Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015, № 5 (спецвып.18)

ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ № 5
СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ВЫПУСК 18

Я.В. Левченко

ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ИЗМЕНЕНИЯ
ТРАНСПОРТНОЙ РАБОТЫ
ПО ПОДЪЕМУ ГОРНОЙ
МАССЫ ПО ВЫСОТНЫМ
ЗОНАМ КАРЬЕРОВ

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Л 38 

622.271 
Л 38 
 
 
 
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 
 
 
 
 
 
Левченко Я.В. 

Закономерности изменения транспортной работы по подъему

горной массы по высотным зонам карьеров. Отдельная статья: 
Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 5 (специальный выпуск 18). —
16 с. — М.: Издательство «Горная книга» 
ISSN 0236-1493 
На основе зонного принципа компоновки транспортных схем и схем 
вскрытия карьеров рассмотрены изменения транспортной работы для 
карьеров, отрабатывающих залежи, представленные брахисинклинальными складками и пластами с крутым падением. Определены высотные
зоны карьеров, обладающие максимальными значениями транспортной 
работы, и даны рекомендации по снижению нагрузки с группы наиболее
«тяжелых» горизонтов. 
Ключевые слова: зонный принцип, транспортная работа, брахисинклиналь, грузооборот, высота подъема пород, длина транспортирования, уголь. 

УДК 622.271

©  Я.В. Левченко, 2015 
©  Издательство «Горная книга», 2015 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2015 

 
 

Глубокие карьеры можно разделить на несколько высотных 
зон существенно отличающихся транспортной работой по перемещению горной массы. 
Впервые такое деление было предложено В. В. Ржевским, 
В. В. Истоминым, В. И. Супруном в работе [1], где сделан вывод, 
что компоновка транспортных схем и схем вскрытия карьеров 
должны решаться в соответствие с характером распределения 
объемов в отдельных высотных зонах карьеров. 
Для угольных брахисинклиналей в верхней зоне обычно сосредотачивается до 50—55% объемов вскрышных пород, заключенных в предельных контурах открытых работ и только 10—
15% объемов угля. В средней зоне сосредотачивается до 40-45% 
объемов вскрышных пород и 60-70% объемов полезного ископаемого. В нижней зоне сосредотачивается лишь 5-10% всех объемов вскрышных пород и до 30% запасов угля. 
Основными аргументами в пользу деления угольных брахисинклиналей на зоны по высоте будут являться: изменение объемов внутрикарьерного складирования вскрышных пород при переходе от одной высотной зоны к другой и значительное отличие 
в величине работы по перемещению вскрышных пород в пределах вышесказанных зон. Данное отличие связано с перманентным 
увеличением объемов выработанного пространства пригодного 
для внутреннего отвалообразования и развитием схемы вскрытия 
рабочих горизонтов карьеров. 
Работа по подъему горной массы на поверхность с отдельного 
i-го горизонта карьера может быть определена по выражению [2, 3]: 

3
(
)
10
(
)
,
д
i
i
i
в
в
п
п
тр
ср

H
H
A
h S
S
k
i

−
−
=
⋅
γ +
γ
⋅
⋅
 т·км, 
(1) 

где i – горизонт, выемочный слой с нижней отметкой i в пределах 
конечного (этапного) контура отработки; hi – высота i-го слоя, м; 
Sв – площадь вскрышных пород в контурах i-го слоя, м2; Sп – 
площадь полезного ископаемого в контурах i-го слоя, м2; γв – 
объемная масса вскрышных пород в пределах i-го слоя, т/м3; γп – 
объемная масса полезного ископаемого в пределах i-го слоя, т/м3; 
Нд – средняя отметка дневной поверхности, м; Hi – отметка i-го 
горизонта, м; iср – средний уклон трассы, ‰; kтр – коэффициент 
развития трассы (1,1–1,5). 

При определении транспортной работы по подъему вскрышных пород принципиальное воздействие на ее величину оказывают два фактора: высота подъема пород и их объем, перемещаемый с горизонтов. 
Рассмотрим изменение транспортной работы по подъему 
вскрышных пород для карьеров, отрабатывающих крутопадающую залежь (рис. 1 а) и залежь брахисинклинали (рис. 1 б), выполаживающуюся с глубиной. 
Объем вскрышных пород, заключенный в конечных контурах 
карьеров, принимается одинаковым, однако их глубины будут разными. Различие в глубине обусловлено фактором выполаживания 
пластов брахисинклинали, приводящим при прочих равных условиях, 
к выходу в зону с горизонтальным залеганием. При сравнении условий отработки вышесказанных месторождений важнейшим фактором 
будет то, что отработка брахисинклинали позволяет складировать 
вскрышные породы в выработанное карьерное пространство. 
 
а 

 
б 

 
Рис. 1. Поперечное сечение карьеров, отрабатывающих крутопадающую залежь полезного ископаемого (а) и угольный пласт брахисинклинали (б), при 
одинаковых объемах вскрышных пород: 5-50 – годы (этапы) отработки 
карьерного поля 

Выполним сравнение изменения высоты подъема и объема 
вскрышных пород, перемещаемых в отвалы, за весь период отработки месторождений (рис. 2–3). 
Высота подъема вскрышных пород для крутопадающей залежи постоянно нарастает (см. рис. 2), что предопределено необходимостью размещать вскрышные породы за контуром карьера 
(во внешние отвалы). Для брахисинклинали на первых этапах отработки месторождения наблюдается аналогичная тенденция, но 
с выходом в зону, где возможно внутреннее отвалообразование, 
высота подъема вскрышных пород постепенно уменьшается (см. 
рис. 2). 
Погоризонтный объем вскрышных пород для карьера, отрабатывающего крутопадающую залежь равномерно уменьшается. 
Для брахисинклинали после аналогичного уменьшения вскрышных пород в верхней и средней зонах, происходит интенсивное 
уменьшение погоризонтных объемов в нижней зоне (см. рис. 3). 
Определим для рассматриваемых месторождений транспортную работу по подъему вскрышных пород за весь период их отработки (рис. 4). 
 

 
Рис. 2. Изменение высоты подъема вскрышных пород для карьеров, отрабатывающих месторождение, представленное угольной брахисинклиналью (1) 
и крутопадающей залежью (2) полезного ископаемого (объемы вскрышных 
пород одинаковы) 

Рис. 3. Изменение погоризонтных объемов вскрышных пород для месторождений, отрабатывающих брахисинклиналь (1) и крутопадающую залежь (2) 
(объемы перемещаемых пород одинаковы) 
 

 
Рис. 4. Изменение грузовой транспортной работы для месторождений, отрабатывающих брахисинклиналь (1) и крутопадающую залежь (2), за весь 
период их отработки: S1, S2 – величина изменения работы на различных 
этапах отработки отличных по морфологии залежей (S2>S1) 
 
Грузовая транспортная работа по подъему вскрышных пород 
для карьера, отрабатывающего крутопадающую залежь, перманентно возрастает и достигает максимума в группе средних горизонтов, далее происходит смена тенденции. Отработка брахисинклинали  

Рис. 5. Изменение грузовой транспортной работы (погоризонтно) при отработке месторождения, представленного брахисинклиналью (сплошные 
графики) и крутопадающей залежью (штрихпунктирные графики): 10-50 – 
годы (этапы) отработки; 
max
max
10
50
−
A
A
 – максимальные этапные значения ра
боты для крутопадающей залежи (
max
max
50
10
>
A
A
) 

 
имеет отличия, заключающиеся в том, что группа верхних и 
средних горизонтов обладает наибольшей величиной транспортной работы, а в группе нижних горизонтов работа резко уменьшается в связи с возможностью складирования вскрышных пород 
в выработанное пространство при минимальных расстояниях 
транспортирования. 
Для детального рассмотрения изменения транспортной работы построены графики ее изменения для этапов отработки по 10 
лет (рис. 5). 
Анализ кривых на рис. 5 свидетельствует, что крутопадающая залежь для каждого последующего этапа отработки имеет 
закономерно увеличивающиеся значения удельной грузовой 
транспортной работы, чем за все предыдущие этапы отработки. 
При достижении конечного контура карьера по группе верхних и 
средних горизонтов суммарная транспортная работа уменьшается 
(«сужение» графиков на рис. 5). Месторождение, отрабатывающее брахисинклиналь, имеет схожую тенденцию до начала использования выработанного пространства для складирования 
вскрышных пород. С этапа когда начинается внутренне отвалообразование происходит постепенное уменьшение транспортной 
работы в нижней зоне, а при постановке рабочего борта в конечное положение по группе верхних горизонтов, весь объем 

вскрышных пород размещается в контуре карьера, и транспортная работа резко уменьшается. 
В общем случае график изменения грузовой транспортной работы карьера, отрабатывающего крутопадающую залежь и угольные пласты брахисинклинали примет следующий вид (рис. 6). 
Формирование графика функции А=f(H) идет не по траектории BCDEF, а по траектории BCD'E'F', что позволяет сократить 
объем транспортной работы на величину ΔА (заштриховано). 
Наличие выположенных зон на угольных брахисинклиналях 
предопределяет более легкие (с точки зрения энергоемкости 
транспортного процесса) условия их разработки. 
Рассмотрим изменение вышеописанных величин на примере 
Черниговского разреза, отрабатывающего северную часть Кедровско-Крохалевской брахисинклинали. Характер распределения 
погоризонтных объемов вскрышных пород Черниговского разреза приведен на рис. 7. Определим закономерности изменения погоризонтного грузооборота и транспортной работы для различных высотных зон карьера. Все расчеты и зависимости получены 
для перспективного пятилетнего периода развития горных работ. 
 

 
Рис. 6. График изменения транспортной работы по перемещению вскрышных пород для месторождения, отрабатывающего крутопадающую залежь 
полезного ископаемого (2) и залежь (1), выполаживающуюся с глубиной разработки (брахисинклиналь): Нкр – горизонт карьера, при котором возможен 
переход к складированию вскрышных пород в выработанное пространство; 
Нк1 – конечная глубина карьера, отрабатывающего брахисинклиналь; Нк2 – 
конечная глубина карьера, отрабатывающего крутопадающую залежь 

Рис. 7. Изменение погоризонтных объемов вскрышных пород, транспортируемых в отвальные массивы Черниговского разреза 
 
Характер изменения результирующей кривой погоризонтных 
объемов вскрышных пород свидетельствует, что наибольшие 
объемы вскрышных пород располагаются в зоне карьера с глубиной от поверхности в интервале от 90 до 180 м, что соответствует 
верхним и средним горизонтам. 
Для определения динамики изменения грузооборота и работы по подъему вскрышных пород рассмотрим изменение предопределяющих данные показатели величины, такие как средневзвешенная высота подъема и расстояния перемещения пород. 
Средневзвешенная высота подъема вскрышных пород с горизонтов карьера определяется по следующей формуле: 

...

p
p n
ср
отв
отв
i n
n
i
p
i n

V
V
h
h
h
V
V

−
−

=
=
⋅
+
+
⋅
∑
∑
∑
, м,  
(2) 

где n – текущий уровень горизонта; p – наибольший уровень горизонта (яруса) отвала на который транспортируются породы с текущего горизонта; 
отв
ih
 – высота подъема вскрышных пород на i
ый ярус отвала, м, 
отв
p
h
 – высота подъема вскрышных пород на p
ый ярус отвала, м, 
−
i n
V
 – объем (масса) вскрышных пород, транспортируемый с текущего горизонта в i-ый ярус отвала, т; 
−
p n
V
 – 

объем вскрышных пород, транспортируемый с текущего горизонта 
в p-ый ярус отвала, т; ∑V  – общий объем вскрышных пород, 

транспортируемый с текущего горизонта в ярусы отвала, т. 
Анализ изменения высоты подъема вскрышных пород с горизонтов разреза (рис. 8) показывает, что максимальные значения при

ходятся на горизонты, расположенный в средней зоне карьера (130260 м). Данная зона является наиболее «тяжелой» с точки зрения 
преодоления удельной величины грузовой транспортной работы. 
Длина транспортирования пород имеет тенденцию постепенного возрастанию при подходе к группе средних горизонтов 
(если считаем от дна карьера), а в группе верхних горизонтов относительно стабилизируется (рис. 9). 
Определив объемы (Vn) и длину транспортирования (Ln) 
вскрышных пород можно найти величину грузооборота для каждого горизонта карьера (рис. 10) по следующему выражению [4]: 
Pn = Vn·Ln, т·км,  
(3) 
Результирующий график имеет тенденцию к плавному нарастанию грузооборота карьера до глубины 120 м. Далее за счет 
уменьшения объемов вскрышных пород, удаляемых с группы 
верхних горизонтов, начинается спад грузооборота карьера. 
Оценим изменение работы автомобильного и железнодорожного транспорта по подъему вскрышных пород, воспользовавшись зависимостью, предложенной профессором Лелем Ю.И. [5]  

 
Рис. 8. Изменение средневзвешенной погоризонтной высоты подъема 
вскрышных пород 
 

 
Рис. 9. Изменение погоризонтной длины транспортирования вскрышных 
пород в отвалы