Системы разработки месторождения

ВВЕДЕНИЕ

 

      Открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых является наиболее производительным, экономичным и безопасным по отношению к подземному способу. Современное мощное горно-транспортное оборудование позволяет вести открытую разработку на глубинах более 600 м.

      К основным периодам освоения месторождения относятся: геолого-разведочные работы и подсчёт запасов; разработка проектной и рабочей документации; подготовка месторождения к эксплуатации; вскрытие месторождения и развитие горных работ до проектной производительности; период эксплуатации при заданной производительности; реконструкция; период затухания горных работ.

      Одним из важных этапов освоения месторождения является его вскрытие, т.е выполнение комплекса горных работ с целью обеспечения грузо-транспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью и создания первоначального фронта вскрышных и добычных работ. От правильно выбранного места заложения вскрывающих выработок, их конструкции и параметров зависит эффективность разработки всего месторождения.

      Целью настоящего курсового проекта  является систематизация и закрепление  знаний по общепрофессиональным и специальным дисциплинам, углубленное изучение основных терминов, понятий, производственных процессов и технологических схем вскрытия месторождения и получение навыков самостоятельного решения поставленных задач.

      При выполнении курсового проекта  решаются следующие производственно-технические  задачи:

    - обоснование системы разработки месторождения

    - подсчёт запасов горной массы,  пород вскрыши и полезного  ископаемого в конечных контурах  карьера; 

    - обоснование режима работы предприятия  и производственной мощности;

    - выбор способа вскрытия, определение  параметров траншей и расчёт  объёмов горно-капитальных работ;

      Проектные технические и технологические  решения в работе приняты на  основании исходных данных, фактических  результатов деятельности горно-добывающих предприятий Кузбасса и рекомендуемых в учебной и справочной литературе методик расчётов параметров горных выработок и технологических процессов. Технологический комплекс открытых горных работ сформирован с учётом параметров месторождения, физико-механических свойств горных пород и включает высокопроизводительное буровое, выемочное и транспортное оборудование.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

1. КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ И ГОРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ

 

     1.1 Параметры месторождения

      В соответствии с исходными параметрами данное месторождение можно отнести к пластовому, поверхностного типа, наклонного залегания с мощной залежью, однородного строения и равномерным распределением по качеству полезного ископаемого. Мощность покрывающих пород на выходе пласта под наносы составляет 20 м. Мощность рудного тела задана в размере 60 м. Угол падения залежи равен 18^о. Месторождение отрабатывается карьерам размеры поверху которого определены заданием на курсовое проектирование и составляют 2000×750 м. Вскрыша представлена крепкими песчаными породами с коэффициентом крепости по шкале профессора Протодьяконова, равным 8. В качестве основных пород вскрыши будем рассматривать крепкие песчаники, имеющие пределы прочности на сжатие σ_сж=60 МПа, на сдвиг σ_сдв=22 МПа, на растяжение σ_раст=12. Полезным ископаемым является железосодержащая руда, характеризующаяся высоким содержанием железа (54…69%) и низким содержанием серы и фосфора. Плотность пород вскрыши в среднем составляет 2,7 т/м³, полезного ископаемого – 3,5 т/м³.

 

         1.2 Подсчёт запасов полезного ископаемого и объёмов вскрышных пород в граничных контурах карьера

         Объём запасов полезного ископаемого  в конечных контурах карьера определим по формуле

                                                                                                              (1)                                             

      где   S₁  – площадь поперечного сечения рудной залежи, м²;

            L – длина карьера на середине его глубины, м;

т.к. поперечное сечение залежи имеет форму параллелограмма, то его площадь определим по формуле 

S₁ ≈ a × h,                                                                (2)

где a - сторона параллелограмма, м;

      h - высота проведённая к стороне a;

S₁ ≈ 191,1× 100 ≈ 19110 м²

м³.

или при плотности руды 3,5 т/м³

 

т.

         Определим объём пустых пород в конечных контурах карьера

                                                       ₍₃₎

      где S₂ – площадь пустых пород в поперечном сечении карьера, м²;

т.к. в поперечном сечении пустые породы представляют собой фигуру неправильной геометрической формы,  площадь их сечения определим  как сумму простых, слагающих  её фигур (см. рис.1). 

м³

         Рассчитаем объёмы горной массы в конечных контурах карьера

                                                                                                         (4)

где V_в – объём пустых пород, млн.м³;

      V_пи – объём полезного ископаемого, млн.м³;

млн.м³.

         Определим значение среднего коэффициента вскрыши

                                                                                                          (5)                      

      где к_ср – средний коэффициент вскрыши, м³/м³

м³/м³.

 

         или при плотности руды 3,5 т/м³

 м³/т.

Поперечное сечение карьера  и схема к определению площадей представлены на рисунке 1.

 

 

 

м²;

;

м²;    м²;    м².  м².

Рис. 1 Поперечное сечение карьера. Схема  к определению площади поперечных сечений пустых пород и полезного  ископаемого

 

2. ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА РАЗРАБОТКИ И ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРА

      Разработка месторождений полезных ископаемых, расположенных в недрах земной поверхности, осуществляется открытым, подземным или комбинированным способами. На выбор способа разработки оказывают влияние следующие факторы:

    - глубина залегания, форма и  размеры рудного тела;

    - величина запасов месторождения;

    - физико-механические свойства горных  пород, определяющих их устойчивость;

    - рельеф дневной поверхности месторождения;

    - извлекаемая ценность добываемого  полезного ископаемого.

      Окончательное решение по выбору способа разработки принимается на основании расчётов технической возможности и экономической эффективности добычи. 

 

      2.1 Обоснование способа разработки месторождения

      С учётом исходных данных по условию залегания рудной залежи и результатов подсчётов запасов месторождения в качестве основного способа разработки рекомендуется открытый способ. Обоснованность данного решения подтверждается следующими факторами.

         1. рудная залежь имеет большую мощность, равную 60 м, и выходит близко к дневной поверхности.

         2. Размеры залежи по падению  и простиранию и равнинный  рельеф поверхности дают возможность строительства карьера больших геометрических размеров и применить мощное горно-транспортное оборудование.

         3. Запасы полезного ископаемого в конечных контурах карьера определены в объёме 120,4 млн. т и обеспечивают длительную эксплуатацию месторождения при высокой производственной мощности предприятия.

         4. Маленькая глубина залегания рудного тела в местах выхода под наносы значительно снижает объёмы и стоимость горно-капитальных работ и позволяет осуществить строительство карьера в кратчайшие сроки.

         Таким образом, в качестве основного способа разработки заданного месторождения в данном курсовом проекте принимается открытый способ.

 

     2.2 Обоснование параметров карьера

      Заданием на курсовое проектирование установлены следующие параметры карьера:

    - конечная глубина карьера – 120 м;

    - размеры карьера поверху 2000×750 м. 

       Длинна залежи, попадающая в разработку и расположенная в конечных контурах карьера составляет 1800 м. Размеры дна карьера определяются размерами разрабатываемой залежи, длинна и ширина которой равны соответственно 1600 м и 191,1 м.

      Величина устойчивых углов откосов вскрышных и добычных уступов обосновывается с учётом физико-механических свойств горных пород и принята по аналогии с действующими предприятиями:

    - угол откоса рабочего вскрышного  уступа – 65^о;

    - угол откоса нерабочего вскрышного  уступа – 50^о;

    - угол откоса нерабочего сдвоенного  вскрышного уступа – 45^о;

    - угол откоса рабочего добычного  уступа – 60^о;

    - угол откоса нерабочего добычного  уступа – 55^о;

    - углы откосов внешнего и внутреннего  отвалов – 45^о.

      Высота рабочих уступов определяется видом применяемого горного оборудования и должна обеспечивать его безопасную работу. В проекте высота рабочих добычных и вскрышных уступов принята в размере 12 м. При погашении бортов карьера уступы сдваиваются и высота нерабочих уступов достигает 24 м. На нерабочих бортах карьера на каждом уступе устраиваются транспортные бермы шириной 20 м. Рассчитаем угол откоса нерабочего борта карьера со стороны висячего бока (рис. 1)

                                          ₍₆₎

где Н_k – конечная глубина карьера, м;

      n_в – число уступов на нерабочем борту карьера;

       n – число транспортных берм;    

      – ширина транспортной бермы, м;

     – высота сдвоенного вскрышного уступа, м;

      – угол откоса нерабочих вскрышных уступов, град.

град.

        Со стороны лежачего бока угол  откоса борта карьера принимается  равным углу падения рудной залежи в размере 18 град.

 

      2.3 Режим работы и производственная мощность предприятия

      Режим работы горнодобывающих предприятий определяется с учётом следующих факторов:

    - климатических условий района  разработки;

    - наличия в составе предприятия обогатительной фабрики;

    - режима работы предприятий, являющихся потребителями данного вида сырья;

    - зависимости безопасности жизнедеятельности населения и ритмичности работы других предприятий;

    - обеспечения выполнения годовой производственной программы.

        С учётом сказанного принимается следующий режим работы на основных производственных процессах (вскрыша, добыча, буровзрывные работы, отвалообразование, карьерный транспорт):

    - количество рабочих дней в  году – 355;

    - работа без выходных и праздничных  дней;

    - количество рабочих смен в  сутки – 2;

    - продолжительность рабочей смены  – 12 ч.

         Режим работы на вспомогательных  процессах  принят в следующих параметрах:

    - количество рабочих дней в  году – 242 (выходных дней –  114, праздничных – 9);

    - рабочая неделя прерывная с  двумя выходными днями;

    - количество рабочих смен в  сутки – 2;

    - продолжительность рабочей смены  – 8 ч.

      Календарный фонд рабочего времени по типам оборудования, с учётом простоев в плановых и неплановых ремонтах, принят по данным горнодобывающих предприятий Забайкалья и составляет:

    - вскрышные и добычные экскаваторы  – 260 дней;

    - буровые станки – 240 дней;

    - подвижной состав автомобильного  транспорта – 240 дней;

      Годовая производственная мощность предприятия определена заданием на курсовое проектирование в размере 1,2 млн.м³, при этом условии срок отработки месторождения карьером составит:

,                                                       (7)

где V_пи – запасы полезного ископаемого, млн.м³;

       П_пи – годовая производственная мощность предприятия по полезному ископаемому, млн.м³/год;

лет.

      В данных условиях годовая производительность карьера по вскрыше составит

млн.м³.                                    (8)

где к_ср – средний коэффициент вскрыши, м³/м³

      Определим годовую производительность карьера по горной массе

                                    млн.м³.                                 (9)

 

 

                

      2.4 Обоснование технологического комплекса открытых горных работ        

      В соответствии с параметрами месторождения и горно-геологической характеристикой пород вскрыши и полезного ископаемого предлагаются следующие технические решения.

      Породы вскрыши разрабатываются по транспортной схеме, подготовка пород к выемке осуществляется буровзрывным способом. Бурение взрывных скважин производится станками шарошечного бурения СБШ–250МН. Выемка пород выполняется карьерными механическими лопатами ЭКГ–8И с погрузкой в автосамосвалы грузоподъёмностью 110 тонн. Складирование пород вскрыши в момент строительства и эксплуатации карьера осуществляется во внешние бульдозерные отвалы.

      Полезное ископаемое разрабатывается экскаваторами ЭКГ–8И с погрузкой в автосамосвалы грузоподъёмностью 110 т и дальнейшим транспортированием на обогатительную фабрику.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВСКРЫТИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ И РАБОЧИХ ГОРИЗОНТОВ КАРЬЕРА

 

      Под вскрытием месторождения понимают выполнение горных и строительных работ по созданию на карьере комплекса капитальных и временных траншей и съездов, а также других горных выработок и сооружений, обеспечивающих грузотранспортную связь между рабочими горизонтами в карьере и приёмными пунктами на поверхности. Вскрытие осуществляется как при строительстве карьера, так и при его эксплуатации в случае понижения горных работ на новые горизонты.

      При строительстве карьера вскрытие осуществляется путём проведения горно-капитальных и строительных работ, в процессе выполнения которых удаляется первоначальная вскрыша и создаётся доступ к полезному ископаемому, проводятся капитальные и разрезные траншеи или другие виды горных выработок и сооружений, создаётся система транспортных коммуникаций.

 

     3.1. Обоснование способа вскрытия месторождения

      Способ вскрытия – это комплекс вскрывающих горных выработок и сооружений на карьере, характеризуемый их структурой, конструкцией, количеством, пространственным положением и динамичностью.

      При правильно выбранном способе вскрытия должны быть обеспечены минимальные значения дальности транспортирования пустых пород и полезного ископаемого, объёмы горно-капитальных работ и сроки строительства карьера, объёмы вскрыши в первоначальный период эксплуатации.

      С учётом продольной системы разработки для заданных параметров месторождения в качестве возможных способов его вскрытия могут быть рассмотрены два варианта:

1) вскрытие двумя внешними траншеями флангового заложения; 

2) вскрытие внешней центральной траншеей;

      Основным преимуществом первого варианта вскрытия является уменьшение расстояния транспортирования пород вскрыши и полезного ископаемого в независимости от положения горных работ внутри контуров карьера. Это особенно важно, когда конечные контуры карьера могут быть пересмотрены в результате изменившейся экономической ситуации или доразведки месторождения. Недостатком данного способа являются большие объёмы горно-капитальных работ. 

      Большим достоинством второго варианта вскрытия по отношению к первому является снижение объёмов горно-капитальных работ. Это даёт возможность снизить сроки строительства карьера и значительно уменьшить капитальные затраты. 

      С учётом больших объёмов запасов полезного ископаемого, значительной мощности залежи и условий её залегания, применения автомобильного транспорта и длительного срока эксплуатации карьера в определённых границах предпочтительным следует считать второй вариант, который и принимается к проектированию. Более точное обоснование варианта вскрытия может быть выполнено по результатам сравнения экономических показателей.

 

      3.2 Обоснование параметров траншей

      Внешней капитальной  траншеей производим вскрытие  трёх уступов, двух вскрышных  высотой по 10 м и одного добычного  высотой 12 м. При этом общая  глубина погружения траншеи составит 32 м. 

      Уклон траншеи (i_т) определяется применяемым видом карьерного транспорта и, для автомобильного транспорта он составляет 80‰.

      Определим длину внешней капитальной траншеи

м.                                     (10)

где L_т – длина внешней капитальной траншеи, м.

      Ширину дна траншеи определим из условия устройства в ней двух полосной автомобильной дороги, обочин и водоотводных кюветов. (рис.2)

В_т=b_а+2×b_о+2×b_к.,                                                        (11)

где: b_а - ширина автодороги;

        b_о – ширина обочины;

        b_к - ширина кювета поверху;

В_т=12+2×2+2×1=18 м.

М 1:150

Рис. 2. Схема устройства дна траншеи

      Проверим ширину дна траншеи на условие возможности размещения экскаватора при её проведении

В_т=2R_к + 2e,                                                               (12)

где: R_к – радиус вращения кузова экскаватора;

        e – безопасное расстояние между экскаватором и бортом траншеи;

В_т= 2×7,78 + 2×1=17,6 м.

17,6 < 18      

      На транспортных бермах размещаются водоотводной лоток, автодорога, обочины и предохранительный вал устраиваемый на берме безопасности (рис. 3)

В_н=b_л+ b_а+2×b_о+с,                                                         (13)

где: b_л=1,5 м – ширина водоотводного лотка поверху;

        b_а=12 м – ширина автодороги;

        b_о=2 м – ширина обочины;

       с=3 м – ширина бермы безопасности.

 

В_н=1+12_.+2×2+3=20 м.

М 1:150

Рис. 3. Схема устройства транспортной бермы

 

         Ширину траншей поверху определим  графическим методом:

М 1:1000

Рис. 4. Схема к определению ширины траншеи поверху.

        Рассчитаем объём внешней капитальной  траншеи:

 

V_к=(В_н+В_в)Н_т²/(4i);                                                           (14)

 

где B_т – ширина дна траншеи, м;

       B_в – ширина траншеи поверху, м;

        H_т – глубина погружения траншеи, м;

        i =0,08 – уклон траншеи, доли ед.

 

V_к=(18+150,6)32²/(4×0,08)=539,5 тыс.м³.

 

      3.3 Расчёт объёмов горно-капитальных работ

      Объём горно-капитальных работ за весь период строительства складывается из объёма капитальной траншеи, разрезной траншеи на нижнем горизонте и объёмов горной массы, которые подлежат выемке на верхних горизонтах в период строительства карьера.

      Определим объём разрезной траншеи на горизонте – 32 м по формуле

V_р=(В_т+В_в)Н_уL/2,                                                             (15)

где L=1906 м – длина разрезной траншеи на горизонте - 32 м.

V_р=(18+38,14)12*1906/2=642,02 тыс.м³.

      Определим объём карьера на  момент окончания его строительства

Таблица 1

Номер горизонта	Высотная отметка, м	Размеры карьера на горизонте		Площадь поверхности, м2	Высота уступа на горизонте, м	Объём ГКР, тыс.м3
		Длина	Ширина
1	- 5	1991,6	189,4	377 209,4	10	3772,1
2	- 15	1934,8	108,1	209 151,9	10	2091,5
∑						5863,6

 

      Схема карьера на конец строительства приведена на листе 1.

      Определим объём горно-капитальных работ на момент завершения строительства карьера

тыс.м³                      (16)

        С учётом большого объёма горно-капитальных работ для строительства карьера и его эксплуатации в начальный период принимаем три экскаватора ЭКГ–8И. Срок строительства карьера будет равен

                              год.         (17)

где Q_год – годовая производительность экскаватора, тыс.м³;

       N_э – количество экскаваторов;

       k_с – коэффициент, учитывающий снижение производительности экскаваторов при работе в траншейных забоях.

 

 

 

 

    3.4 Вскрытие рабочих горизонтов

      Вскрытие рабочих горизонтов осуществляется внутренними скользящими съездами, для чего на нижний горизонт проходится съезд и устраивается разрезная траншея.

      Определим объём съезда

                               тыс.м³                 (18)   

где H_у – высота уступа, м;

      a – угол откоса борта съезда, град;

       i – руководящий уклон, доли еденицы.

      Проведение съезда осуществляем экскаватором ЭКГ–8И. Время проведения съезда составит

сут.                        (19)

где Q_cут – суточная производительность экскаватора, м³/сут.

      Определим объём разрезной траншеи

тыс.м³     (20)

где L –длина разрезной траншеи, м.

      Проведение разрезной траншеи осуществляем двумя экскаваторами ЭКГ–8И, работающими в направлении от съезда к бортам карьера. Время проведения разрезной траншеи будет равно

                                 сут.             (21)

Общее время  подготовки нового рабочего горизонта составит

                                             сут.                                  (22)   

      По мере удаления горных работ скользящие съезды размещаются на нерабочих боковых бортах карьера.

 

 

 

 

 

4. СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

 

         4.1 Выбор и обоснование системы разработки. Расчёт параметров

         Система разработки – это порядок формирования рабочей зоны карьера в пространстве и времени, характеризующаяся соразмерным развитием горных работ на уступах, формой забоев и направлением их подвигания.

        Угол падения рудного тела  составляет 18^о, что не позволяет применить сплошную систему разработки со складированием вскрышных пород в выработанное пространство. Размеры рудной залежи определяют порядок вскрытия и отработки месторождения. Проведение вскрывающих выработок и развитие фронта горных работ, как правило, производится на участке выхода полезного ископаемого под наносы. Таким образом на данном месторождении возможно развитие горных работ в одном направлении по всему простиранию рудного тела продольными заходками.  Выполнение горно-капитальных работ при вскрытие месторождения и рабочих горизонтов возможно по рудному телу, что обеспечивает получение дополнительных средств на развитие горных работ в период строительства карьера.

        С учётом выше сказанного в данном курсовом проекте по классификации профессора В.В. Ржевского принимается система разработки продольными заходками с углубкой карьера.

      Определим ширину заходки экскаватора ЭКГ-8И

                                                     ₍₂₃₎