Открытая геотехнология

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

В.Н. Вокин, Е.В. Кирюшина, М.Ю. Кадеров  

ОТКРЫТАЯ  
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ 

 
 
Практикум 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2018 

 

УДК 622.015(07) 
ББК  33.22я73 
В662 
 
Р е ц е н з е н т ы:  
И. В. Зеньков, доктор технических наук, старший научный сотрудник 
Красноярского филиала Института вычислительных технологий Сибирского отделения РАН – Специальное конструкторско-технологическое 
бюро «Наука»; 
А. Г. Михайлов, доктор технических наук, заведующий лабораторией проблем освоения недр Института химии и химической технологии Сибирского отделения РАН 
 
 
 
 
 
 
 
Вокин, В. Н. 
В662 
 
Открытая геотехнология : практикум / В. Н. Вокин, Е. В. Кирюшина, М. Ю. Кадеров. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2018. – 
132 с. 
ISBN 978-5-7638-3852-7 
 
Структура практикума и характер изложения предусматривают проведение практических занятий (по индивидуальным заданиям), направленных 
на приобретение умений и навыков проектирования технологических аспектов открытых горных работ, самостоятельное изучение учебников и лекционного материала, использование в ходе занятий необходимых справочных 
материалов и нормативных документов. 
Практикум предназначен для подготовки дипломированных специалистов, бакалавров и магистров по направлению 210504 «Горное дело». Может 
быть использован при курсовом и дипломном проектировании, в том числе 
и студентами других горных специальностей. 
 
Электронный вариант издания см.: 
УДК 622.015(07) 
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 33.22я73 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-3852-7 
© Сибирский федеральный 
университет, 2018 

Оглавление 

3 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
 
Предисловие .................................................................................................  
5 
 
Основные элементы горнопромышленного комплекса .....................  
7 
Занятие 1. Оценка горно-технологических  
характеристик горных пород .....................................................  
7 
Занятие 2. Общие сведения об открытых горных работах .......................  14 
Занятие 3. Определение главных параметров карьера ..............................  20 
Занятие 4. Выбор основного оборудования и режим  
работы карьера ............................................................................  24 
 
Технологические процессы открытых горных работ ..........................  30 
Занятие 5. Расчет параметров взрывных скважин  
и производительность бурового станка ....................................  30 
Занятие 6. Расчет параметров скважинных зарядов ..................................  38 
Занятие 7. Определение параметров забоя. Производительность  
и парк экскаваторов ....................................................................  50 
Занятие 8. Эксплуатационный расчет колесного транспорта ..................  57 
Занятие 9. Определение параметров отвальных работ..............................  65 
 
Вскрытие карьерных полей и системы разработки ............................  74 
Занятие 10. Вскрытие рабочих горизонтов карьера ..................................  74 
Занятие 11. Расчет основных параметров системы разработки ...............  84 
 
Разработка месторождений строительных горных пород ..................  94 
Занятие 12. Особенности разработки песчано-гравийных 
месторождений ..........................................................................  94 
Занятие 13. Особенности горных работ на щебеночных карьерах ..........  97 
Занятие 14. Вскрытие и система разработки на карьерах  
о добыче природного камня .....................................................  99 
 
Технология и механизация разработки горных пород 
гидравлическим способом .........................................................................  105 
Занятие 15. Общие сведения о разработке горных пород 
гидравлическим способом .......................................................  105 
Занятие 16. Способы разработки с применением плавучих 
земснарядов ...............................................................................  109 
Занятие 17. Технология разработки россыпных  
месторождений драгами ...........................................................  110 
Занятие 18. Особенности добычи полезных ископаемых  
со дна морей и океанов .............................................................  114 

Оглавление 

4 

Заключение ...................................................................................................  118 
 
Библиографический список ......................................................................  119 
 
Приложения ..................................................................................................  121 
Приложение 1 ................................................................................................  121 
Приложение 2 ................................................................................................  122 
Приложение 3 ................................................................................................  123 
Приложение 4 ................................................................................................  124 
Приложение 5 ................................................................................................  125 
Приложение 6 ................................................................................................  126 
Приложение 7 ................................................................................................  127 
Приложение 8 ................................................................................................  128 
 
 
 

Предисловие 

5 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
 
Приобретение в процессе обучения регламентированных государственным образовательным стандартам (ГОС) компетенций, творческого 
инженерного мышления при определении параметров и показателей технологических схем, систем вскрытия и разработки месторождений полезных ископаемых невозможно без самостоятельного выполнения соответствующих расчётов и графических построений, понимания основных закономерностей и взаимосвязей открытых горных работ. 
Цель настоящего практикума состоит в том, чтобы закрепить знания, 
полученные на лекциях, помочь студентам глубже усвоить материал одной 
из профилирующих дисциплин «Открытая геотехнология» в объёме, предусмотренном ГОС и учебным планом специальности 210504 «Горное дело» по специализации «Открытые горные работы». 
Он охватывает основные разделы дисциплины, предполагая усвоение каждой темы на одном-двух практических занятиях. 
Построение предлагаемого издания ориентировано на самостоятельную работу студентов над изучаемым материалом, проработку рекомендуемой учебной литературы. Система изложения материала каждого занятия сочетает теоретические основы и необходимые расчёты, выполняемые 
поэтапно. 
Изложение учебного материала в практикуме направлено также на 
оказание помощи студентам при выполнении курсовых проектов по специальности. 
За период времени с момента последнего издания практикума по 
этой дисциплине изменилась методология проведения занятий, в учебный 
процесс внедрены ГОС третьего поколения, что потребовало переработки 
и дополнения учебного пособия, а также создания электронной версии. 
В подготовке учебного пособия наряду с основными авторами принял участие В. Н. Морозов. 
Авторы благодарны коллективу кафедры открытых горных работ 
ИГДГиГ СФУ в подготовке рукописи, а также рецензентам, высказавшим 
ценные замечания и пожелания. 
Так как изложение материала в предлагаемом издании отличается от 
традиционного, преподавателям, ведущим практические занятия, предстоит решать ряд проблем. 
При подготовке к занятиям необходимо тщательное изучение содержания очередного занятия и соответствующих литературных источников.  
На первом практическом занятии рекомендуется напомнить о структуре и порядке оформления отчётов, регламентированным СТО 4.2–07–2014 

Предисловие  

6 

«Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности» [15], 
а также разъяснить, каким образом будет проходить их защита. 
Если очередное практическое занятие опережает лекции, преподаватель обязан сделать краткое теоретическое введение, в котором должны 
быть изложены базовые элементы и понятия. 
Необходимо также пояснить методику составления разрезов (профилей) по простиранию и вкрест простирания залежи, плана карьера, порядок 
проектирования трассы траншей. Учитывая, что большинство практических занятий будет связано с графическими построениями, студенты 
должны постоянно иметь при себе чертёжные принадлежности. 
Рекомендуется приносить на занятия учебники, учебные пособия 
и справочники, которые необходимы для выполнения индивидуального задания. 
Поскольку уровень подготовки отдельных студентов может существенно различаться, представляется целесообразным разъяснять сущность 
и порядок выполнения каждого этапа занятия. В ряде случаев может оказаться полезным принимать защиту отчёта не целиком, а поэтапно. 
Защита отчётов должна проходить в форме собеседования, чтобы 
студент мог научиться технически и терминологически грамотно формулировать свои ответы на контрольные вопросы. 
В идеале занятие должно быть построено таким образом, чтобы оно 
не только помогло студенту усвоить изучаемый материал, но и указывало 
бы на необходимость его посещения, так как в противном случае могут 
возникнуть непредвиденные затруднения. 
 
 

Основные элементы горнопромышленного комплекса 

7 

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ  
ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА 

Занятие 1. Оценка горно-технологических  
характеристик горных пород 

 
Цель занятия. Классифицировать заданные горные породы по наиболее характерным признакам, используемым при определении параметров и показателей производственных процессов. 
 
Краткое теоретическое введение 
В развитии человеческого общества непреходящее значение имеют 
горное дело и сельское хозяйство, являющиеся источниками естественного 
сырья. Комплекс технологических процессов по его переработке направлен на приспособление природных богатств к потребностям человека. 
Природные химические соединения встречаются в земной коре (литосфере) в виде образований (минералов), приблизительно однородных по 
своему составу, внутреннему строению и физическим свойствам. Подавляющее число минералов – твердые кристаллические вещества. 
Горными породами называют естественные минеральные агрегаты 
более или менее постоянного состава и строения, слагающие литосферу 
в виде самостоятельных геологических тел. Горные породы состоят из одного (например, толща гипса, каменной соли) или нескольких минералов. 
По происхождению горные породы подразделяют на магматические, 
или изверженные (гранит, диорит, базальт и др.), осадочные (известняк, 
глины, пески, песчаники и др.) и метаморфические (гнейс, кристаллические сланцы, мрамор и др.). 
Магматические горные породы возникают при остывании и отвердении магмы и лавы; осадочные образуются посредством накопления (осаждения) продуктов разрушения земной коры на дне водоемов и водотоков; 
метаморфические представляют собой глубоко измененные осадочные 
и магматические породы под влиянием высоких давлений и температур. 
Природные минеральные вещества, которые могут быть использованы человеком для его нужд, называют полезными ископаемыми (минеральным сырьем). Породы, имеющие полезные ископаемые, заключенные в их 
толще в виде прослоев, прожилков и не используемые в народном хозяйстве, считают пустыми породами. 
Полезные ископаемые бывают газообразными (природный газ), жидкими (нефть) и твердыми. Настоящая дисциплина рассматривает только 
вопросы добычи твердых полезных ископаемых. 

Открытая геотехнология 

8 

Различают полезные ископаемые: металлические (рудные) – сырье 
для производства черных, цветных, благородных, редких и радиоактивных 
металлов; неметаллические – сырье для металлургической (доломит, магнезит и др.), химической (сера, бор, фосфориты и др.) и других отраслей 
промышленности; горючие (уголь, горючие сланцы, торф и др.); строительные горные породы (граниты, мраморы, гравий, глины и др.).  
Совокупность свойств, определяющих степень пригодности и экономической эффективности использования, называют качеством полезного ископаемого. Одни качественные свойства относят к полезным (например, теплоту сгорания угля, содержание извлекаемых металлов для руд), 
другие – к вредным, (например, зольность угля, высокую влажность, содержание примесей, затрудняющих плавку руд).  
Естественные скопления полезных ископаемых в земной коре называют месторождениями. Месторождение будет промышленным, если его 
разработка целесообразна в данных экономических и географических условиях при современном уровне техники и технологии. В противном случае его считают непромышленным. 
Массу или объём минерального сырья, заключенного в недрах на определенной площади, считают запасами полезных ископаемых. По народнохозяйственному значению выделяют запасы: балансовые, использование которых экономически целесообразно, и забалансовые, которые могут быть объектом промышленного освоения, но использовать их в настоящее время 
экономически невыгодно. К промышленным относят часть балансовых запасов, за исключением проектных потерь. Проектные потери – это часть балансовых запасов, проектируемая к безвозвратному оставлению в недрах. 
Уровень развития и экономический потенциал государства зависят от производства и потребления минерального сырья. По расчетам экономистов, среди 
природных ресурсов, используемых для удовлетворения потребностей общества, минеральные вещества составляют 80 %, а потребляемую энергию производят на 90 % за счет тепла, получаемого при сгорании полезных ископаемых: нефти, газа, угля, торфа. Достаточная обеспеченность общественного 
хозяйства минерально-сырьевыми ресурсами – непременное условие высоких темпов его развития и национальной безопасности государства [4]. 
 
Порядок выполнения  
Этап 1. Классификация горных пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова 
Студенты знакомятся с исходными данными индивидуального задания по номеру варианта, выданному преподавателем (табл. 1.1, 1.2). Исходные данные студенты выбирают по двум цифрам варианта: первая 
цифра – вариант исходных данных (табл. 1.1), вторая – характеристика 
горных пород (табл. 1.2). 

 

 

Таблица 1.1 
Исходные данные 
 

Показатель 
Первая цифра номера варианта 

0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 

Годовая производительность карьера по 
руде, млн т. 
2 
3 
4 
5 
7 
9 
10 
12 
14 
15 

Расстояние транспортировки, км 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 

Горизонтальная мощность рудного тела, м 
120 
100 
80 
90 
110 
130 
150 
140 
120 
100 

Длина рудного тела, м 
500 
700 
900 
1000 
1200 
1500 
1700 
2000 
2500 
3000 

Угол падения рудного тела, град 
50 
55 
60 
65 
70 
80 
70 
65 
60 
55 

Мощность наносов, м 
10 
15 
20 
10 
15 
20 
20 
10 
15 
20 

Мощность прослойков пустых пород, м 
10 
15 
– 
10 
15 
20 
15 
20 
10 
– 

Климатический район 
Южный 
Средний 
Северный 
Южный 
Средний 
Северный 
Южный 
Средний 
Северный 
Южный 

 
Таблица 1.2 
Характеристика горных пород 
 

Показатель 
Вторая цифра номера варианта 

0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 

Коэффициент крепости пород по шкале 
проф. М.М. Протодьяконова 
11 
16 
7 
5 
12 
15 
8 
6 
10 
9 

Плотность горной породы, т/м3 
2,9 
3,2 
2,3 
2,1 
3,0 
3,1 
2,6 
2,2 
2,7 
2,5 

Коэффициент трещиноватости  
0,8 
0,9 
0,6 
0,5 
0,55 
0,75 
0,3 
0,4 
0,65 
0,7 

Обводненность пород 
Сухие 
Обводненные
Сухие 
Обводненные 
Сухие 
Обводненные
Сухие 
Обводненные
Сухие 
Обводненные 

Граничный коэффициент вскрыши, м3/м3
3 
4 
5 
6 
7 
8 
7 
6 
5 
4 

Открытая геотехнология 

10 

При бурении и взрывании эффективность разрушения горных пород 
определяется различными свойствами. Это связано с тем, что при бурении 
зона разрушения под лезвием инструмента имеет небольшие размеры и зависит от микросвойств горных пород: твердости, прочности, абразивности, 
зернистости, вязкости и т. д. 
При взрывании на карьерах и подземной разработке месторождений 
эффективность дробления массива зависит от прочности пород на сжатие 
и сдвиг, а также степени пористости и трещиноватости, прочности и разрушаемости отдельностей, слагающих массив при соударении и их плотности.  
Твердость и абразивность влияют главным образом на износ инструмента при бурении, выбор величин осевого усилия на буровой инструмент 
и частоты его вращения. 
К числу наиболее важных свойств горных пород в массиве относятся 
крепость, твердость, вязкость, устойчивость, трещиноватость и др. 
Крепость характеризует способность пород сопротивляться разрушению под действием внешних воздействий. 
Свойства горных пород изменяются в очень большом диапазоне. 
Трудно найти на разных участках месторождения хотя бы две по минералогическому составу породы с одинаковыми свойствами. Поэтому принято 
их объединять в виды, группы, категории и классы с определенным диапазоном свойств. Наибольшее распространение получила классификация 
горных пород по крепости, предложенная профессором М. М. Протодьяконовым, в основу которой положен коэффициент крепости f, который характеризует прочность горных пород на раздавливание при одноосном 
сжатии. Принято, что порода с прочностью на раздавливание 100 кгс/см2 
(9,8·106 Н/м2) или 10 МПа имеет коэффициент крепости, равный единице, 
т. е. f = σсж/100, где σсж – прочность породы при сжатии. 
М. М. Протодьяконов считал, что коэффициент крепости характеризует породу во всех производственных процессах, т. е. если данная порода 
крепче другой в некоторое количество раз, например при бурении, то она, 
как правило, во столько же раз крепче ее при других производственных 
процессах, например при взрывании. 
 
Таблица 1.3 
Классификация пород М.М. Протодьяконова 
 
Категория 
пород 

Степень 
крепости 
Породы 
Коэффициент крепости f 

Группы 
пород по
СНиП 

I 
В высшей 
степени 
крепкие 

Наиболее крепкие, плотные и вязкие 
кварциты и базальты, исключительные но 
крепости другие породы 
≥20 
XI 

Основные элементы горнопромышленного комплекса 

11 

Окончание табл. 1.3 
 
Категория 
пород 

Степень 
крепости 
Породы 
Коэффициент крепости f 

Группы 
пород по
СНиП 

II 
Очень 
крепкие 

Очень крепкие гранитные породы. Кварцевый порфир, очень крепкий гранит, 
кремнистый сланец, Менее крепкие, чем 
указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки 

15–19 
X 

III 
Крепкие 

Гранит (плотный) и гранитные породы. 
Очень крепкие песчаники и известняки. 
Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды 

11–14 
IX 

IIIa 
То же 
Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. 
Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, 
Доломит. Колчеданы 
9–10 
VIII 

IV 
Довольно 
крепкие 
Обыкновенный песчаник. Железные руды 
7–8 
VII 

IVa 
То же 
Песчанистые сланцы. Сланцевые песчаники 
4–6 
VI 

V 
Средние 
Крепкий глинистый сланец. Некрепкий 
песчаник и известняк, мягкий конгломерат 
4 
V 

Va 
То же 
Разнообразные 
сланцы 
(некрепкие), 
плотный мергель 
3 
V 

VI 
Довольно 
мягкие 

Мягкий сланец. Очень мягкий известняк, 
мел, каменная соль, гипс. Разрушенный 
песчаник, сцементированная галька и 
хрящ, каменистый грунт 

2 
IV 

VIa 
То же 

Щебинистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшийся сланец, слежавшаяся 
галька и щебень, крепкий каменный 
уголь. Отвердевшая глина 

1,5 
IV 

VII 
Мягкие 
Глина 
(плотная). 
Мягкий 
каменный 
уголь. Крепкий нанос, тинистый грунт 
1 
IV 

VIIa 
То же 
Легкая песчаная глина, лесс, гравий 
0,8 
IV 

VIII 
Землистые 
Растительная земля, Торф, легкий суглинок, сырой песок 
0,6 
III 

IX 
Сыпучие 
Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпная 
земля, добытый уголь 
0,5 
II 

X 
Плавучие 
Плывуны, болотистый фунт, разжиженный лесс и другие разжиженные грунты 
0,3 
I 

 
Классифицируют заданную породу по величине коэффициента крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова и по шкале крепости СНиП 
(табл. 1.3). 

Открытая геотехнология 

12 

Этап 2. Классификация горных пород по трещиноватости 
и взрываемости 
Трещиноватость характеризуется частотой и пространственным расположением трещин в массиве горной породы, которыми он разделен на 
отдельности различных размеров. Монолитных, т. е. не имеющих трещин, 
пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых 
практически не встречается. 
Естественная трещиноватость горной породы определяется геологической характеристикой месторождения, т. е. ее генезисом и последующими тектоническими процессами, она дополняется искусственной трещиноватостью, зависящей от ведения взрывных работ. 
Трещиноватость влияет на кусковатость взорванной горной массы 
при массовых взрывах и проходке выработок, их оконтуривание, на выход 
негабарита. Одни и те же по составу породы при интенсивной трещиноватости разрушаются, не образуя негабарита, и, наоборот, при слабой трещиноватости дают большой выход негабарита, худшее оконтуривание сечения. 
Поэтому при выборе методов ведения взрывных работ и установлении допустимого размера куска, проектировании паспортов буровзрывных 
работ при проходке на горном предприятии необходимо учитывать трещиноватость пород. 
Трещиноватость массива характеризуется удельной трещиноватостью: числом открытых трещин всех систем, приходящихся на единицу 
длины прямой, проведенной в произвольном направлении. Величина, обратная удельной трещиноватости, дает среднее расстояние между трещинами, которое численно принимают равным среднему диаметру естественной отдельности [12].  
Все породы по степени трещиноватости или содержанию в массиве 
крупных отдельностей условно разделены на пять категорий (табл. 1.4). 
 
Таблица 1.4

Междуведомственная классификация горных пород  
по степени трещиноватости в массиве 
 

Категория 
трещиноватости 
пород 

Коэффициент 
трещиноватости 
(коэффициент 
структурного 
ослабления) 

Степень трещиноватости 
(блочности) массива 

Средний размер структурного блока, м 

Удельная 
трещиноватость, м–1 

I 
До 0,01 
Чрезвычайно трещиноватые (мелкоблочные) 
До 0,1 
Более 10 

II 
0,05–0,15 
Сильнотрещиноватые 
(среднеблочные) 
0,1–0,5 
2–10