevněné horniny s proměnlivým obsahem jílovitých minerálů. Hlína má proměnlivé vlastnosti podle povahy převládajících minerálů, podle zhutnění a podle obsahu vody. 62 Pozn.: Mimo jiné jsou dnes nově definovány silikátové minerály. J í l je směsný přírodní materiál primárně složený z jemně zrnitých minerálů, který je obecně plastický při přiměřeném obsahu vody a ztvrdne při vysušení a vypálení, (viz komise AIPEA a CMS). Hlíny eluviální (z náplav) a hlíny svahové – barvy rezavé až hnědočerné. Spraš – žlutavě hnědá zemina, nevrstevnatá, eolitického původu, obsahuje CaCO3 a jemný křemičitý prach. Přehledné zatřídění hornin podle vzhledu, charakteristických vlastností a podle obtížnosti rozpojování (ČSN 73 3050) 1.třída a) rypné soudržné, b) neulehlé, nesoudržné (hlína, písek, štěrkovitý písek); 2.třída a) lehce rozpojitelné soudržné, b) nesoudržné, středně ulehlé (písčitý štěrk, střední štěrk,stavební odpad – rum); 3.třída a) středně rozpojitelné soudržné, b) nesoudržné ulehlé (písčitý štěrk hrubý, hrubý štěrk, hrubý stavební odpad rum, rozložené skalní horniny, uhlí); 4. třída a) těžce rozpojitelné soudržné, b) nesoudržné, c) silně rozpukané a zvětralé, SPSKS d) kašovité konzistence (hrubý štěrk s malým počtem kamenů, zvětralé horniny – opuka, pískovec, vápenec, břidlice, žula); 5.třída a) snadno trhatelné, b) silně rozpukané a zvětralé, c) nesoudržné s kameny (hrubý štěrk s neomezeným množstvím opuka, jílovitá a písčitá břidlice, zmrzlá zemina); kamenů, 6.třída a) nesnadno trhatelné (horniny uvedené v 5.třídě, avšak v mohutných lavicích, dále např. dolomit, vápenec, svor, porézní čedič, rudy); 7.třída a) velmi nesnadno trhatelné (křemenec, rohovec, žilný křemen, žula, čedič, rula, rudy). Ochrana půdní vrstvy - ornice Zvláštní pozornost věnují těžební organizace ochraně půdní vrstvy. Půdní vrstva se vytváří velmi pomalu vlivem biogenních činitelů (florou i faunou). Její tvorbě může člověk napomáhat, ale i výrazně škodit. Ornice je aktivně využívána pro zemědělské a lesnické účely. Vrstva ornice je značně proměnlivá. Vrstva může mít až 40 cm, ale s větší hloubkou ztrácí na biologické aktivitě. Pro rekultivaci ploch poškozených těžbou je ornice nenahraditelná. Na ornici uplatňujeme ochranu technickou a ochranu právní. Technická ochrana orné půdy předpokládá určitá konkrétní technická i technologická opatření. Snímání ornice z osetých ploch provádíme až po sklizni, po odstranění cizích rostlinných zbytků. Snímá se odděleně vrchní vrstva ornice od hlušiny (= mrtvá hlína bez biologických činitelů). Ornici ukládáme na samostatnou skládku nebo ji rovnou přemístíme na nově připravené podkladní plochy rekultivace. Na přechodné skládce = deponii ornice, nemá zůstat delší dobu, znehodnocuje se. 63 Právní ochranu orné půdě zajišťují platné zákony na ochranu zemědělské a lesní půdy a dohled OBÚ. Vyjmutí z půdního fondu spravuje katastr nemovitostí a řeší správní orgány (MŽP, MZem). V každém plánu otvírky, přípravy a dobývání (POPD) je připraveno řešení konkrétní situace. Zákon č. 44/1988 Sb. (horní zákon) v současném znění těžebním organizacím nařizuje (§ 31) rekultivovat území dotčená těžbou a vytvářet pro tuto rekultivaci finanční rezervy (jsou to náklady započtené do nákladů těžby). SPSKS Obr.47 Zbytky neskrytého materiálu na bazaltovém ložisku (histor.) Skrývkové práce Jednoduchým rozdělením skrývkových činností určíme tři hlavní způsoby odstraňování skrývek, např.: a) bez trhavin, rozpojováním stroji, b) s trhavinami, rozrušení celistvosti skrývkových poloh, c) hydraulickou činností, odstranění skrývky pomocí vody. Tato problematika se dá detailněji v přehledu rozebrat i s ohledem na různé vybavení provozů mechanizmy se stejnými funkcemi, např. podle způsobu rozpojování: rozpojování rýpáním - rýpadlo rýpe málo zpevněný materiál v tzv. rostlém stavu, - buldozer hrne materiál radlicí na hromadu, - skrejpr seškrabuje a souběžně nakládá malou vrstvu nezpevněného materiálu do objemné korby, - nakladačem nakládáme nezpevněné skrývkové materiály, - kolesovým rýpadlem, obří koleso rýpe skrývku, 64 - korečkovým rýpadlem seškrabujeme skrývku nebo těžíme surovinu (skrývky v lomech na hnědé uhlí), rozpojování rozrýváním - rozrývač – zuby na dozeru nakypřuje narušenou nebo málo pevnou horninu, příprava pro nakládání skrývek, rozpojování rozbíjením - impaktorem nasazeným na různé podvozky kolové nebo housenicové - rozbíjíme nadměrné kusy ze skrývky pro snadnější nakládání; shodně postupujeme i při těžbě rubaniny z odvalu, rozpojování trhavinami - bez vrtů (techniku příložných náloží omezujeme s ohledem na vedlejší nežádoucí účinky), - komorové, clonové a plošné odstřely – pro hromadnou těžbu kamene, - odsun bloků pro kamenickou výrobu– pro těžbu bloků kamene, - vrty pro řadové odstřely, odstřely s řízeným výlomem pro úpravu terénu, rozpojování hydraulické - hydromonitory - sacími bagry SPSKS Cílem skrývkových prací je připravit ložisko k vytěžení s minimálním množstvím nekvalitních látek znečistujících budoucí produkt a bez cizorodých komponentů. Postupy rozpojování skrývkového materiálu neřeší jejich odstranění z těženého materiálu. Efektivní řešení je to, které při rozpojování skrývky současně zajistí její plynulý přesun na deponii. Kontinuální technologií jsou prováděny velké skrývkové práce na hnědouhelných pánvích. Nakládání skrývkového materiálu U technologií povrchového dobývání jsou dvě skupiny nerostů se zcela odlišnými objemy těžby, těženými surovinami, způsoby těžby. Také se odlišují výběrem místa pro uložení skrývkových hmot. Nerosty těžené k zajištění paliv a energetiky – uhlí hnědé, lignit, nafta, zemní plyn a uranová ruda. Poslední položky se vymykají problematice, protože před těžbou nepotřebují odstraňovat skrývky, ale zpřístupnit prostory ložiska. Nerosty zahrnované do rudních a nerudných surovin. V současnosti nejsou rudy v ČR povrchově dobývány. Nerudné suroviny jsou naopak zastoupené mnoha lomy po celé ČR. Při těžbě nerostů povrchovým způsobem jsou všechny manipulační práce spojené s nakládáním dostatečně mechanizované. Výběr manipulačního prostředku závisí na stupni přípravy a rozvinutí technologických postupů a na velikosti konkrétního ložiska. Skrývky nad ložisky hnědouhelných pánví jsou mimořádných objemů. Střídají se polohy různé pevnosti skrývkového materiálu. Po rozpojení bude materiál nakládán cyklicky 65 nebo kontinuálně. Cyklicky nakládají rozpojený kusový materiál lopatová rýpadla. Kontinuální nakládání je řešeno u obřích kolesových i korečkových rýpadel. Přesun nakládaných hmot je prováděný hlavně pásovými dopravníky. Naložení větších kusů na pásové dopravníky způsobuje potíže, protože se neudrží na pásu. Problémy nastanou s nadměrnými kusy ze skrývky, které se musí napřed rozpojit, např. hydraulickým kladivem a následně v drtičích upravit na vhodnou velikost. Skrývky nad ložisky ostatních nerudných surovin jsou většinou malých objemů. Pro nakládání vyhovují rýpadla. Výhodně jsou používaná rýpadla s výškovou lopatou; rýpáním si tvoří přístup do skrývky. Pro horizontální polohy jsou vhodná rýpadla s hloubkou lopatou, např. břehy štěrkopísků. Pro strmé polohy úvodních skrývek jsou nasazena rýpadla s dvojicí ocelových kol s hroty a dvojicí pneumatik na zadní nápravě. Jsou to malá rýpadla schopná pracovat a přemisťovat se na strmých svazích a samostatně překonat výškové překážky (zn. Broyt). Poslední desetiletí se snaží výrobci nakládačů využít nesporných předností kolových nakladačů v kamenolomech k nakládání i ke skrývání materiálů 1. až 5. třídy. Po výměně lopaty s hladkým provedením za lopatu ozubenou hranou je možné s těmito stroji seškrabovat i nakládat některé měkké skrývkové hmoty. V původní koncepci je nakládač stroj pro nakládání sypkých hmot. Pracuje s lopatou větší šířky, přesahující rozvor přední nápravy. Stroj je vhodný především pro nakládání sypkých, zrnitých, strojně upravených hmot. Použití nakládače a bez ochranných řetězů k nakládání rubaniny je nevhodné. SPSKS Způsoby práce rýpacích strojů Rýpací zařízení pracují ve dvou režimech – cyklický způsob práce a kontinuální způsob práce. Některé z rozpojovacích procesů jsou spojeny s přesunem rozpojené hmoty. Cyklický způsob práce je souhrn úkonů s proměnlivou frekvencí. Např. rýpadlo s výškovou lopatou, rýpadlo s hloubkovou lopatou, rýpadlo s vlečným korečkem, rýpadlo s drapákem, skrejpr, dozer, nakladač s ozubenou lžící. Popis pracovních činností v detailu: - nabrat (s opakovaným rýpáním naplnit objem lopaty, korby); - zvednout, - otočit / přesunout stroj, - vyprázdnit / vysypat lžíci, - vrátit se do původní polohy k další činnosti. U kontinuálního způsobu práce jsou sloučeny úkony, které probíhají nepřetržitě – rýpání, transport, uložení. Navazují na sebe, mají zvolenou konstantní rychlost. Nepracují na maximální výkon. Pokud nedojde k poruše strojní součásti rýpacího nástroje, dobývací stroje pracují bez časových ztrát. Příklady strojů: kolesová rýpadla, korečková rýpadla. Na skrývkách jsou nejčastěji používána rýpadla s výškovou nebo hloubkovou lopatou. Jsou vhodná pro malé i větší objemy skrývkových prací. Existuje široká nabídka typů s různým objemem lopaty. Rýpadlo s výškovou lopatou má 100 % využití, je-li výška 66 skrývky rovna nebo menší než výškový dosah lopaty. U rýpadla s hloubkovou lopatou je využití jen do 80 % kapacity. K odvozu se uplatní dopravní prostředky schopné pohybu v obtížném terénu. Musí mít odpovídající velikost. Velikost objemu korby dopravního prostředku volíme přiměřenou k objemu pracovního nástroje rýpadla nebo nakladače. Obr.48 Harmonogram práce rýpadla při nakládání na dopravní prostředek SPSKS Obr.49 Ukázka harmonogramu dopravy Graf znázorňuje dva automobily (časy plnění korby Tpa, Tpb). Nejsou vyjádřeny časy čekání vozu. Výkon rýpadla Qh = 3600 . V1 . kp . q . tc-1 [m3 . h−1] Qh Výkon nakládání za hodinu (t . h−1), V1 objem lopaty (m3), kp součinitel plnění lopaty (mezi 0,85 – 1), q objemová hmotnost rozpojené rubaniny (mezi 1,5 – 2,5 t . m-3), tc-1 časová délka nakládacího cyklu (s), 67 Výkon nakládání stroje je reálnější při hodnocení práce za směnu Qsm = Qh . kč . T kč koeficient časového využití (kč = 0,5 – 0,95) T délka směny (h) Doprava skrývkových materiálů u povrchové těžby U většiny těžebních kapacit se využívá jeden, výjimečně dva základní dopravní systémy. Seřazení systémů je provedeno s ohledem na jejich možnosti použití a četnost v provozech ČR. 1) Doprava po ose: a. bezkolejová doprava kolovými prostředky b. terénní automobily c. dumpery d. traktory s dumperovým návěsem e. kolové nakládače SPSKS f. prostředky na housenicovém podvozku (dozery, skrejpry). 2) Kolejová doprava pro velkolomy s těžbou hnědého uhlí (ČR). 3) Pásová doprava – dálková pásová doprava skrývkových hmot. 4) Jeřábová doprava – v dosahu jeřábu u těžby bloků při rozšíření plochy k těžbě. 5) Hydraulická doprava: a. samospádová (žlaby a koryty od hydromonitorů) b. tlaková – nízkotlaková (bagrovací čerpadla) - vysokotlaková (s vysokotlakými čerpadly, ejektory, dávkovači, mamutími čerpadly). 6) Lanovkou – zcela výjimečný dopravní prostředek. 7) Skipem. 8) Šikmým podzemním výtahem. 9) Kombinováním různých systémů. Automobily s terénní úpravou jsou prostředky využívané pro odvoz hmot ze špatně přístupných terénů. Volba objemu korby vyplyne z celkového objemu skrývkových prací a plánovaného času na skrývání. Náklad je převezen na deponii skrývek. Obsah korby při sklápění vysypeme. Pro menší rozsah skrývek používáme vozidel s menšími objemy korby (do 5 m³). Vozidla využíváme na přepravu do vzdálenosti až několika kilometrů (4 – 5 km). Přepravní rychlost se liší podle místa jízdy; ve svažitém terénu a v DP jsou rychlosti velmi omezovány interním předpisem, u silnice pro veřejnou dopravu platí dopravní předpisy. 68 Dumpery a traktory s dumperovým návěsem jsou prostředky větších rozměrů. Jejich pohyb je omezen na DP, mají vyšší nosnost (10 m³ - 150 m³). Hydraulické vyklápění korby urychluje výsyp materiálu. Pohybují se omezenou rychlostí, obsluhují vnitřní výsypku nebo jsou používány pro přepravu rubaniny z jednotlivých etáží. Tyto stroje jsou přednostně uplatněny v lomech s vysokou produkcí. Nakládače mají manipulační vzdálenost limitovanou do několika sty metrů (do 300 m). Jsou schopny manipulací při otáčení na malých prostorech. Objem lžíce jsou menší s ohledem na rozmanitost skrývkových hmot (od 0,8 m³ do 1,5 m³). Dozery vhodně využíváme např. na shrnutí nízkých vrstev ornice na hromady k dalšímu přemístění. Podobně mohou shrnovat i další málo zpevněné sypké i poloplastické vrstvy materiálů. Dozery pracují na pásovém podvozku a mnohé mají rozrývací nože (1 – 2 – 3), kterými umožníme snadnější hrnutí materiálů. Efektivita dozerů je limitována do hranice 120 m. Skrejpry jsou zařízení pro odřezávání tenké vrstvy měkkých, sypkých až poloplastických hornin, zvláště výhodné pro ornici, kterou musíme přemístit na rekultivaci. Korba má nastavitelnou lištu, kterou odřezává vrstvu hmot vysokou 10 až 20 cm a vytlačuje ji dovnitř korby. Objem korby strojů tuzemské výroby byl 4 m³ (zahraniční stroje mají objemy až do 40 m³). Existuje více konstrukčních variant provedení stroje, např. samohybný stroj nebo stroj s tahačem. Naplněný stroj má vlastní pohon a je dost pohyblivý, aby mohl být využít rovněž k přepravě na místo určení. Natlačený materiál je z korby vyhrnován pohyblivou zadní stěnou. Otevřením lišty a vytlačováním je za pohybujícím se strojem rozhrnuta rovnoměrná vrstva ornice nebo jiného materiálu. Hospodárnost provozu skrejpru je závislá na objemu hmot. U maloobjemových strojů je provoz skrývání efektivní do vzdálenosti 400 m a u velkých strojů při přepravě do větších (až kilometrových) vzdáleností. SPSKS Pásová doprava dálková je komplexní systém. Plně se uplatnil na přepravě skrývek ve velkolomech na těžbu hnědého uhlí. Mimo pásový dopravník zahrnuje technologický celek, doplňkové zařízení a pomocnou mechanizaci. Dopravní systém umožní bezpečně naložit, přepravit a rozprostřít různé materiály, které jsou limitovány konzistencí, lepivostí a zrnitostí. Přeprava materiálu probíhá plynule i při velkých vzdálenostech mezi těžbou a úpravou. Dobře se osvědčila i při přepravě jiných materiálů mimo skrývku (pro menší šířky pasů). Šířka pásu nutně navazuje na výkon těžebního stroje. Obě kapacity by se měly shodovat, rezerva by se měla ponechat na dopravním pásu. Dopravní pásy se šířkami přes 1 000 mm až do 2 000 mm zajišťují velké výkony (velkolomy). Pásová doprava je schopna překonat velké stoupání, vykazuje vysoký dopravní výkon, a při vysoké produktivitě práce má nízké dopravní náklady. Systém pásové dopravy snadno řeší úpravy dopravních směrů. Jednotlivé sekce jsou stabilní nebo přesunutelné. Problematické na pásové dopravě jsou místa přejímky nasypaného materiálu, tzv. násypky. Účelem násypky je rozprostřít předávaný materiál na dopravní pás rovnoměrně v přiměřené tloušťce vrstvy. Kolejová doprava se udržela jen na největších hnědouhelných velkolomech. Efektivita provozu je dána obrovským objemem přepravených skrývkových hmot a potřebou přepravit vytěžený užitkový materiál. Navíc je využívána na obsluhu dalších technologických zařízení. Pro nasazení kolejového dopravního systému mají mimo obrovského přepravovaných hmot také vliv: 69 objemu 1) dopravní vzdálenosti 2) úložní poměry 3) způsob otvírky 4) výkon navrhovaných dopravních systémů Kolejová doprava vyžaduje dobrou organizaci řízení a zvýšený dozor nad bezpečností práce. Je nutno přihlédnout i k době používání dosti drahého zařízení s ohledem na životnost lomu. Jeřáby při dopravě v lomech. Jeřáby slouží především pro vyzdvižení celistvých bloků. Podle potřeby jsou používané také pro svislou dopravu skrývkového materiálu při dočišťování obnažené suroviny. Při těžbě bloků pro kamenickou výrobu používáme všechny jeřáby na dosah skrývky. Z jámy vynášíme materiál skrývkové materiály v kovových bednách. Používáme stabilní jeřáby sloupové – dericky s podpěrami nebo kotvené lany a stabilní lanové jeřáby se dvěma stožáry. Hydraulická doprava má několik technických možností související s tlakovou vodou. U povrchové těžby se dobře uplatnily hydromonitory a od nich splavování písku samospádem. Další přemístění rozplavených těžených sklářských písků zajistí kalová čerpadla. Nasazení nízkotlakých i vysokotlakých čerpadel patří k základnímu vybavení sacích bagrů pro těžbu štěrkopísku při těžbě z větších hloubek. Původní záměry odstraňovat skrývky splachováním narazily na velké obtíže. Nestačí vybrat vhodný nízko položený prostor pro splavený materiál. Použitá voda se má do tryskačů vrátit zpět vyčištěná a splavený skrývaný materiál ponecháme stabilizovaný na trvalé deponii. Naplavení do kotliny nebo starého lomu bylo příhodné, ale není vždy dobrým řešením. SPSKS Přeprava skrývek lanovkou rozšiřuje možnosti manipulace materiálem. Lanovka svou poměrně křehkou konstrukcí může převážet ve vozících jen menší objemy. Lanovky se dříve používalo, hlavně pro velké přepravní vzdálenosti v členitém terénu. Výkonnost lanovky ovlivňovala rychlost vozíků, kapacitu zařízení objem koreb a rychlost vyprazdňování vozíků. Současné instalace lanovek v ČR dožívají. V porovnání s automobilovou dopravou mají velkou přednost. Nepřekáží ostatnímu automobilovému provozu. Nejsou hlučné, neprodukují exhaláty, ale jednotlivé přejezdy nad komunikacemi musí být bezpečné (nesmí se uvolňovat přepravovaný materiál z korby). Skipy jsou těžební nádoby a používají se při povrchové těžbě u hlubokých lomů k manipulaci s odpady. Dosud jsou typické skipy (z rudného hornictví) v kamenolomech na těžbu bloků zastoupeny korbami s otevíratelnými dny (obsah 1 m³). Uložení skrývkových hmot Materiál ze skrývek ukládáme na výsypkách nebo přechodně na odvalech. Odval je pouze dočasné uložení jakéhokoliv materiálu. Podle způsobu založení výsypky rozdělujeme na převýšené a svahové. U převýšených výsypek vytváříme nový výškový profil v terénu. Pro svahové výsypky je charakteristické navážení materiálu do hlubších jam a následně je skrývkovým materiálem vyplňujeme do roviny nebo mírně sklonitých ploch vhodných pro následnou rekultivaci. 70 Obr.50 Způsoby zakládaných výsypek podle typů; A – převýšené, B – svahové. Podle druhu ukládaného materiálu ze skrývek rozlišujeme skládky půdní (ornice) a skládky na ostatní skrývkový materiál. Podle umístění skrývkového materiálu rozdělujeme výsypky na: 1. vnitřní výsypky – založené ve vytěžené části dobývacího prostoru, SPSKS 2. vnější výsypky – založené mimo lom. Vnitřní výsypky jsou výhodné ekonomicky (nižší náklady na přepravu), a jsou šetrné k okolnímu dobývacímu prostoru. Problémem je vybrat v dobývacím prostoru plochu, kde je těžba již nerealizovatelná, bez zásob nerostu a navíc i vhodná pro budoucí rekultivaci. Neřešitelnost problému některé vnitřní výsypky podmiňuje oprávněnost řešit ukládání skrývek mimo dobývací prostor. Vnější výsypky jsou náročné na přepravu hmot. Časový horizont pro dokončení rekultivace ploch se tím nekrátí. Obr. 51 Využití dozeru na shrnování vyklopené skrývky z planiny Podle způsobu obsluhy organizujeme plnění výsypek ručním naváděním vozů (směr i zastavení vozů na hraně u problematických skládek) nebo s mechanizací. Volí se kombinace postupného vyklápění obsahu na upravenou rovinu a následné shrnování většího množství navážky dozerem. Při navážení se využívá více stran navážení z plošiny (např. třístranné) 71 Obr.52 Půdorys třístranného navážení skrývek auty na výsypku Projektování výsypek Projekt musí obsahovat propočet pro celkový objem ukládaných hmot. Stanoví se celkové parametry, generální sklony svahů, ochranné pásmo výsypky. Určí se metoda zakládání (technologická zařízení, postupy, roční výkony). Připraví se plán odvodňovacích prací. V závěru projektu je plán rekultivace výsypky. Základní parametry výsypky jsou určeny délkou, šířkou a výškou. Svahy udržujeme pod úhly zohledňující ukládaný materiál. Výška výsypky je podmíněna fyzikálně mechanickými vlastnostmi podloží a charakterem výsypkových hornin. Výšku projektujeme podle druhu dopravy a zohledníme také plochu výsypky. SPSKS plošina Podloží Obr.53 Základní parametry výsypky Svah výsypky, který ujíždí, překročil kritickou výšku. Příčin, které způsobily tento stav, je více. Navážení materiálů různé zrnitosti, kusovosti, nepravidelné způsoby ukládání, nerespektování plánovaného generálního svahu výsypky, intenzivní srážky atd. Vnější výsypku určíme do prostoru, kde není ložisko užitkového nerostu. Vybíráme plochy nevhodné pro zemědělskou výrobu. Hledáme místa s dobrým přístupem i pro rozměrnější dopravní prostředky. Výhodný tvar výsypky je kruhový. Nejhůře se obsluhují plochy zúžené a protažené do úzkého obdélníku. 72 Kapacita výsypky Kapacitu stanovíme z objemu uloženého materiálu. Vycházíme z ročního postupu těžby. Objem přemístěných skrývkových hmot za plánované období je zvýšen nakypřením rozpojené a převážené hmoty. Kapacitu výsypky propočítáváme podle prostoru který potřebujeme naplnit. Stabilita výsypek Skrývky zakládáme na stabilním terénu. Nemají se zakládat na členitém, zvodnělém a málo únosném terénu. Výsypný prostor u vnitřních výsypek nemá ležet výš než je otočný bod lomu. Stabilita výsypky je závislá na stabilitě podloží a druhu ukládaného skrývkového materiálu. Další nepříznivé parametry můžeme upravit. Při nepříznivé výšce jsou vytvořeny podmínky pro větší stabilitu svahu zmenšením úhlu nebo odlehčením výsypky etáže vytvořením více výsypkových etáží. SPSKS Obr.54 Schéma výpočtu kapacity výsypky; Av – roční postup, Vs – roční objem skrývek, Vv – objem výsypky, Lv – délka tělesa výsypky, hv – výška výsypky, f – koeficient nakypření skrývky. Odvodnění svahu je prováděno na velkoobjemových výsypkách hmědouhelných dolů. Odvodnění drenážováním je náročné, ale přítomná voda pod výsypkou je stále pod kontrolou v pozorovacích vrtech. Nejméně stabilním skrývkovým materiálem jsou jíly. Destabilizujícím činitelem ve skrývkovém tělese s převahou jílů je přítomnost většího % vody. Doporučená maximální 73 výška výsypky je do 6 m. U jílovitých skrývek jsou sklony výsypek s nedrenovanou podlážkou 1 : 8 až 1 : 16, u drenovaných podlážek 1 : 6,4 až 1 : 9,6. Organizace provádění skrývek Průběžné provádění skrývek je vhodné pro velký objem skrývkových hmot. Celoroční činnost zajistí lepší využití dostupné mechanizace. Příkladně velkolomy na hnědé uhlí jsou zcela závislé na takém postupu skrývkových prací. Objem odklizených skrývek k objemu těženého hnědého uhlí je velmi nepříznivý. Odkliz skrývek prakticky nelze zastavit pokud těžební organizace musí těžit uhlí. Etapové provádění skrývek řeší odklizení menších objemů. Pracuje se na zajištění většího předstihu, např. na jeden až dva roky. S ohledem na cyklický způsob práce při skrývání mohou být prováděné vlastními silami nebo dodavatelsky. Příloha : Skrývkové práce Zadání úkolu č. 1 Navrhněte provedení skrývkových prací na provozovně pro výrobu drceného kameniva s plánovanou roční produkcí 340 000 tun. Základní údaje z lomu mocnost 1. etáže SPSKS H1 = 25 m průměrná mocnost skrývky Hs = 1,1 m délka těžební fronty Lt = 120 m délka skrývkové etáže Ls = 160 m roční produkce drceného kameniva Gr = 340 000 t objemová hmotnost těžené horniny ρ(ró) = 2,8 t/m3 bezpečnostní předstih skrývky B = 20 m zatřídění skrývkových hornin 3. třída – 30 % 4. třída – 70 % Výpočet roční těžby lomu Gr + 20 % Gr 340 000 + 68 000 VR = ------------------- = --------------------- = 123 857,14 … 123 850 m3/rok ρ 2,8 Výpočet ročního postupu těžební stěny v jednoetážovém lomu ( A ) Vr 123 850 A = --------------- = ----------------- = 41,285 … 41,3 m Hl * Lt 25 * 120 Stanovení množství skrývky k zajištění roční těžby Rostlý objem skrývky (roční postup) 74 Vs = Hs * Ls * A = 1,1 * 160 * 41,3 = 7 268,8 m3/rok …7 269 m3/rok Skrytá plocha skrývky ( Fs ) Fs = Ls * A = 160 * 41,3 = 6 608 m2/rok Návrh postupu skrývání Těžba skrývky se u 3. a 4.třídy provádí rýpáním lopatovým rýpadlem. Celkové množství skrývky bez humusu představuje objem Vs = 7269 m3 Skrývané hmoty se odvezou mimo DP na výsypku ve vzdálenosti 2,5 km. Výkon rýpadla Použijeme rýpadla typu s výškovou lopatou o objemu 1 m3 Výpočet teoretického výkonu rýpadla ( Qt ) V - obsah lopaty (volím 1 m³), tc – časová délka nakládání (volím 20 – 40 s…. = 30 s), kp - koeficient naplnění (volím … 0,85- do 1 m³ = 0,85), q – objemová hmotnost rozpojeného materiálu (volím… 1,5 – 2,5 t/m³ = 1,8 t/m³), 3600 Qt = -------- * V * kp * q = (3600/30) * 1,0 * 0,85 * 1,8 = 183,6 t/h tc SPSKS Doba jednoho cyklu Tc … 30 s (možno zjistit časovým snímkem) Nakládání teoreticky bez přestávek .. (2*60*8 hodin = 960 cyklů; volte podle vlastní úvahy = 480 cyklů), Počet cyklů za směnu X … 480 Čas cyklu převedený na hodinu … tc = 30/(60*60) = 0,00833 h Účinnost nakládacího stroje (η): X * Tc η = ---------- 480 * 0,00833 = ---------------------------= 0,533 Tsm 7,5 Efektivní výkon práce rýpadla: Qef. = Qt * η = 183,6 * 0,533 = 97,86 t/h …100 t/h Doba provádění skrývkových prací (bez humusu) ( Ts ) Vs 7 269 Ts = --------- = -------------- = 74,28 h … 74,3 h Qef 97,86 75 Výpočet dopravy K odvozu skrývek na výsypku použijeme vozidlo s nosností 25 t Počet vozidel pro jedno rýpadlo: K – počet cyklů plnění vozidla, Qh – hodinový výkon nakládacího stroje (t/h-1), Gv – nosnost vozidla (t), tc – časová délka dopravního cyklu (min), tj – doba jízdy (min), 60 Qh tp = ------; 11 12 ln K = -------- ; tj = 60 * ( ----- + ----- + …-----) K Gv v1 v2 vn tc = tjv + tp + tjp + tv; 60 K f´= ------- ; tc N = -------- , f´ SPSKS tjv – doba jízdy prázdného vozidla (min), tjp – doba jízdy plného vozidla (min), tv – doba výsypu vozidla (min), l1, l2 – délka trasy vozidla (min), v1, v2 – rychlost jízdy v dané trase vozidla (km/h-1), f´- frekvence vozidel, N – počet vozidel potřebných pro plynulý provoz. Zadání dopravy: • • • • • • • průměrný výkon nakládání nosnost vozidla dopravní vzdálenost plného vozidla dopravní vzdálenost prázdného vozidla průměrná rychlost plného vozidla průměrná rychlost plného vozidla doba vyklápění vozidla Qh = 100 t/h, Gv = 25 t, l1 = 2,4 km, l2 = 2,6 km, v1 = 15 km/h, v2 = 25 km/h, tv = 0,5 min. Výpočet: K = Qh / Gv = 100 / 25 = 4 cykly, Tp = 60 / K = 60 / 4 = 15 min, tjp = (2,4 / 15) * 60 = 9,6 min, tjv = (2,6 / 25) * 60 = 6,24 min, 76 tc = tjv + tp + tjp + tv = 6,24 + 15 + 9,6 + 05 = 31,34 min, f´= 60 / tc = 60 / 31,34 = 1,914 počet vozových frekvencí, N = K / f´= 4 / 1,914 = 2,08 vozů, zaokrouhleně 2 vozidla. Výpočet ztrátové doby vozů ( tz ) z upraveného cyklu ( tc´), S = počet vozů, tc´= tp * S = 15 * 2 = 30,00 min tz = tc - tc´ = 31,14 – 30,00 = 1,14 min; z toho vyplývá čekací doba rýpadla Časové využití dopravy ( Dč ) Dč = (tc/tc´) * 100 = (31,34 / 30,00) * 100 = 104,46 % Kontrola nosnosti vozů ( Gn, Gv, Gp) Nosnost vozidla Gv = 25 t Objem vozu Vv = 12 m3 Obj.hmotnost nakypř.stavu skrývky ρn(ró) = 1,8 t/m3 Nosnost vozidla povolená Gp Gp = Gv - 10% Gv = 25 - 2,5 = 22,5 t Gn = V * ρn = 12 * 1,8 = 21,6 t SPSKS Gn < Gp ….. 21,6 < 22,5 Kontrola nosnosti vozů ( Gn ) jiný výpočet!!! Zatížení snížené o 10 % Objem vozu V = 12 m3 Koef.nakypřenosti f = 1,5 ρ = 2,8 t/m3 Objemová hmotnost Převážený náklad Gn = V * ρ * (1 / f) = 12 * 2,8 * ( 1 / 1,5) = 22,4 t Gp = Gv - 20% Gv = 25 - 5 = 20,0 t Gn > Gp = 22,4 > 20; nakládání nevyhovuje! Výsypka Objem výsypky naplněný během roku (bez uvažovaného zhutnění) Vv = Vs * f = 7 269 * 1,5 = 10 903,5 m³ …10 900 m³ Roční postup volíme konstantní. Výpočet délky výsypky při výšce nasypání 5 m … Hv = 5 m 77 Vv 10 900 Lv = -------- = ---------------- = 52,78 m … 53 m Hv * A 5 * 41,3 Kapacita výsypky byla propočtena v objemu 550 000 m³. K danému roku plánovaných skrývek je zde již uloženo 120 000 m³. Výhled využití výsypky je tedy stanoven na dobu x let, tj….. Stávající objem výsypky … 150 000 – 35 000 = 115 000 m³ Plánovaný postup skrývání za roky 2009 –2010 = 10 900 m³ Předpokládaná životnost včetně při průměrných ročních skrývkách 5 000 m³ 115 000 / 5 000 = 23 roků Přehled použitých mechanizmů a pracovních sil Příklad činnosti Příklad strojního zařízení Profese shrnování humusu buldozer řidič buldozeru nakládání humusu nakladač nebo rýpadlo řidič rýpání hmot třídy 3. a 4. rýpadlo bagrista vrtání ve třídě 5. vrtací souprava vrtač trhací práce střelmistr+pomocník --- nakládání skrývky rýpadlo odvoz skrývky dumper, nákl.vozidlo SPSKS bagrista řidič Poznámka k vypracování technických podkladů! Všechny výpočty lze podle okolností zaokrouhlovat! Obsah práce: Technická dokumentace s výpočty. Formát A4, normalizovaná úprava (zleva 25 mm svislé volné pole, ostatní okraje 15 mm). Výkresy. Situace lomu a výsypky (jen schématické zobrazení etáže, skrývkové etáže, deponie humusu včetně popisu a přehledných kót), M 1:1000. Řez skrývkovou a těžební etáží (graficky odlišit hmoty), M 1:500. Harmonogram cyklu rýpadla, A4. Harmonogram cyklu dopravy, A4. 78 Odborná literatura [1]Dojčár O., Horký J., Kořínek R., Trhacia technika, Ostrava, Montanex a.s., 1996. [2]Klimecký O. a kol.: Systémové projektování povrchového dobývání, Ostrava, VŠB, 1984. [3]Klimecký O. a kol.: Lomové dobývání ložisek I a II, Praha SNTL, 1988. [4]Lux J., Šeděnka K.: Přehled horních předpisů pro povrchové dobývání, Brno, Těžební unie, 2007. [5]Mečíř R.,Válek D.:Novodobá vrtací a trhací technika, Praha SNTL, 1969. [6]Montanex, s.r.o. Učební texty základních střelmistrovských kurzů pro výuku předmětu „Prostředky trhací techniky“,Ostrava, 1991. [7]Pokorný Vl. A kol.: Hornictví I, Praha SNTL, 1986. [8]Ročenka MŽP: Surovinové zdroje České republiky nerostné suroviny, Praha Geofond, 2007. [9]Sborník: Prostředky vrtací techniky, Praha UTEIN, 1963. [10] Slivka Vladimír a kol.: Těžba a úprava silikátových surovin, Praha, Silikátový svaz, 2002. [11] Smetánka J., Kalát J., Stočes J.: Lomové dobývání ložisek I, Praha SNTL, 1986. [12] Volf M.: Materiály pro těžbu a zpracování kamene, Praha SNTL, 1984. [13] Volf M.: Těžba a zpracování kamene, Praha SNTL, 1983. [14] Hájek V., Kroupa J.: Technologie a provoz lomů a štěrkoven, Praha SNTL, 1964 [15] Kohn Vlastimil: Těžba štěrkopísků z vody, Praha, Nakladatelství dopravy a spojů 1980 [16] Drlík R.: Písky a štěrky ve stavebnictví, Praha, Práce 1957 SPSKS Prospektový materiál firem Atlas Copco Secoroc AB, Fagersta, Švédsko. Benetti macchie Carrara, Itálie, Böhler Kapfenberg, Rakousko, Diamant Boart s.a., Brusel, Belgie, Pellegrini meccanica s.p.a., Verona, Itálie, Ingersoll-Rand Phillipsburg, N.Jersey, Reiter a Crippa Vinercate, Itálie, Eichhoff, Hochům, SRN, Phoenix-Zeppelin CAT, Volvo BM AB Eskilstuna, Švédsko, Unex, a.s. Uničov, Liebherr, Broyt Soyland, a.s. Bryne, Norsko, Orenstein a Koupel a.s. Berlin, SRN,Alpina, Vídeň, Rakousko, Ridinger, Mannheim, SRN, Franta a.s. Břeclav, Hardox, Oxelösund, Švédsko, Krušnohorské strojírny a.s. Most-Komořany ČR, Daewoo, Soul, Korea. 79 SPSKS 80 SPSKS
Podobné dokumenty
Vývoj počtu obyvatel obce :
ROK
cenové podmínky 2012/ ii - Cenová soustava RTS DATA
zařízení nebo nosný materiál dodány ve větším stupni hotovosti, než který byl ve ceníku
uvažován, se tvoří individuální kalkulací.
Pro skupinu 29 „ Elektromontáže – údržba „ platí ustanovení úvodu ...
TZK-2
Elektrotechnická dílna je zaměřena na udržení bezporuchového provozu.
Po trafostanice jsou opravy v kompetenci správce sítí. Ostatní vybavení provozů
nízkým napětím včetně všech slaboproudých signa...
Millenium Ecosystem Assessment
Strany Úmluvy o biologické rozmanitosti, Úmluvy o boji proti
desertifikaci, Ramsarské úmluvy o mokřadech a Úmluvy o ochraně
stěhovavých druhů volně žijících živočichů požádaly MA, aby jim poskytla
...
studie CITY logistika města Brna
dopravy a propojovat větší územní celky, v současné době je z důvodu stavební nedokončenosti na
většině své trasy stále veden v dopravně nevhodném prostředí nebo po kapacitně již naplněných
komunik...
sborník ke stažení zde - Setkání jeskyňářů v Českém krasu
vápence devonského stáří. Ten zde byl po staletí těžen tzv. po selsku a od 70. let 19. století
průmyslově. Od 50. let 20. století je ložisko těženo Velkolomem Čertovy schody. Postupně
bylo ložisko ...
Prevence nehod a havarii_2.dil_Kapitola 6
Častou příčinu a zároveň motivující prvek vzniku teroristických aktivit představuje
odpor proti oficiální vládě a jejímu řízení nad určitým územím. Tato příčina bývá
mnohdy velmi úzce spjata s další...
