Горно-геологическая характеристика карьера, расчет параметров, объема вскрыши и полезного ископаемого. Выбор и обоснование способов вскрытия, системы разработки. Выбор экскаватора и расчет производительности. Параметры системы открытой разработки.
Аннотация к работе
В результате этих работ образуется карьер, который представляет собой комплекс открытых горных выработок, предназначенных и оборудованных для открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Определяем средний угол бортов карьера GCP, град., по формуле Рассчитываем количество рабочих дней в году для карьера NРАБ, дней, по формуле Определяем производственную мощность карьера по вскрыше Qвскр, млн. т/год. по формуле Определяем высоту уступа для экскаватора ЭКГ - 8ус Ну м.
Введение
Горная промышленность - совокупность отраслей производства, занимающихся разведкой и добыче полезного ископаемы, а также их первичной отработкой и получением полуфабрикатов.
Выделяются следующие группы отраслей горной промышленности: - минерального энергетического сырья;
- руд черных и легирующих металлов;
- руд цветных металлов;
- промышленность горно-химического сырья;
- нерудного индустриального сырья и строительных материалов;
- драгоценных и поделочных камней;
- гидроминеральная промышленность.
Основными факторами развития горной промышленности являются природные (наличие месторождений полезных ископаемых) и социально-экономические.
В сравнении с подземной разработкой месторождений полезных ископаемых открытый способ имеет следующие преимущества: - высокая безопасность труда;
- лучшие производственные условия;
- меньшие сроки строительства;
- невысокие капитальные затраты;
- меньшие потери полезного ископаемого;
- при необходимости легче увеличить производственную мощность.
Но ОГР имеют также и недостатки: - отчуждение больших земельных площадей;
- понижения уровня грунтовых вод на больших площадях;
- зависимость от климатических условий.
При современном уровне развития технике и технологий возможность применения не ограничивается физическими свойствами пород, условиями их залегания, климатическими условиями. Но экономическая целесообразность развития месторождения, выбор техники, технологии ведения ОГР зависят от: - рельефа мерности;
- угла падения пласта;
- мощности пласта;
- формы и строения пласта;
- климатических и гидравлических условий.
Отличительными признаками ОГР является то, что они ведутся непосредственно с земной поверхности и включают два основных вида работ - вскрышные и добычные.
Вскрышные работы заключаются в удалении пустых пород, вмещающих полезное ископаемое. Они обеспечивают доступ к полезному ископаемому и создают условия для его безопасной добычи.
Вскрышные и добычные работы ведутся на месторождение совместно, с некоторым опережением во времени и в пространстве добычных работ вскрыши.
В результате этих работ образуется карьер, который представляет собой комплекс открытых горных выработок, предназначенных и оборудованных для открытой разработки месторождений полезных ископаемых.
Цель курсового проектирования является - выбор комплексной механизации при разработке месторождения открытым способом.
1. Общая часть
Поданным задания курсового проектирования месторождение будет разрабатывается открытым способом.
Пласт мощностью 26 м. залегает на глубине 45 м. под углом 0о. Вмещающими являются породы крепостью 6. По шкале профессора Протодьяковлева М. М. к данным породам относятся: известняки (крепкие), некрепкий гранит, крепкие песчаники, крепкий мрамор, доломит, колчеданы, обыкновенный песчаник. Покрывающими породами являются четвертичные отложения.
Месторождение является слабо обводненным (С. О.).
1.2 Расчет параметров карьера, объема вскрыши и полезного ископаемого
Параметры карьера определяют из его геологических размеров в поперечном и продольных разрезах.
Для определения конечных контуров, объемов вскрыши и полезного ископаемого будет использоваться аналитический метод расчетов, как наиболее удобный и позволяющий найти параметры карьера путем решения утонений.
Определяем средний угол бортов карьера GCP, град., по формуле
Определяем ширину карьера под наносами В1, м., по формуле
(3)
ГДЕВН - ширина карьера по низу, м.
(4)
, Определяем ширину карьера по поверхности В2, м., по формуле
(5)
Определяем длину карьера под наносами L1, м., по формуле
(6)
Определяем длину карьера по поверхности L2, м. по формуле
(7)
L2=2190 2*45*1,73=2346(м)
Определяем объем карьера V, м3., по формуле
(8)
ГДЕSД - площадь дна карьера, м2; Нк - глубина карьера, м; РД -периметр дна карьера, м; gcp - усредненный угол откоса нерабочих бортов; n - число участков бортов карьера, шт.
Рассчитываем объем полезных ископаемых Vпи, м3., по формуле
(9)
Рассчитываем геологические запасы угля QГ, т., по формуле
(10)
Где g - объемный вес, м3.
Рассчитываем балансовые запасы Qб, млн. т., по формуле
(11) гдекизвл - коэффициент извлечения запасов.
Рассчитываем объем вскрыши Vвскр, м3, по формуле
(12)
Принимаем режим работы карьера: 2 смены по 12 часов.
Непрерывная рабочая неделя со скользящими выходными днями выходной.
Рассчитываем количество рабочих дней в году для карьера NРАБ, дней, по формуле
(13)
Выбираем производственную мощность карьера. Производственная мощность карьера - это количество горной массы добываемой в карьере в единицу времени Т/год, Т/месяц. Так как Qпр=137,2 (млн. т), то рационально принять Qt/год=6 (млн. т/год)
Определяем средний коэффициент вскрыши Кср, м3/т., по формуле
(14)
Рассчитываем срок службы карьера лет., по формуле
(15) гдет1 - время на строительство карьера, лет t2 - время на закрытие карьера, лет
Определяем производственную мощность карьера по вскрыше Qвскр, млн. т/год. по формуле
(16)
1.3 Выбор и обоснование способов вскрытия
Вскрытие - это горные работы по созданию комплекса капитальных и временных траншей и съездов, а также других горных выработок и сооружений, обеспечивающих грузо-транспортную связь между рабочими горизонтами в карьере и приемными пунктами на поверхности. Вскрытие карьерного поля осуществляется горными выработками, которые начинаются с поверхности или с уже вскрытого горизонта, и заканчивается на отметке рабочей площадки вскрываемого горизонта.
Различают способ, схему и систему вскрытия.
Способ характеризуется типом вскрытия выработок.
Схема вскрытия - совокупность всех вскрышных выработок обозначенных в данный момент, грузо-транспортная связь рабочих горизонтов с горизонтами доставки горной массы.
При выборе вскрытия руководствуются следующими требованиями: - большая пропускная способность;
- обеспечение наименьшей дальности транспортирования пустых пород и руд;
- минимальный срок строительства;
- минимальный объем горно-капитальных работ;
- такое распространение вскрышных работ, при котором наибольшие объемы вскрыши вынимаются в более отдаленный период.
1.4 Выбор и обоснование системы разработки
Система разработки месторождения - это определенный порядок выполнения горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ. В условиях данного месторождения СОР должна обеспечивать безопасную экономию и наиболее полную выемку кондиционных запасов при соблюдении мер безопасности ведения работ и охране окружающей среды. При крутом залегании пласта вскрытие месторождения производится в период всей отработке карьера. Для выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ в определенном объеме и порядке применяются различное горное и транспортное оборудование. На карьере необходимо стремиться обеспечить такую технологию все основные, и вспомогательные процессы и операции полностью механизированы, а применяемые машины и механизмы по своей мощности и производительности взаимосвязаны и обеспечивают заданный темп работы.
Так как угол откоса борта карьера 0о, мощность наносов 26 метров, глубина карьера 71 метр, то принимаю по классификации Шешко Е.Ф. систему разработки: с перевозкой породы на внешние отвалы (Б-5), характеризуется перемещением породы на более значительные расстояния, обычно по пути с подъемом в грузовом направлении.
По классификации Ржевского В.В. принимаем систему разработки: продольная однобортовая СОР.
2.
Специальная часть
2.1 Выбор экскаваторов и расчет их производительности
Для добычи полезного ископаемого и отработки вскрыши применяем экскаватор ЭКГ-8ус.
Производительностью экскаватора называется его выработка за единицу времени. Она определяется по объему горной массы в плотном теле или по весу горной массы и измеряется за один час, сутки, месяц, год.
Теоретическая производительность экскаватора Qteop, /час., по формуле
Теоретическая продолжительность цикла определяется расчетным путем, исходя из конструктивных данных экскаватора, при высоте забоя, равной высоте расположения напорного вала, где угол поворота 90 градусов и разгрузка породы ведется в отвал.
Теоретическая продолжительность цикла указывается в паспорте экскаватора.
Техническая производительность учитывает условия работы экскаватора в забое и является максимально возможной для данной модели при непрерывной работе в конкретных условиях и является исходной для определения эксплуатационной производительности экскаватор.
Рассчитываем техническую производительность экскаватора Qtex, /час., по формуле
(18) гдекнап - коэффициент наполнения ковша, 0,8;
тц - техническая продолжительность цикла, т.е. продолжительность цикла в данных условиях, мин;
Кр - коэффициент разрыхления породы в ковше экскаватора, 1,2.
Эксплуатационная производительность экскаватора учитывает не только конкретные условия. Но и использование экскаватора во времени Пэкс, м/час.
(19)
ГДЕКИС - коэффициент использования экскаватора во времени, 0,83.
Определяется сменную производительность экскаватора Qcm, /смену., по формуле
(20) гдет - время смены, сек;
Определяется суточную производительность экскаватора Qcyt, /сутки., по формуле
(21) гдеnсм - количество смен работы в сутки.
Определяется годовую производительность экскаватора Qгод, /год., по формуле
(22)
ГДЕNГОД - годовое число дней работы экскаватора.
Месячная производительность определяется после определения годовой производительности экскаватора Qmec, /мес., по формуле
(23)
Определяю количество экскаваторов на вскрыше, Nэкс, шт., по формуле
(24)
Уточняю
Принимаем 3 экскаватора.
Определяем количество экскаваторов на добыче, Nэкс, шт.
(25)
Уточняю
Принимаем 2 экскаватора.
2.2 Расчет параметров системы открытой разработки
Ширина заходки экскаватора для мехлопаты зависит от радиуса черпания на горизонте установки. При железно дорожном транспорте ширину заходки принимают максимальной, чтобы сократить число передвижных путей. При автомобильном и контейнерном транспорте ширину заходки можно принимать меньше, т.к. автомобиль может подъехать сбоку или сзади.
Определяем ширину заходки для экскаватора ЭКГ - 8ус А, м., по формуле
(26)
Высота уступа это вертикальное расстояние от верхней бровки уступа до нижней площадки уступа.
Высота уступа устанавливается с учетом безопасности работ и зависит от размера экскаватора и физико-технических свойств пород.
Высота уступа в мягких и плотных породах не должна превышать Нч мах т.к. образуются навесы и козырьки.
По ПБ верхний горизонт, сложенный мягкими породами отрабатывается уступом с высотой не более 6м. Следовательно Н1=6м, Н3=19м, Н2=20м
Определяем высоту уступа для экскаватора ЭКГ - 8ус Ну м., при работе с БВР по формуле
(27)
ГДЕНУ - высота уступа, м; Нч.max. - максимальная высота черпания экскаватора, м.
Принимаем Ну=20м
Определяем ширину рабочей площадки, ШР.П., м., по формуле
(28)
ГДЕС2 - расстояние от оси железнодорожного пути до нижней бровки уступа, м;
С1 - расстояние от оси железнодорожного пути до полосы дополнительного оборудования, м;
П - ширина полосы для размещения дополнительного оборудования, м;
BП - ширина полосы безопасности, м;
2.3 Буровзрывные работы
2.3.1 Выбор бурового оборудования и расчет его производительности. Определяем относительный показатель трудности бурения Пб, кг/см2, по формуле
Проведем расчет параметров взрывных работ. Заряды можно располагать в вертикальных, наклонных и горизонтальных скважинах. Так как высота уступа 20 метров, принимаем наклонные скважины. Достоинством метода скважинных зарядов является: возможность одновременного рыхления больших объемов скальных пород, что большую производительность погрузочных механизмов и возможность внедрения комплексной механизации, обеспечивает равномерное дробление скальных пород.
Определяем длину перебура Lпер, м., по формуле
Lпер=0,3*W(39)
Lпер=0,3*6=2 (м)
Определяем диаметр скважины dскв, мм.
Принимаю dскв скважины по характеру пород dскв=200 мм, Определяем глубину скважины Lcкв м., по формуле
Lcкв= Lпер(40)
Lcкв= 2=22(м)
Определяем линию наименьшего сопротивления W, м., по формуле
Принимаем электрическую систему инициирования. Медные провода сечением: для магистральных Sm=1,5 мм2, для остальных S=0,5 мм2. Электродетонаторы принимаем ЭД-24-Э с сопротивлением Rэд=3 Ом. В качестве источника тока - взрывная машинка КПМ-3, для которой предельно допустимое сопротивление ЭВС составляет Rпр=600 Ом. Расстояние до взрывного пункта Lв.п=200м.
Число скважин в ряду nc.р=45, расстояние между скважинами a=9 м, между скважинами в ряду b=9 м, глубина заложения ЭД в скважину lз=10,5 м.
Определяем длину магистральных проводов Lm, м., по формуле
Lm=2*Lв.п*ку(55) гдеку - коэффициент увеличения длины, 1,1.
Lm=2*200*1,1=440(м)
Определяем длину соединительных проводов Lc, м., по формуле
Lc=nc.р*а*ky-9(56)
Lc=45*9*1,1-9=437(м)
Определяем длину участковых проводов Ly, м., по формуле
Lc=Ly(57)
Lc=Ly=437(м)
Определяем длину одной пары концевых проводов Lk, м., по формуле
Lk=2*(Lзаб 0,25)(58)
Lk=2*(4,5 0,25)=9,5(м)
Определяем сопротивление магистральных проводов Rm, Ом., по формуле
Rm= * (59) где - удельное сопротивление проводов, Ом*мм2/м.
Rm=0,0175* =5(Ом)
Определяем сопротивление соединительных проводов Rc, Ом., по формуле
Rc= * (60)
Rc=0.0175* =15(Ом)
Определяем сопротивление участковых проводов Ry , Ом., по формуле
Rc=Ry(61)
Rc=Ry=15(Ом)
Определяем сопротивление одной пары концевых проводов Rk, Ом., по формуле
Rk= * (62)
Rk=0,0175* =0,33(Ом)
Определяем общее сопротивление ЭВС Rобщ, Ом., по формуле
Rобщ=Rm Rc Ry т*(Rk Rзд)(63)
Rобщ=5 15 15 90*(0,33 3)=335(Ом)
Определяем общее сопротивление ЭВС должно быть меньше допустимого для взрывной машинки КПМ-3 при условии Rобщ Rпр получаем 335 600
2.4 Отвалообразование
Отвал по своей конструкции представляет собой насыпь горной массы, состоящую, как правило, из нескольких слоев (ярусов) и имеющую в плане в общем случае криволинейную форму или чаще близкую к прямоугольнику.
Технологический процесс размещения пустых пород и некондиционных руд, удаляемых при открытой разработке и строительстве, называется отвалообразованием.
Отвалообразование в комплексе вскрышных работ является важным процессом, потому что, во-первых, объем отвальных пород очень значителен, во-вторых, от организации отвальных работ зависит успешность работы вскрышных экскаваторов и транспорта вскрыши.
В настоящие время расходы на отвалообразование составляю 12 - 15% расходов на вскрышные работы.
По размещению относительно контура карьера отвалы делятся на внешние и внутренние, а по стационарности - на постоянные и временные.
В один отвал может быть разделено и уложено два - четыре вида пород или некондиционных полезных ископаемых. Складирование пород независимо о их физика - механических свойств и качественных характеристик называется валовым.
Как правило, по высоте отвал состоит из двух - пяти ярусов, высота каждого из которых равна высоте отвального уступа и ограничивается прежде всего условиям безопасного ведения работ.
Выбор способа отвалообразования. Принимаю экскаваторное отвалообразование, так как используется авто транспорт. При экскаваторном отвалообразовании укладка породы в отвал осуществляется мехлопатами, драглайнами, абзетцерами. Думпкары состава поочередно разгружаются в приемный бункер, который периодически, по мере развития отвальной заходки, сооружается экскаватором.
2.4.1 Расчет основных параметров отвала. Выбор способа отвалообразования
Высота первого яруса Н1=15 м, высота второго яруса Н2=15 м. Принимаем длину отвального тупика Lo=1000 м.
Определяем площадь, требуемую для размещения отвала вскрышных пород S0, м2, по формуле
(64)
ГДЕVП - объем пород, подлежащих укладке в отвал, м3;
Кр - коэффициент остаточного разрыхления пород в отвале, 1,2;
n1 и n2 - коэффициенты, учитывающие заполнение второго и третьего ярусов. n1=1 и n2=0,8.
(млн.м2)
Определяем количество составов, разгружаемых за смену на отвальном тупике No.см, составов, по формуле
(65) гдеf- коэффициент, учитывающий неравномерность работы транспорта, 0,9;
Кпр - коэффициент, учитывающий время на профилирование отвала, 0,8;
to - время обмена составов 9 минут.
(составов)
Определяем приемную способность отвального тупика Qo, м3., по формуле
Qo= No.см*Vн(66)
ГДЕVН - вместимость породного состава, м3.
Qo=17*485=8245 ( )
Рассчитываем количество рабочих отвальных тупиков Np.т тупика, по формуле
Np.т.=Qcm./ Qo(67)
Np.т=8475/8245=1(тупика)
2.5 Выбор транспорта
Выбираем для транспортирования полезного ископаемого и вскрышных пород в условиях карьера принимаю железнодорожный транспорт, так как годовая производительность составляет 6 млн. т/год, срок службы 28 лет.
Выбираем БЕЛАЗ-549 со следующими характеристиками: - грузоподъемность75т, - геометрический объем кузова40,5 м3
- скорость порожного20км/час
- скорость груженного15км/час
- время разгрузки2мин.
- время на маневры, остановки0,8 мин.
Определяю время рейса автомобиля Тр, час, по формуле
Тр=tn тгр тпор tp тдоп(68) гдеtn- время погрузки автомашины, мин; тгр- время движения груженной машины, мин; тпор- время движения порожней машины, мин; тр- время разгрузки машины, мин; тдоп- время на маневры при погрузку и разгрузки машины, мин.
(69) где Vk- объемом ковша экскаватора, м3;
Va- емкость кузова с «шапкой», м3; Кн- коэффициент наполнения.
(мин) тпор= (70) где Vгр - скорость порожнего автомобиля, км/ч S - расстояние транспортировки, км.
В связи с тем, что карьер имеет большую производственную мощность 6 млн.т./год, срок службы 28 лет, глубина карьера 71 метр, то принимаем в качестве карьерного транспорта автотранспортный.
Tp=2,5 8 6 2 0,8=19(час)
Определяем коэффициент использования грузоподъемности Кг, по формуле
Кг= QUOTE ф (71) где qф- фактически перевозимый груз, Т;
qa- грузоподъемность, Т.
Кг= QUOTE 75 =0,9
Определяем техническую производительность автомашины qtex., т/смену, по формуле
Qtex= (72)
гдеqa - грузоподъемность автомобиля, т;
Кисп - коэффициент использования грузоподъемности;
Тсм - длительность смены, ч;
Тр - время рейса (без учета времени ожидания), ч.
Qtex= (т/смену)
Определяем сменный пробег автосамосвала Lcm, км
Lcm= (73)
Lcm= =150(км)
Определяем эксплуатационную производительность Q’экс, т/смену, по формуле
Qэкс=Qtex*Кв(74)
ГДЕКВ- коэффициент использования сменного времени.
При работе на экскаваторе. Экскаватор необходимо располагать на уступе или отвале на выровненном основании с уклоном, не превышающем допустимого техническим паспортом экскаватора
При погрузке экскаватора в железнодорожные вагоны и разгрузке их на экскаваторных отвалах поездная бригада должна подчиняться сигналам машиниста экскаватора, подаваемым в соответствии с сигналами; установленными при эксплуатации железнодорожного транспорта. Таблицу сигналов следует вывешивать на кузове экскаватора на видном месте, с ней должны быть ознакомлены машинисты экскаватора и водители транспортных средств.
Запрещается во время работы экскаватора пребывать в зоне действия экскаватора.
При передвижении гусеничного экскаватора по горизонтальному участку или на подъем привод ходовой тележки должен находиться сзади, а при спусках с уклона - впереди. Ковш должен быть опорожнен и находится не выше 1 метра от почвы, а стрела установлена по ходу экскаватора. При передвижении экскаватора на подъем или спусках необходимо предусматривать меры безопасности.
Перегон экскаватора должен осуществляться по трассе, расположенной вне призм обрушения, с уклонами не прерывающими допустимые по техническому паспорту экскаватора, и имеющей ширину, достаточную для маневров.
В случаи угрозы обрушения или оползания уступа во время работы экскаватора или при обнаружении отказавших зарядов взрывчатых материалов машинист экскаватора обязан прекратить работу, отвезти экскаватор в безопасное место и поставить в известность руководителя смены.
Работа на буровом станке. При перемещении бурового станка с поднятой мачтой по уступу допускается по спланированной площадке. Бурение скважин следует производить в соответствии с инструкциями, разработанным организациями на основании типовых схем для каждого способа бурения.
Буровой станок должен быть установлен на спланированной площадке на безопасном расстоянии от верхней бровки уступа, определяемый расчетами или проектом, но не менее 2 метров от бровки до ближайшей точки опоры станка, а его продольная ось при бурении первого ряда скважин должна быть перпендикулярна бровке уступа.
Запрещается работа на буровых станках неисправными: ограничителями переподъема бурового снаряда, тормозе лебедки и системе подавления.
Подъемный канат бурового станка должен рассчитываться на максимальную нагрузку и иметь пятикратный запас прочности.
При отвалообразовании запрещается размещать отвалы на площадках месторождений, подлежащих отработке открытым способом.
Высота породных отвалов и отвальных ярусов, углы откоса и призма обрушения, скорость продвижения фронта отвальных работ устанавливается проектом в зависимости от физико-механических свойств пород отвала и его основания, способов отвалообразования и рельефа местности.
При взрывных работах взрывчатые материалы разрешается хранить до заряжения на местах работы в размере суточной потребности вне опасной зоны и сменной потребности в приделах опасной зоны, за исключением массовых взрывов, когда в опасной зоне может находиться под охраной подлежащей заряжению количество взрывчатых веществ, но без СИ и боевиков. Хранить взрывчатые вещества в зарядных машинах более суток запрещается.
Средства инициирования и боевики могут переноситься только взрывником.
При совместной доставке средства инициирования и взрывчатых веществ взрывник может переносить не более 12кг взрывчатого материала. Масса боевиков переносимых взрывником не должна превышать 10кг.
Доставка взрывчатых материалов должна проводиться по установленным руководителем предприятия маршрутом. Она может осуществляться проинструктированными рабочими под наблюдением взрывников или сопровождающих лиц. Взрывчатые вещества и средства инициирования необходимо доставлять и перевозить раздельно в сумках.
При доставке взрывчатых материалов к непосредственным местам работы должна выполняться следующие условия: Разгрузка транспортного средства не более 2/3 его грузоподъемности.
Размещение средств инициирования в передней части транспортного средства в специальном ящике с внутренними мягкими прокладками со всех сторон.
Размещение порохов и перфораторных зарядов в заводской упаковке или в специальном ящике не ближе 0,5 метров от других взрывчатых материалов.
Закрепление ящиков и другой тары с взрывчатыми материалами исключающие удары и трение друг о друга.
Автомобили, используемые для транспортирования взрывчатых материалов должна отвечать требованиям «Правил перевозки взрывчатых веществ автомобильным транспортом».
Взрывчатые материалы на местах работы, а также заряженные шпуры, скважины запрещается оставлять без присмотра. Порядок надзора определяются руководителем шахты, карьера.
Взрывание основной и детонирующей сети детонирующим шнуром во всех случаях должно осуществляться от одного инициатора.
Список литературы
1 Голик В.И. Основы научных исследований в горном деле. 2016, 230с.
2 Гальперин А.М. Геомеханика открытых горных работ: 2012, 310с.
3 Демин А.М. "Сборник задач по ОГР",- М.: "Недра" 1985, 105с.
4 Квагинидзе В.С., Петров В.Ф. эксплуатация карьерного оборудования 2009