Процессы открытых горных работ

УДК 622.221
ББК 33.22
 
Р41

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253–03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом 
России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124–94). Санитарно-эпидемиологическое заключение 
Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.14
Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением высших учебных заведений 
Российской Федерации по образованию в области горного дела (письмо № 51-16
№ 51-16/379 от 
379 от 

23.12.2014 г.
23.12.2014 г.)

Рецензенты: 

кафедра «Открытые горные работы» Кузбасского государственного технического университета (и.о. зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. П.А. Самусев);
д-р техн. наук, проф. С.А. Ильин (ЗАО «Издательский дом “Руда и Металлы”»)

•

•

© Н.Я. Репин, Л.Н. Репин, 2015
© Издательство «Горная книга», 2015
© Дизайн книги.  
 
Издательство «Горная книга», 2015

ISBN 978-5-98672-378-5 
УДК 622.221
ББК 33.22

Репин Н.Я., Репин Л.Н.
Р41  
Процессы открытых горных работ: Учебник. — М.: Издательство 
«Горная книга», 2015. — 518 с.: ил. 

ISBN 978-5-98672-378-5
Приведены общие сведения о разработке месторождений полезных ископаемых 
открытым способом и о технологических схемах открытых горных работ. Дана развернутая технологическая характеристика горных пород. Рассмотрены способы подготовки 
горных пород к выемке, средства и способы производства буровых и взрывных работ. 
Изложены принципы оптимизации параметров буровзрывных работ.
Дана технологическая характеристика основных видов выемочных машин. Приведены технологические схемы выемочно-по грузочных работ при разработке различных 
по свойствам пород. Изложена методика оценки производительности выемочных 
машин.
Большое внимание уделено способам и средствам перемещения горных пород, 
дана их технологическая характеристика. Представлены схемы транспортного обслуживания выемочных машин и методика расчета производительности транспортного 
оборудования.
Рассмотрены способы и средства отвалообразования. Приведены технологические 
схемы отвальных работ. Дано обоснование параметров отвалов.
Н.Я. Репин — д-р техн. наук, проф. кафедры «Технология, механизация и организация открытых горных работ» МГГУ; Л.Н. Репин — д-р экон. наук, руководитель 
Департамента топливообеспечения ОАО «Энергетические системы Востока», проф. 
кафедры «Технология, механизация и организация открытых горных работ» МГГУ.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Открытые горные работы» 
направления подготовки «Горное дело» и по направлению подготовки (специальности) 
«Горное дело» (специализация «Открытые горные работы»).

9 785986 723785

ВВЕДЕНИЕ

Горно-добывающая промышленность является основой индустриального 
развития общества. Добываемые из недр Земли уголь, нефть, газ, горючие 
сланцы, торф обеспечивают топливом электростанции, транспорт и коммунально-бытовой сектор. Руды черных, цветных и редких металлов являются 
сырьем для металлургической промышленности. Добыча горно-химического 
сырья обеспечивает потребности химической промышленности в сырье и 
сельского хозяйства в удобрениях, а добыча строительных горных пород 
служит основой развития строительной индустрии.
В стоимости конечной продукции перерабатывающих отраслей России — 
электроэнергии, тепла, металлов, минеральных удобрений, строительных материалов и изделий — затраты на сырье, поставляемое горно-добывающими 
предприятиями, составляет от 30—40 до 60—70%. В связи с этим ведущее 
место в горной промышленности должно принадлежать экономически наиболее эффективным способам добычи полезных ископаемых при использовании наиболее совершенной техники и технологии горных работ.
Открытый способ добычи полезных ископаемых характеризуется значительно более высокими технико-экономическими показателями и несопоставимо более безопасными условиями труда рабочих по сравнению с подземной добычей. Затраты на добычу полезных ископаемых на большинстве 
карьеров в 1,5–2,0 раза ниже, а производительность труда рабочих в 2–3 раза 
выше, чем на шахтах и рудниках. В частности, на угольных разрезах и шахтах 
России в 2013 г. производительность труда рабочих по добыче составила 
соответственно 388,9 т и 144,3 т в месяц на человека. Столь высокие показатели открытых горных работ объясняются в первую очередь возможностью 
применения на карьерах крупногабаритного, мощного и высокопроизводительного оборудования, использование которого при подземной добыче 
невозможно из-за ограниченных размеров подземных горных выработок. 
К настоящему времени открытый способ стал основным способом добычи твердых полезных ископаемых. Его удельный вес в добыче угля достиг 
71,2%, при добыче железных руд — около 90%, цветных металлов — 60%, 
горно-химического сырья — 100%, а строительные горные породы уже 
давно добываются только открытым способом. Главенствующее положение 
открытого способа в добыче полезных ископаемых сохранится и в обозримой перспективе.
Цель курса «Процессы открытых горных работ» — изучение средств и 
способов осуществления на карьерах технологических процессов, включающих подготовку горных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, 
перемещение и складирование пород. Этот курс является первым в переч

не специальных дисциплин по подготовке горных инженеров-открытчиков, формирование которых завершается изучением курсов «Технология 
и комплексная механизация открытых горных работ», «Проектирование 
карьеров», «Эксплуатация карьерного оборудования» и других дисциплин 
специализации.
Инициатором создания курса был академик В.В. Ржевский. Им был 
подготовлен и первый учебник «Процессы открытых горных работ». В течение многих лет Владимир Васильевич непрестанно работал над совершенствованием учебника, последнее (четвертое) издание книги вышло в 
свет в 1985 г.
За прошедшие после этого годы в технике и технологии открытых горных работ произошли существенные изменения, что, естественно, требует 
своего отражения в учебной литературе. В связи с этим в настоящем учебнике предпринята попытка возможно более полно осветить современное 
состояние теории и практики осуществления технологических процессов 
на карьерах и направления их дальнейшего совершенствования. Учебник 
подготовлен в соответствии с рабочей учебной программой по дисциплине 
«Процессы открытых горных работ» и является, в сущности, конспектом 
лекций по этому курсу, которые в течение более 20 лет читаются авторами 
учебника для студентов-открытчиков Московского государственного горного университета.
Принадлежа к научной школе В.В. Ржевского и разделяя научные и 
методологические идеи, заложенные им при разработке курса, мы счи таем 
необходимым сохранить их, развивая и дополняя в той мере, которая определяется уровнем современного состояния горной науки, техники и технологии 
в области открытых горных работ. Поэтому в качестве научной основы настоящего учебника принято учение о горных породах, являющихся объектом 
горных работ. Именно свойствами пород прежде всего определяются как 
выбор техники, технологии и параметров технологических процессов, так и 
их технико-экономические показатели и экономика горного предприятия в 
целом. Описание особенностей и оценка эффективности каждого из технологических процессов в учебнике базируются поэтому на простых, доступных к определению в условиях карьера данных о свойствах горных пород в 
массиве и в разрыхленном состоянии. Они же используются для инженерных 
расчетов при проектировании параметров технологических процессов.
Изложенные в учебнике сведения дают студентам возможность с необходимой глубиной изучить комплекс вопросов, связанных с осуществлением 
технологических процессов при открытых горных работах, и использовать 
полученные знания при освоении других дисциплин специализации, при 
принятии технических и технологических решений в процессе курсового и 
дипломного проектирования и в последующей инженерной деятельности.

Гл а в а  1

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ 
ДОБЫЧИ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

1.1. ДОБЫЧА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 
ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ

В мировой практике существуют два основных способа добычи твердых 
полезных ископаемых — подземный и открытый. Другие способы добычи — подводный, скважинная гидродобыча, выщелачивание и др. — пока 
не играют сколь-нибудь заметной роли.
Подземный способ добычи применяется при разработке залежей полезного ископаемого, характеризующихся различной мощностью и значительной глубиной залегания. При этом способе добычные и подготовительные 
работы производятся в забоях подземных горных выработок. Система 
горных выработок шахты или рудника обычно включает вертикальные или 
наклонные стволы, камеры, квершлаги, штреки, уклоны и др., с помощью 
которых открывается доступ к полезному ископаемому и обеспечивается 
его доставка на поверхность (рис. 1.1).
Подземные выработки служат также для перемещения людей, доставки 
под землю различного рода грузов — узлы горно-транспортных машин, 
запасные части, материалы для крепления горных выработок, взрывчатые 
материалы и т.п. Через горные выработки осуществляется проветривание 
шахт и водоотлив.
Капитальные горные выработки, к которым относятся стволы, околоствольные дворы, квершлаги, камеры различного назначения, проходятся 
в период строительства шахты, до сдачи ее в эксплуатацию, т.е. до начала 
добычных работ. Эти выработки служат обычно в течение всего срока службы 
шахты. Проходка других выработок — штреков, уклонов и пр. производит
Часть 
I

ся и в период эксплуатации по мере развития горных работ. Во времени 
проходка этих выработок совмещается с добычными работами, опережая 
их в пространстве.
Глубина вертикальных стволов достигает тысячи метров и более. Протяженность горизонтальных выработок составляет многие сотни и тысячи 
метров. Подземные выработки имеют, как правило, ограниченные поперечные размеры. Так, диаметр стволов не превышает обычно 5–6 м, а 
ширина и высота горизонтальных выработок составляет не более 3–4 м. 
Такие размеры выработок не позволяют использовать под землей мощную 
крупногабаритную технику и обеспечить высокий уровень производительности труда рабочих. Это обстоятельство является одной из отличительных 
особенностей подземного способа добычи полезных ископаемых.
Другая его особенность состоит в том, что подземные горные работы не 
вызывают крупномасштабных нарушений земной поверхности. Тем не менее 
и при подземной добыче из сельскохозяйственного или иного вида использования изымаются земли, необходимые для строительства поверхностных 
сооружений (надшахтных зданий, механических мастерских, административно-бытовых зданий и др.), для размещения отвалов пород, извлекаемых 
в процессе проходки горных выработок, складов полезного ископаемого, 
подъездных путей и т.п.
Подземные горные работы оказывают существенное отрицательное влияние на режим и качество подземных вод и поверхностных водных источ
Рис. 1.1. Принципиальная схема добычи полезного ископаемого подземным способом:

1 — угольный пласт; 2, 3 — основной и вспомогательный стволы; 4 — квершлаги; 5, 6 — откаточный и вентиляционный штреки

ников, куда обычно сбрасывается откачиваемая из шахты вода. Токсичные 
вещества, попадающие в шахтные воды из покрывающих и подстилающих 
полезное ископаемое горных пород, разносятся, таким образом, на значительные расстояния, измеряемые десятками километров. При использовании 
воды из загрязненных поверхностных источников для полива токсичными 
веществами загрязняются сельскохозяйственные угодья. Подземная добыча 
сопровождается большими объемами выбросов загрязненного воздуха при 
проветривании шахт и рудников, пылеобразованием на складах полезного 
ископаемого и отвалах пустых пород (терриконах), что является источником 
загрязнения атмосферы.
Но наиболее важно, что работа людей под землей сопряжена с высоким 
уровнем опасности для их здоровья и жизни, особенно при добыче угля в 
шахтах, опасных по газу и пыли.

1.2. ДОБЫЧА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 
ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

Для разработки открытым способом доступны в основном залежи полезных ископаемых, характеризующиеся достаточно большой мощностью 
при относительно небольшой глубине их залегания. В этом случае добыча 
полезного ископаемого производится после удаления вскрышных пород, 
которые в ходе разработки залежей перемещаются во внешние или внутренние отвалы. Именно в необходимости удаления покрывающих залежь 
вскрышных пород состоит основная особенность открытого способа добычи 
и его принципиальное отличие от подземного.
При разработке крутых и наклонных месторождений вскрышные породы, 
как правило, размещаются во внешних отвалах (рис. 1.2, а, б). При разработке пологих и горизонтальных месторождений для размещения вскрышных пород используется выработанное пространство, образующееся после 
извлечения полезного ископаемого (рис. 1.2, в).
Основным условием возможности применения открытого способа добычи 
является близость залежи полезного ископаемого к земной поверхности и 
достаточно большая ее мощность. Чаще всего открытым способом разрабатываются залежи мощностью от 10–15 м до 30–50 м и более. Однако в 
мировой практике известны примеры открытой разработки тонких угольных 
пластов мощностью 1–2 м и менее при благоприятном (горизонтальном) 
их залегании на небольшой глубине.
Разрабатываемые открытым способом залежи могут иметь пластовую 
(пластообразную) форму. Пластовые залежи могут быть представлены одним 
пластом или свитой из нескольких, обычно параллельно залегающих пластов. 
Такие залежи (обычно это угольные пласты) характеризуются четким контактом с вмещающими породами и достаточно выдержанными мощностью 

Рис. 1.2. Схемы добычи полезного ископаемого открытым способом при крутом (а), наклонном (б) и горизонтальном (в) залегании пласта:

1 — пласт полезного ископаемого; 2 — отвал вскрышных пород; 3 — направление грузопотоков вскрышных пород

и углами падения. Рудные залежи могут иметь значительно более сложную, 
часто неправильную форму — штоки, линзы, жилы и др. Залежи могут выходить непосредственно на земную поверхность или могут быть покрыты 
сравнительно небольшим слоем вскрышных пород мощностью до 20–30 м 
(рис. 1.3). Такие залежи относятся к залежам поверхностного типа, которые 
наиболее доступны для разработки открытым способом. Примером таких 
залежей являются угольные месторождения Канско-Ачинского бассейна.
Залежи глубинного типа располагаются ниже господствующего уровня 
поверхности. Их разработка открытым способом наиболее удобна и целесообразна в том случае, если залежь имеет выход на поверхность (под 
наносы). Такие условия характерны для большинства угольных месторождений (рис. 1.4, а). Если залежь расположена на значительной глубине (до 
200–250 м) и не имеет выхода на поверхность (рис. 1.4, б), то даже при 
очень большой ее мощности вопрос о выборе способа разработки (открытый или подземный) должен решаться на основе технико-экономического 
анализа.
Открытым способом разрабатываются также залежи нагорного (высотного) типа, расположенные выше господствующего уровня поверхности 
(рис. 1.5, а), и залежи высотно-глубинного типа, которые располагаются 
частично выше, а частично ниже уровня поверхности (рис. 1.5, б).
По углу падения разрабатываемые открытым способом залежи подразделяются на горизонтальные (с углом падения 0–5°), пологопадающие (угол 
падения 6–14°), наклонные (от 15 до 30–45°) и крутые (свыше 30–46°). При 
разработке наклонных залежей (см. рис. 1.2, б) горные работы производятся 
только по висячему боку залежи (однобортовая разработка), а при крутых 
залежах (см. рис. 1.2, а) рабочими являются оба борта карьера (двухбортовая 
разработка). Исходя из этого критерия деление залежей по углу падения 
на наклонные и крутые носит в определенной степени условный характер. 
Например, при крепких, устойчивых вмещающих породах, когда отсутствует 

Рис. 1.3. Горизонтальная залежь поверхностного типа

необходимость в разработке лежачего бока залежи, к наклонным могут быть 
отнесены залежи с углом падения более 40–45°. И, наоборот, при неустойчивых породах, когда лежачий бок залежи приходится разрабатывать, чтобы 
обеспечить устойчивость борта карьера, залежи с углом падения менее 40–45° 
могут быть отнесены к крутым.
При выборе способа разработки месторождения большое значение имеет 
мощность залежи. Все залежи по мощности принято подразделять на тонкие, или весьма маломощные (мощность менее 2–3 м), малой мощности (до 
10–20 м), средней мощности (20–30 м) и мощные (свыше 30 м).
Тонкие и маломощные залежи целесообразно разрабатывать открытым 
способом при горизонтальном или пологом их залегании на небольшой глубине от поверхности. При наклонном же и тем более крутом падении таких 
залежей их отработка открытым способом возможна на небольшую глубину 
лишь в той их части, которая выходит непосредственно на поверхность 
или под наносы. Так нередко поступают, в частности, в Кузбассе, где при 

Рис. 1.4. Залежи глубинного типа при крутом (а) и горизонтальном (б) залегании

а

б

подземной разработке крутопадающих угольных пластов верхняя их часть 
отрабатывается открытым способом (рис. 1.6). Залежи средней мощности 
и мощные могут эффективно разрабатываться открытым способом как при 
горизонтальном, так и при наклонном или крутом их залегании. Крайне 
важно при этом, чтобы наклонная или крутая залежь имела выход на поверхность, а горизонтальная была расположена на относительно небольшой 
глубине (залежи поверхностного типа).
Открытым способом добываются различные виды полезных ископаемых — каменные и бурые угли, горючие сланцы, руды черных и цветных 
металлов, алмазы, горно-химическое сырье, строительные горные породы и 
др. Вмещающие (вскрышные) породы и полезные ископаемые характеризуются при этом самыми различными свойствами — от мягких, не требующих 
предварительной подготовки перед выемкой из массива, до наиболее трудно 
поддающихся разработке скальных пород.

Рис. 1.5. Залежи высотного (а) и высотно-глубинного (б) типа

а

б