Основы горного дела. 2

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Забайкальский государственный университет»

(ЗабГУ)

Кафедра «Открытые горные работы»

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА 

к курсовой работе

по  дисциплине “Основы горного дела”

 

 

 

Выполнил  студент гр.

Проверил: Старший преподаватель

Рязанцев  С .С.

 

 

Чита 2012

Введение

Значительное развитие горнодобывающей  промышленности, обеспечивающей минеральными ресурсами, практически все отрасли  народного хозяйства, предусматривается  на основе доминирующего открытого  способа добычи ПИ.

Этот способ отличается от подземного более высокой производительностью  труда, при меньших  капитальных  затратах.

Добыча полезных ископаемых открытым способом в нашей стране производится с давних времен, этим способом добывается около 90% железных руд, до 60% руд цветных  металлов и угля.

Важнейшим условием надежной и высокопроизводительной работы горных машин является правильная эксплуатация, по этому обслуживающий  персонал должен хорошо знать устройство машин и умело организовать работу, чтобы была обеспечена их максимальная производительность и высокая экономичность, а также должны проводиться мероприятия  конкретных инженерных мер по совершенствованию  техники и технологии добычи и  переработки П.И.

Целью курсового задания является развитие навыков применения теоретических знаний для решения конкретных практических задач, возникающих в процессе горного производства и  проектировании.

Полезное  ископаемое добываемое в месторождении  –  уголь. Цена угля на ноябрь 2012 г составляет 42$ за тонну. Уголь очень ценится на мировом рынке, он даёт около половины мирового производства энергии.

Всего в России насчитывается около 10 крупных угольных бассейнов. 

 

 

1. Краткая горно-геологическая характеристика месторождения

Месторождение расположено в Забайкальском  крае, в 80 км от села Красный Чикой. Рельеф района преимущественно равнинный. В 5 км от месторождения находятся железнодорожные пути. Участок месторождения и его окрестности не заселены, удаленны от сельхозугодий и ЛЭП. Так как месторождение находится в районе с резко континентальным климатом число рабочих дней в году сокращенно до 350. Количество смен - 2.

Месторождение представлено угольным пластом залегающим горизонтально. Мощность залежи 80 м, длинна по простиранию 2000 м.

 Угольное  месторождение. Крепость  f = 1.5, объемная масса – 1.4 т/м³ .

Мощность наносов 20 м. Вмещающие породы представлены гранитными породами, крепостью f = 14 

Запасы  руды относятся к категории С₁. Глубина карьера 100 м. Длинна транспортирования руды и пород - 4 км.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение объема, размеров, производительности и срока службы карьера, запасов полезного ископаемого и коэффициента вскрыши.

Площадь дна карьера:

S = L

B , м²

L – длинна дна карьера

B=800

S = 2000 800 = 1600000 м²

 

Периметр дна карьера:

Р = 2

(L + M) , м

Р =2 (2000+80) = 4160 м

 

Объем карьера рассчитывается по формуле:

V_{карьера} = V₁+V₂+V₃ =S

H_к+ P H_к² ctgγ_ср+ H_к³ ctgγ_ср , м³

V₁ – объем призмы с основанием дна карьера

V₂ – суммарный объем призмы треугольного сечения прилегающего к 4 сторонам V₁

V₃ – суммарный объем расчлененного конуса располагающихся в угловых участках карьера

Н_к – глубина карьера

γ_ср – средний угол откоса бортов рабочих уступов со стороны висячего и лежачего 

V_{карьера} = 1600000 100 + 4160 (100)² ctg30⁰ (100)³ ctg30⁰ = 197128000 (м³)

 

Длина карьерного поля:

L_к = L + 2

H_к ctgγ_ср , м

L_к = 2000 + 2 100 ctg30⁰ = 2340 (м)

 

Ширина карьерного поля:

В_к = М + 2

Н_к ctgγ_ср , м

В_к = 80 + 2 100 ctg30⁰ = 420 (м)

 

Объем полезного ископаемого:

V_пи = S

(Н_к – h_н) , м³

h_н – мощность наносов или мощность покрывающих пород

V_пи = 1600000 (100– 20) = 128000000 (м³)

 

Объем пустой породы:

V_п = V_{карьера} – V_пи , м³

V_п = 197128000 – 128000000 = 69128000 (м³)

 

Промышленные запасы ПИ в контурах карьера рассчитываем по формуле:

Q_пи = V_пи 

γ_пи η_и , т

η_и = 0.88 – коэф. извлечения учитывающий потерю ПИ при разработке

γ_пи = 1.4 – объемная масса ПИ (т/м³)

Q_пи = 128000000 1.4 0.88 = 143360000 (т)

 

Средний коэф. вскрыши:

К_ср = V_п / Q_пи , м³/т

К_ср = 69128000 / 143360000 = 0.48 (м³/т)

 

Производительность  карьера по ПИ:

П_пи = (Q_пи

(1 – П / 1 – R) ) / T_сл , т/год

П = 0,03 – коэф. потерь

R = 0,1 – коэф. разубоживания

T_сл = 34 год – срок службы карьера

П_пи = (143360000 (1 – 0,03 / 1 – 0,1)) / 34 = 4969813.3 (т/год)

 

Производительность  карьера по вскрыши:

П_в = П_пи

К_ср К_н  , м³/год

К_н = 1.1 – коэф. неравномерности распределения вскрыши по годам

П_в = 4969813.3 0.48 1.1 = 2624061.42(м³/год)

 

Производительность  карьера по горной массе:

П_г.м = П_пи

1/γ_пи + П_в , м³/год

П_г.м = 4969813.3 1 / 1.4 + 2624061.42 = 6173928.06 (м³/год)

 

Суточная производительность карьера по ПИ:

П^с_пи = П_пи / Т_г , т/сут

Т_г = 350 – число рабочих дней в году

П^с_пи = 4969813.3/ 350 = 14199.46 (т/сут)

 

Суточная производительность карьера по вскрыши:

П^с_в = П_в / Т_г , м³/сут

П^с_в = 2624061.42/ 350 = 7497.31 (м³/сут)

 

Сменная производительность по добычи:

П^см_пи = П^с_пи / n_см , т/смена

n_см = 3 – кол-во смен в сутки

П^см_пи = 14199.46 / 3 = 4733.15 (т/смена)

 

Сменная производительность по вскрыши:

П^см_в = П^с_в / n_см , м³/смена

П^см_в = 7497.31/ 3 = 2499.1 (м³/смена)

 

Расчетный срок эксплуатации карьера:

T_э = Q_пи / П_пи , лет

T_э = 143360000 / 4969813.3 = 28.8 (лет)

Срок службы карьера:

Т_сл = 34 (лет)

Параметр	Значение
Глубина карьера(Нк)=	100 м
Горизотальная мощность залежи(М)=	532 м
Площадь дна карьера(S)=	1600000 м2
Периметр дна карьера(P)=	4160 м
Средний угол откоса бортов рабочих  уступов(γср)=	30о
Объем карьера(Vкарьера) =	197128000 м3
Длина карьерного поля (Lк) =	2340 м
Ширина карьера по верху (Вк) =	420 м
Объем полезного ископаемого(Vпи) =	128000000 м3
Объем пустой породы(Vп) =	69128000 м3
Коэф. извлечения учитывающий потерю ПИ при разработке(ηи)=	0.88
Промышленные запасы ПИ в контурах карьера(Qпи) =	143360000 т
Средний коэф. вскрыши(Кср) =	0.48 т/м3
Коэф. неравномерности распределения  вскрыши по годам(Кн) =	1.1
Коэф. потерь(П)=	0.03
Коэф. разубоживания(R)=	0.1
Производительность карьера по ПИ(Ппи)	4969813.3 т/год
Коэф. неравномерности распределения  вскрыши по годам	1.2
Производительность карьера по вскрыши(Пв) =	2624061.42м3/год
Производительность карьера по горной массе(Пг.м) =	6173928.06 м3/год
Суточная производительность карьера  по ПИ(Пспи) =	14199.46 т/сут
Суточная производительность карьера  по вскрыши(Псв) =	7497.31 м3/сут
Кол-во смен в сутки	3
Сменная производительность по добычи(Псмпи) =	4733.15 т/ смена
Сменная производительность по вскрыши(Псмв) =	2499.1 м3/смена
Расчетный срок эксплуатации карьера(Tэ) =	28.8 лет
Срок службы карьера(Тсл) =	34 лет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Вскрытие рабочих горизонтов и горно-капитальные работы

2.1 Выбор и обоснование схем  вскрытия рабочих горизонтов

Целью вскрытия является обеспечение сформированных на уступах грузопотоков транспортными  коммуникациями, которые позволяют  перемещать грузы с рабочих горизонтов на поверхность или на промежуточные  горизонты.

Вскрывающие выработки начинаются с поверхности  или с уже вскрытого промежуточного рабочего горизонта и заканчиваются  на отметки рабочей площадки вскрываемого горизонта.

Выбор способа  вскрытия зависит от различных факторов, но определяется в первую очередь  видом вскрывающих выработок. Иногда месторождения вскрываются бестранспортным  способом, но в большинстве случаев  горизонты карьера вскрывают  капитальными траншеями и полутраншеями, подземными выработками, а также  комбинированными.

При разработки наклонных и крутопадающих месторождений  в относительно короткий срок изменяется положение рабочей зоны карьера. Это ведет к изменению и  развитию схемы вскрытия.

Изменение схемы вскрытия заключается в  проведении наклонной траншеи на новом нижнем горизонте, увеличении или сокращении числа вскрывающих  выработок на горизонте, создание новых  траншей, устройстве вскрывающих выработок.

При выборе способа, схем, системы вскрытия определяющее значение имеют: рельеф поверхности, размеры  карьера в плане и по глубине,   система разработки и  её параметры, грузооборот карьера и его  разделения на грузопотоки, элементы залегания  пластов и рудных тел, пространственное положение различных сортов полезного  ископаемого. От принятой системы вскрытия зависят объемы горно-капитальных, горно-подготовительных работ, показатели использования горного и транспортного оборудования в период эксплуатации.

Вскрытие  общими внутренними траншеями принимают  для наклонных и крутопадающих  пластовых месторождений, расположенных  на большой глубине (200-400м и более), а также для месторождений  расположенных в гористой местности.

Так как  будущая глубина карьера сравнительно большая, то железнодорожный вид  транспорта использовать будет не целесообразно, поэтому для транспортирования  ПИ и пустых пород будет применен автотранспорт, для которого подойдет спиральная форма  трассы.

Исходя, из выше перечисленного применительно  к нашему месторождению, выбираем схему  вскрытия рабочих горизонтов  общими внутренними траншеями со спиральной формой трассы.

2.2 Расчет  объёмов вскрывающих и подготовительных  выработок

Определение параметров траншеи

Траншеями называются открытые горные выработки  значительной длины при относительно не больших поперечных размерах.

По назначению они делятся на капитальные и  разрезные. Капитальные траншеи  обеспечивают доступ от поверхности  земли к месторождению,  а разрезные  создают фронт работ для выемки ПИ или вскрышных пород. Основными  параметрами траншеи являются: размеры  и форма поперечного сечения, продольный уклон, глубина и длина.

Углы  откосов бортов капитальных траншей  зависят от степени устойчивости пород. В нашем случае для крепких  интенсивно- трещиноватых пород они принимаются равными α=70 град. Ширина траншеи понизу определяется двумя условиями: конструкцией и размерами транспортного пути и безопасным расположением оборудования при проведении траншеи.

Глубина погружения внутренней траншеи равна  высоте уступа т.е. Н_у=16,5м , но первый уступ проходит на всю мощность наносов т.е 20 м

Величина  уклона капитальной траншеи зависит  от величины уклона грузотранспортных  путей, которая ограничивается требованиями безопасного движения транспортных сосудов, для автомобильного транспорта уклон составляет i= (0,06-0,1), принимаем i= 0,08_.

Определяем длину капитальной  траншеи по формуле:

L_т = Н_т / i

Где Н_к.т = Н_у =20 м - глубина траншеи равная высоте первого уступа 

L_т = 20 / 0,08=250 м

Определяем ширину капитальной  траншеи:

В = R_a + 0,5*a + 0,5*l + 2*c ,м

R_a = 12 м - минимальный радиус поворота самосвала

а = 4,9  - ширина автосамосвала (м)

l = 9,7  – длина автосамосвала (м)

с = 3  – безопасный зазор между самосвалом и бортом траншеи (м)

В = 12 +0,5*4,9 + 0,5*9,7 + 2*3 = 25,3 (м)

Определяем объем капитальной  траншеи:

V_к.т = Н_т² /i *(В/2+ Н_т/(3*tgα)) , м³

V_к.т = 20²/0,08*(25,3/2 + 20/(3*tg70)) =59550 (м³)

Определяем объём разрезной  траншеи по формуле:

V_рт = ( В_рт + Н_рт * ctgα_рт) * Н_рт * L_рт ,м³

В_рт - ширина разрезной траншеи равна ширине капитальной траншеи

Н_рт = 20 - высоту разрезной траншеи принимаем равной высоте первого уступа (м)

α_рт  = 70^о - углы откосов бортов траншеи

L_рт = 532 - длина разрезной траншеи (м)

V_рт = (25.3 + 20*ctg70) * 20 * 532 = 852264 м³

Определяем объем полу-траншеи:

V_п.т = H_п.т² * B_р.б. / tgα + B_р.б. * H_п.т * L_п.т + H_п.т³ / tg²α , м³

B_р.б. = 282,35 м - ширина разноски борта разрезной траншеи

H_п.т - высоту полу-траншеи принимаем равной высоте первого уступа (м)

L_п.т = 532 м – длина полу-траншеи

V_п.т  =20² * 282,35/tg70^o + 282,35 * 20 *532 +20³ / tg²70^o = 3046371 м³

Определяем общий объем горно-строительной вскрыши:

V_г.с.т = n* V_к.т  + m* V_рт + l*V_п.т , м³

n = 1 - кол-во капитальных траншей

m = 1 - кол-во разрезных траншей 

l = 2 - кол-во полу–траншей

V_г.с.т = 1* 59550+ 1*852264 + 2*3046371 = 7004556м³

Определение срока строительства карьера:

Строительство карьера будет осуществляться двумя экскаватором ЭКГ -5. Годовая производительность одного экскаватора равна  15,16 млн. м³.

Т_с = V_г.с.т /(2*Q_э)

Т_с – теоретический срок строительства карьера

Q_э  - годовая производительность одного экскаватора

Т_с  = 7004556/2*1516000 = 0,23 года

Строительство карьера будет осуществляться два месяца.

 

 

2.3 Обоснование  средств механизации проведения  траншей.

Комплекс  основного горного и транспортного  оборудования должен обеспечить планомерную, в соответствии с мощностью грузопотока, подготовку пород к выемке, их выемку и погрузку, перемещение, складирование  в пределах каждой технологической  зоны карьера, в которой формируется  грузопоток.

При выборе средств выемки и транспорта следует  руководствоваться основными требованиями, предъявляемыми к комплексам оборудования:

1. В комплекс оборудования должны входить только машины, паспортные характеристики которых соответствуют горно-технологическим характеристикам пород при выполнении каждого процесса;
2. Комплекс оборудования должен соответствовать принятым системам разработки и вскрытия, размерам и форме карьера, его мощности, сроку строительства и эксплуатации, организационным условиям ведения горных работ;
3. Чем меньшее число действующих машин и механизмов входит в комплекс, тем надежнее, производительнее и экономичнее его работа;
4. Отдельные машины и механизмы комплекса по своим параметрам должны соответствовать друг другу, быть типовыми и серийными, чтобы была возможна замена;
5. Коэффициент резерва мощности и технической производительности отдельных машин  по сравнению со среднечасовыми показателями их работы в соответствии с характером горного производства должен быть не более 1.5…1.7 при разработке скальных и разнородных пород и не менее 1.2…1.3  при разработке мягких пород.
6. Следует по возможности отдавать предпочтение одной мощной машине взамен нескольких машин меньшей мощности.

Учитывая характеристики месторождения и слагающих его пород, наиболее эффективным будет использование на выемке карьерных экскаваторов типа ЭКГ.

Годовая производственная мощность карьера по полезному ископаемому составляет 49,69 млн.т, по пустым породам – 262,4 млн.м³, годовая мощность вскрышного и добычного комплексов должна быть равна соответствующей мощности карьера. Данной производительности в полной мере соответствует 2 экскаваторов типа ЭКГ-5. В качестве транспортного оборудования, учитывая те же факторы рациональным будет использование автомобильного транспорта , а именно использование автосамосвалов типа БелАЗ - 549.

Техническая характеристика экскаватора ЭКГ - 5.

Показатели	Ед.изм.	Значения
Емкость ковша	М3	6,8
Максимальный радиус разгрузки	М	12,65
Максимальная высота черпания	М	10,3
Максимальная высота разгрузки	М	6,7
Основные размеры:
Ширина кузова	М	11,84
Продолжительность цикла	Сек	23

 

Техническая характеристика автосамосвала БелАЗ-549.

Показатели	Значения
Грузоподъемность, тонн	75
Колесная формула	4х2
Масса с грузом, тонн	127,8
Вместимость кузова, м3	37,8
Основные размеры, мм
Длина	9700
Ширина	4900
Высота	4400
Максимальный радиус поворота, м	12
Максимальная скорость движения, км/час	57

 

1. Система разработки

Системой  разработки называется определенный порядок  выполнения во времени и в пространстве подготовительных, вскрышных и добычных работ в границах карьера. Система  открытой разработки не отличается большим  многообразием, как системы подземной  разработки. Наибольшее распространение  получили классификации академика  Мельникова и профессора Шишко, в  основу этих и ряда других классификаций  положен способ перемещения вскрышных  пород в отвалы. Данное МПИ характеризуется  транспортным перемещением со вскрытием  сложными съездами. По направлению  фронта работ в карьере -  углубочная, двух бортовая. Фронт работ в плане - веерный.

Основные параметры системы  разработки:

Согласно  Правилам технической эксплуатации, высота уступа без применения взрывного  рыхления ограничивается максимальной высотой черпанья экскаватора.

Н_у = Н_ч^мах = 17 м – для ЭКГ - 5

Первый уступ  на карьере будет высотой 20м, из-за особенности заложения рудного  тела и горных пород, все последующие  уступы будут отвечать  правилам технической эксплуатации.

Ширина рабочей  площадки принимается равной ширине дна разрезной траншеи 

Ш_р.п = В_рт  = 25,3 м

Углы наклонов рабочего и не рабочего уступа равны 70^o

Углы откосов  бортов рабочих уступов: висячий  – 4^о; лежачий – 23^о

(углы определенны  по чертежу)

Углы откосов  бортов не рабочих уступов со стороны  висячего и лежачего равны 45^о

Средняя длина  фронта работ на уступе в текущий  момент равна:

L_ф.р = 6600 м

Длина блока одного экскаватора  рассчитывается по формуле:

L_б = L_ф.р / n_э

n_э = 2 – кол-во экскаваторов работающих на уступе

  L_б = 6600 / 2 = 3300 м

Скорость углубки карьера на текущий момент рассчитывается по формуле:

У_г = Q_э.г * n_э / (L_б *( В_рт + 2*Ш_р.п +2* Н_у*(ctgγ_в + ctgγ_л)))

ctgγ_в = 4^о – угол откоса бортов рабочих уступов с висячей стороны

ctgγ_л = 23^о – угол откоса бортов рабочих уступов с лежачей стороны

 У_г  = 1516000*2/(3300*(35,3+2*35,3 2*17*(ctg4^o+ctg 23^o))) ≈ 13 м/год

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Отвалообразование

4.1 Определение  общего объема вскрышных пород для размещения в отвале, выбор места расположения отвала.

Весь  объем пустых пород в контуре  карьера исходя из горно-геологических условий(глубина карьера и угла падения залежи) подлежит укладке во внешний отвал.

Для расположения отвала выбирается необводненное, равнинное  место имеющее малый уклон  в одну сторону. Поверхность очищается  от кустарников и мелколесья. На месте расположения отвала бульдозером  снимается потенциально-плодородный  слой почвы и складируется в отдельные  навалы, для последующего использования  на рекультивационных работах.

4.2 Выбор и обоснование способа отвалообразования. Расчет основных параметров отвала вскрышных пород.

При доставке породы на отвалы автомобилями применяют бульдозерный отвал. Процесс  отвалообразования включает разгрузку  разгрузку автосамосвалов на верхней  площадке отвального уступа, перемещение  пород под откос уступа, планировку поверхности отвала.

Заполнение отвала осуществляется периферийным способом. Автосамосвалы  разгружаются по фронту работ на расстоянии 4 метров от откоса. Затем порода бульдозерами перемещается под откос.

 

 

 

 

 

 

 

5. Рекультивация

Рекультивация земель включает комплекс инженерных, горнотехнических, мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных и других работ, направленных на восстановление нарушенных горными разработками земель. Цикл рекультивации имеет два этапа: горнотехническая рекультивация и  биологическая.

Основная  задача горнотехнической рекультивации  – создание благоприятных условий  для освоения нарушенных земель (формирование рельефа местности, покрытие поверхности  потенциально плодородными породами, устройство дренажа и др.). Биологическая  рекультивация заключается в  восстановлении плодородия нарушенных земель, растительного покрова и  возобновления фауны.

При проведении горно-подготовительных работ на площади  отведенной под строительство карьера  необходимо снять потенциально плодородный  слой земли, для последующего укрытия  им спланированных на этапе технической  рекультивации отвалов пустых пород. В данном районе мощность этого слоя составляет в среднем 25 см. Его срез и укладка производятся бульдозерами на базе трактора ДЭТ-250 в навалы, которые затем перегружаются в средства транспорта и перевозятся в специальные отвалы, которые затем присыпаются пустой породой для предотвращения почвы от выветривания и размыва.

Объем укладки пород в почвенно-плодородный  отвал составляет:

V_п.п.с. = L_k * B_k * m_п.п.с  ,м³

 m_п.п.с = 0.25 м - мощность почвенно-плодородного слоя

V_п.п.с. = 2340 * 420 * 0,25 = 245700 м³

Учитывая  характер отвала – внешний двухярусный  отвал, наиболее рациональный способ формирования рельефа поверхности – устройство террас для посадки кустарника и  леса.

Для данных условий принимаются следующие  параметры: высота террасы должна быть не более 5 метров, ее уклон в сторону вышерасположенной террасы не более 2 градусов, ширина террасы – 80 метров, угол выполаживания откоса отвала – 30 градусов.

В выработанном пространстве образовываем водоем под рыбохозяйственные цели.