Министерство  образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО  «Якутский государственный университет  им. М.К. Амосова»

Горный  факультет

Кафедра Открытых горных работ 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

по дисциплине: «Процессы открытых горных работ» 
 
 
 

Выполнил: студент IV курса гр. ОГР-05 Павлов Спартак

Проверил: ст. преподаватель

  Трофимова С.А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Якутск  – 2008

      ГОУ ВПО «Якутский государственный  университет им. М.К. Амосова»

Горный  факультет

Кафедра Открытых горных работ 
 

Задание

На составление  курсового проекта по курсу

Процессы  открытых горных работ 

Студенту  группы _________Ф.И.О.__________________________________

Вариант _______

Исходные  данные  

Дата  выдачи______________________________

Срок  предоставления_______________________

Руководитель __________________/Трофимова С.А./

      Содержание: 

Введение

I. Взрывная подготовка горных пород

1. Выбор вида бурения, модели бурового станка и технологические расчёты процесса бурения скважин

2. Технологические расчеты взрывных работ

II. Технология выемочно – погрузочных работ на карьере

III. Перемещение горной массы из рабочей зоны карьера

IV. Технология отвальных работ

V. Выбор средств механизации и организации вспомогательных работ на карьере

VI. Единые правила безопасности при открытых горных работах

Заключение 

Список использованной литературы

      Введение 

     Целью курсового проектирования являются закрепление, углубление и обобщение  теоретических знаний, полученных в  результате изучения дисциплины «Процессы открытых горных работ», а также приобретение практических навыков в расчетах, связанных с разработкой МПИ открытым способом.

     При выборе технологии, способа каждого  процесса (взрывная подготовка горных работ, выемочно-погрузочные работы, перемещение горной массы, отвальные работы и механизация и организация вспомогательных работ на карьере) надо проанализировать исходные данные: состояние и свойства горных работ, характеристики их разработки, условие залегания месторождения (мощность, длина, угол падения, структура залежи, содержание ПИ), гидрогеологические и климатические условия и производительность карьера и т.п.

     Основная  задача курсового проекта состоит  в умелом использовании знаний для  решения самостоятельных реальных технологических задач, возникающих на производстве. В процессе курсового проектирования имеется возможность расширения своих знаний путем изучения передового опыта горных предприятий и литературных источников.

     Ведущими  производственными процессами открытых горных работ являются подготовка горных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, перемещение горной массы, отвалообразование вскрышных пород, складирование добытого полезного ископаемого.

     Правильный  выбор технологии, способа процессов  открытых горных работ и горно-транспортного оборудования, во многом определяет высокую производительность и эффективность разработки месторождения.

      I. Взрывная подготовка горных пород 

     1.Выбор вида бурения, модели бурового станка и технологические расчёты процесса бурения скважин 

     Сначала определяем показатель трудности бурения

       МПа;

       МПа;

       МПа, 

     где σ_сж, σ_р, σ_сдв – соответственно пределы прочности на сжатие, растяжение и сдвиг;

     γ=2,9 т/м³ – объёмный вес диабаза.

     Данная  порода по трудности бурения относится  к III классу – труднобуримые (П_б=10,1÷15).

     Рассмотрим  существующие способы бурения:

• Пневматические бурильные молотки - применяются для бурения шпуров диаметром 32-40 и 52-75 мм в скальных породах.
• Станки шнекового бурения применяют для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 125-160 мм и глубиной до 25 м в мягких породах с показателем бурения до 5.
• Станки с погружными пневмоударниками применяются для бурения скважин диаметром 100-200 мм и глубиной до 30 м при разработке пород с показателем бурения от 5 до 20 и крепостью от 10 до 20. При производственной мощности до 4 млн. м³/год.
• Термическое (огневое) бурение используется при бурении скважин диаметром 250-360 мм и глубиной до 22 м главным образом в весьма и исключительно труднобуримых породах. Успешно применяется в породах с показателем бурения от 10 до 15.
• Станки вибрационного бурения находятся пока на стадии испытаний; их достоинства - относит небольшая масса, простой буровой инструмент и высокая производительность.
• Станки шарошечного бурения в последнее время получили наибольшее распространение при бурении скважин с диаметром 160-320 мм и глубиной 35 м. Наиболее перспективны для бурения в породах с показателем трудности бурения от 6 до 15 и крепостью пород от 6 до 18. Достоинства: высокая производительность, непрерывность бурения и возможность его автоматизации.

     Так как у меня порода имеет крепость 12 - 14 по М.М. Протодьяконову я выбираю буровой станок шарошечного бурения.

     Буровой станок выбираем 2СБШ-200Н исходя из приблизительного соотношения между вместимостью ковша экскаватора ЭКГ-5 и диаметром скважины, а диаметр скважины равно d_с=0,216 м.

     Техническая характеристика станка 2СБШ-200Н:

• Диаметр скважины – 216 мм;
• Глубина бурения – 24 м;
• Угол бурения к горизонту – 60°, 75°, 90°;
• Установленная мощность электродвигателей – 300 кВт;
• Частота вращения долота – 0,5-5 с^-1;
• Максимальное осевое усилие подачи на забой – 173 кН;
• Скорость подачи/подъёма бурового снаряда – 0,017/0,12 м/с;
• Скорость передвижения – 0,7 км/ч;
• Расход воздуха на очистку скважин – 25 м³/мин;
• Масса станка – 50 т.

     Требуемое осевое усилие на долото диаметром  D=216 мм для разрушения породы крепостью ƒ=12:

       кН,

       кН,

     где k=6÷8 большие значения для более крупных долот.

     Требуемый момент вращения долота:

      Н*м 

     где n=1,5 – показатель для удовлетворительной очистки скважины;

     k₁=10 – коэффициент зависящий от крепости буримой породы.

     Мощность  привода вращателя

       кВт

      кВт

     где η_вр=0,85÷0,7 – КПД трансмиссии вращателя

     n_вр=1,5 с^-1 – частота вращения долота.[9, стр. 144]

     Мощность  привода подачи

      кВт,

     где v_под=0,017 м/с – скорость подачи бурового става;

     η_под=0,5÷0,7 – КПД механизма подачи.

     Теоретическая скорость шарошечного бурения

       м/с

       м/с

     где k_ск=0,5-0,3 – коэффициент, учитывающий уменьшение скорости бурения за счет неполного скола породы между зубьями (большее значение для менее плотных пород).

     Формула для определения сменной производительности:

       м/смену,

       м/смену,

     где k_и.см.=0,8 – коэффициент использования сменного времени;

     Т_см=8 ч – продолжительность смены;

        ч – продолжительность основных операций, приходящаяся на 1 м скважины;

     v_т=10 м/ч – техническая скорость бурения, которая принимается 8-12 м/ч при П_б=10-12 [10,Таблица 2.5 ]

     Т_в=0,05 ч - продолжительность вспомогательных операций, приходящаяся на 1 м скважины, в расчётах для СБШ – 0,033-0,083 ч;

     Формула для определения годовой производительности

       м/год

       м/год

     где n_см=75 и N_мес=12 – соответственно среднее число рабочих смен в календарном месяце и число рабочих месяцев в году.

     Рабочий парк буровых станков:

      шт,

     где V_год=4500000 т – годовой объём горных работ;

     q_г.м=42,7 м³ - выход взорванной горной массы с 1 м скважины.

     В резерв берем еще 1 буровой станок и окончательный парк составит 4 буровых станка. 

     2. Технологические расчёты взрывных работ 

     Гранулотол (гранулированный тротил) с размером гранул 3 – 5 мм применяются как самостоятельное  взрывчатое вещество (ВВ) для взрывания обводненных скважин и в качестве компонента в составе Граммонитов и водосодержащих ВВ. Гранулотол абсолютно водоустойчив, хорошо тонет в воде, имеет хорошую сыпучесть в сухом и мокром состоянии. При хранении не слеживается и не спекается, обладает высокой стабильностью взрывчатых свойств. Его заряды могут продолжительное время находится в воде, в том числе и проточной, без потери взрывчатых свойств. Для инициировния Гранулотола необходим промежуточный мощный детонатор, так как он недостаточно чувствителен к обычным системам инициирования.

     Алюмотол  – гранулированный сплав с гранулами до 5 мм серого цвета, состоящий из 85% тротила и 15% алюминиевой пудры, с теплотой взрыва 5600 кДж/кг. Плотность гранул 1,5-1,7 г/см³. Алюмотол абсолютно водоустойчив, хорошо сыпуч в сухом и мокром состоянии, не слеживается, пригоден для механизированного заряжания скважин, обладает высокой стабильностью и высокими взрывчатыми свойствами. Предназначен для взрывания в обводненных скважинах, в том числе и с проточной водой, и с крепостью пород свыше f >12. Для его инициирования необходимы мощные промежуточные детонаторы. Характеристики взрывчатых веществ представлен в таблице 1. 

     Таблица 1

     Взрывчатые  характеристики водоустойчивых ВВ

     Так как у меня в  скважине проточная  вода и крепкие  породы целесообразно выбрать Алюмотол.

     Средний размер куска выбираем исходя из вместимости  ковша экскаватора. По исходным данным задан экскаватор ЭКГ-5 с емкостью ковша 5 м³:

       м

     Формула справедлива для средневзрываемых пород.

     Удельный  расход ВВ определяется по формуле:

     где q_эт=0,9 кг/м³ – эталонный расход Граммонита 79/21 при крепости пород 11- 20 и при категории трещиноватости III

     е=0,83 – коэффициент работоспособности алюматола.

     k_d=0,5/d_ср=0,73 – коэффициент учитывающий потребную степень дробления.

     γ=2,9 т/м³ – плотность диабаза. [3, стр. 23 табл 3.1]

     Длина перебура

     Перебур скважины необходимо для качественного разрушения пород в подошве уступа.

     l_п=(10-15)×d_c, м

     где d_c=216 мм – диаметр скважины.

     В легковзрываемых породах перебур  принимают минимальным. А т. к. наша порода относится к трудно взрываемым, перебур принимаем:

     l_п=15×d_c , l_п =15×216=3240 мм.

     Глубина скважины

     Наклонные скважины более эффективны при взрывании трудновзрываемых пород и обеспечивают высокую степень дробления и хорошую проработку подошвы уступа. 

     Глубину определяем по следующей формуле

       м,

       м,

     где Н_у=12 м – высота уступа;

     β=75° - угол наклона скважины к горизонту.

     Угол  наклона скважины к горизонту  выбрал 75º в связи с тем, что  при взрывании наклонных скважинных зарядов сопротивление породы взрыванию  постоянно на высоте уступа, отрыв  пород происходит, как правило, по линии скважин, улучшается степень дробления, хорошо прорабатывается подошва уступа, расход ВВ может быть снижен на 5-7 %.  

     Вместимость 1 погонного метра скважины

     Определяем  по формуле

      ,

     где: D = 1000 кг/м³ - плотность ВВ при заряжании

       кг/м;

     Линия сопротивления по подошве уступа

     Предельное  сопротивления по подошве одиночной  скважины, «Трест Союзвзрывпром», рекомендует определять по формуле

       м,

      м,

     По условию безопасного ведения работ проверяем

      , м

     где α=75° - угол откоса уступа;

     Н=12 м – высота уступа;

     с=2,0 м – минимально допустимое расстояние от оси скважин до верхней бровки уступа;

       м

     Расстояние  между рядами и скважинами в ряду

     Расстояние  между скважинами

       м,

       м,

     Расстояние  между рядами при квадратной сетке

      м.

     Вес заряда в скважине

     Вес скважинного заряда определяется по формуле

       кг,

       кг,

     Длина заряда в скважине

     Длина заряда в скважине определим по формуле

      м,

      м,

     Длина забойки

     Длина забойки определим по формуле

      м,

      м,

     Выход взорванной горной массы с 1 погонного метра скважины

     С помощью формулы определяем

       м³,

      м³

     где n_р=4 – число рядов скважин.

     Ширина  блока

       м,

      м,

     Количество  скважин в ряду определяется по формуле

     N_с = L_б/а+1,

     где L_б – длина блока, которая определяется из выражения

     L_б = V_б/В_б × Н_у = 126000/(36×10) = 350 м,

     где:

     - V_б – средний объем взрыва равен 126000 м³;

     Тогда количество скважин равно

     N_с = 350/7,2+1 = 42 скважин.

     Общее количество скважин находится по формуле

     N_об = N_c × N_р скважин

     N_об = 42×4 = 168 скважины.

     Определяем  объем бурения

     N_y = N_об + L_б

     N_y = 168 * 350 = 58800 м³

     Ширина  развала взорванной горной массы

      м

      м

     где K_вз - коэффициент, зависящий от взрываемости пород (для трудно взрываемых K_вз = 3,5¸4);

     K_з - коэффициент, зависящий от времени замедления при короткозамедленном взрывании зарядов (при мгновенном взрывании К_з=1, при замедлении до 25 мс K_з=0,9, до 50 мc K_з=0,8).

     Высота  развала взорванной горной массы

       м,

       м,

     где K_р = 1,4 - коэффициент разрыхления породы в развале.

      3. Выбор и описание конструкции заряда в скважине 

     По  своей конструкции скважинные заряды ВВ могут быть сплошными и рассредоточенными. Выбор конструкции заряда производится с учетом строения и состояния горного массива, при взрывной отбойке мерзлых труднобуримых пород предпочтение отдается рассредоточенным зарядам с воздушными промежутками.

     При взрыве сплошного заряда происходит переизмельчение породы в ближней зоне за счет высокого давления газообразных продуктов в зарядной камере. В результате в дальнюю зону передается относительно небольшое количество энергии, из-за чего порода в ней дробится на более крупные куски.

     Сплошной  заряд рекомендуется применять при взрывании обводненных крепких пород с высоким удельным расходом ВВ, когда заряд занимает все выбуренное пространство за исключением верхрней части скважины, в которой размещается необходимой длины забойка.

     Так же сплошной заряд следует применять и при разрушении легковзрываемых трещиноватых пород, когда взрывом достаточно лишь нарушить связь между естественными отдельностями массива.

     При взрыве заряда с воздушным промежутком  уменьшается плотность заряда в  скважине, что позволяет значительно  снизить пиковое давление взрыва на границе заряд-порода и сократить потери энергии на ненужное переизмельчение породы. При этом газы верхнего заряда запирают газообразные продукты взрыва нижнего заряда, увеличивая время его активного действия на массив.

     В результате такого изменения параметров импульса доля энергии, идущая на местное измельчение породы, уменьшается, а коэффициент использования энергии на дробление увеличивается. Таким образом, применение зарядов с воздушным промежутками обеспечивает более равномерное дробление взорванной горной массы.

     Количество  и длина воздушных промежутков  устанавливается в зависимости  от физико – механических свойств  горных пород, типа ВВ, глубины скважины и минимально допустимой длины забойки. Для мерзлых пород рациональным считается рассредоточение зарядов на две части воздушным промежутком длиной 0,2-0,25 высоты колонки заряда. Масса нижней части рассредоточенного заряда принимается равной 0,7-0,75 от общей массы заряда. В качестве забойки можно использовать увлажненный песчано- глинистого материала что позволит уменьшить длину забойки на 20-25%.

     По  исходным данным порода крепкая и обводненная. Исходя из этого, выбираю конструкцию со сплошным зарядом. 

     4. Выбор способа и средств взрывания зарядов. Выбор способа инициирования зарядов 

     Для инициирования зарядов взрывчатых веществ применяют средства взрывания. Средства взрывания очень чувствительны и начинают действовать от небольших по величине и простых по форме начальных импульсов: удара, нагрева, трения и т. д. К средствам взрывания предъявляются жесткие требования: безотказное действие от сообщенных этим средством начальных импульсов и достаточная мощность, чтобы обеспечить надежное и безотказное инициирование зарядов.

     Качество  начального импульса сильно влияет на результаты взрыва: например, одни и те же детонаторы могут сообщать различную скорость детонации патрону-боевику, если они не будут обладать одинаковым начальным импульсом. Следствием разновременного действия замедлителей одного номинала может быть некачественное дробление горной массы, недопустимый сейсмический эффект или нарушения взрывной сети, т. е. отказы. Следовательно, вторым не менее важным качеством средств инициирования должно являться однообразие их действия.