Вскрытие месторождения и проходка траншей

 

МИНИСТЕРСТВО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ,

ПОДГОТОВКИ  И  РАССТАНОВКИ  КАДРОВ 

РЕСПУБЛИКИ  САХА  (ЯКУТИЯ)

 

Автономное  учреждение Республики Саха (Якутия)

«Алданский  политехнический техникум»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой  проект

 

 

по МДК. 06.01. «Основы  горного и маркшейдерского дела»

 

для специальности 140448  «Техническая эксплуатация и  обслуживание

электрического и электромеханического оборудования (по отраслям).

Горная промышленность.

02. Открытые  горные работы»

 

 

 

 

Выполнил 

ст. гр

Проверил

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алдан,  2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

	Введение	3
1	Общетехническая часть	5
1.1 1.2 1.3 1.4	Определение технических  границ карьера                                        Подсчет запасов  полезного ископаемого Определение маркшейдерских границ карьера                                       Определение режима работы и производственной мощности карьера	5 6 9 12
2	Вскрытие  месторождения и проходка траншей	16
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6   2.7 2.8	Выбор и  обоснования  способа вскрытия месторождения  Характеристика  оборудования Расчет трассы капитальной траншеи                                                             Определение формы  и размеров поперечного сечения траншеи                Определение объемов  работ при проходке траншей                                  Определение производительности экскаватора при проходке траншеи    Расчет буровзрывных работ при проходке траншей                                    Определение потребности  парка буровых станков	16 17 18 19 20 21   23 32
3	Система разработки	36
3.1 3,2	Определение системы  разработки и ее параметров                                     Определение основных параметров и показателей работы отвалов	36 39
4	Охрана  труда и противопожарная защита	42
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	53
	СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ	54

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Горное дело относится к одному из основных видов человеческой деятельности, обеспечивающих существование и уровень развития цивилизации.

Развитая горнодобывающая  промышленность имеет большое значение в экономике государства, определяет его самостоятельность и обороноспособность. Это в полной мере относится в Российской Федерации, которая обладает огромными запасами различных полезных ископаемых.

Существуют различные  способы добычи полезных ископаемых: подземный, открытый, комбинированный, скважинный, со дна водоемов и др. Основными являются два из них – открытая и подземная разработка месторождений

Открытая разработка ведется  непосредственно с земной поверхности. Долгое время пальма первенства в горных работах принадлежала подземному способу добычи. Однако с середины позапрошлого века в связи с развитием горной техники началось бурное развитие технологии открытых горных работ.

При правильной организации  открытые горные работы имеют ряд существенных преимуществ перед подземной разработкой. Это связано в первую очередь с относительной дешевизной и простотой выполнения технологических операций, а также с существенным повышением безопасности производства работ. и более простым способом рекультивации.

Открытые горные работы выполняются в самых разнообразных условиях с применением различных технологий и средств механизации.

Выбор технологии и способ реализации каждого процесса (буровзрывные работы, выемочно-погрузочные работы, перемещение горной массы, отвальные  работы и организация вспомогательных работ на карьере) производятся на основании анализа данных о геологическом строении месторождения, свойствах полезного ископаемого и вмещающих пород, гидрогеологических и горнотехнических условий.

Грамотные технологические решения по разработке каждого конкретного месторождения, подбор рационального комплекса оборудования во многом определяет эффективность разработки месторождения

Задачей курсового проекта является выбор и обоснование основных технологических решений разработки месторождения полезного ископаемого по заданным исходным данным.

Курсовой проект по МДК. 06.01. «Основы горного и маркшейдерского  дела» выполняется после изучения теоретического курса. Целью курсового проектирования является закрепление и углубление полученных знаний, применение их при самостоятельном решении технических вопросов, связанных с выбором системы разработки, определением оптимальных параметров выработок карьера, расчетом буровзрывных работ, выбором технологического оборудования, а также развитие навыков самостоятельного и творческого подхода при принятии решений по выбору системы разработки.

Курсовой проект состоит  из двух частей: расчетно-пояснительной  записки и графической части.

 

 

 

1  Общетехническая часть

 

         При проектировании и планировании открытых горных работ наиболее важным является решение технико-экономических задач, к которым относятся:

- определение границ карьера;

- его производственной мощности;

- выбор способа  вскрытия;

- выбор рационального вида транспорта;

- выбор способа отвалообразования [2].

        

1.1 Определение  технических границ карьера                                       

 

 Целью определения  технических границ карьера является  определение линейных размеров карьера (по поверхности) и окончательной глубины карьера в зависимости от параметров залежи полезного ископаемого [6].

Принятая глубина карьера  составляет 480 м.

Определяем  средний результирующий угол наклона бортов карьера, град:

    γ_ср =   (γ_л + γ_в)/2                                                    (1)

    γ_ср =  (44 + 38)/2 = 41⁰

где  γ_л – угол нерабочего борта со стороны лежачего бока, град;

       γ_в – угол нерабочего борта со стороны висячего бока, град.

          С учетом  полученного значения находим  размеры карьерного поля.

Определяем длину карьерного поля, м:

L_к=L+2∙H_к∙сtg(γ_ср)                                          (2)

L_к=L+2∙H_к∙сtg(γ_ср) = 2300 +2∙ 480 ∙ сtg(41⁰) =2300 + 960*1,15 = 3404 (м)

 

где   L – длина залежи по простиранию, м;

       H_к  – глубина карьера, м;

       γ_ср – средний угол наклона бортов карьера, град.

          Определяем ширину карьерного поля, м:

B_к=M + 2∙H_к ∙ сtg(γ_ср)                                                                                         (3)

L_к = L +2∙H_к∙сtg(γ_ср) = 520 +2∙ 480 ∙ сtg(41⁰) =520 + 960*1,15 = 1624 (м)

где М – горизонтальная мощность залежи, м;

     H_к  – глубина карьера, м;

        γ_ср – средний угол наклона бортов карьера, град.

 

1.2 Подсчет запасов  полезного ископаемого

 

          Расчет запасов полезного ископаемого и объемов вскрыши в контурах карьера необходим для определения срока службы (эксплуатации) карьера, режима работы, производственных мощностей, а также дальнейшего выбора системы разработки и технической комплектации карьера.

Правильное  определение параметров позволяет экономически целесообразно выбрать выемочно-погрузочные машины, средства транспорта, а также усреднить показатели добычных и вскрышных работ на время эксплуатации карьера.

        

Определяем площадь основания залежи полезных ископаемых, м²:

S = L ∙  M                                                            (4)

S = L ∙  M  = 2300 ∙ 520 = 1 196 (тыс. м²),

где L– длина залежи по простиранию, м;

M – горизонтальная мощность залежи, м.

       

          Затем находим периметр залежи полезных ископаемых, м:

P = 2 ∙ (L+ M)                                                      (5)

P = 2 ∙ (L+ M) = 2 ∙ (2300 + 520) = 5 640 (м),

где  L – длина залежи по простиранию, м;

      M – горизонтальная мощность залежи, м.

         

     Далее  определяем объем  горной массы в контуре карьера. Для этого найдем следующие параметры:

- объем призмы залежи полезных ископаемых, м³:

V₁ = S ∙ H_к                                                            (6)

V₁ = 1 196 ∙ 480 = 574 (млн. м³).

где    S – площадь основания залежи, полезных ископаемых, м²;

          H_к – глубина карьера, м;

 

 - суммарный объем призм треугольного сечения, прилегающих с четырех сторон к объему призмы залежи, м³:

V₂ = 0,5 ∙ P∙H²_к∙сtg (γ_ср)                                                (7)

V₂ = 0,5 ∙ 5 640∙ 480² ∙ 1,15 = 747 (млн. м³).

где   P – периметр залежи полезных ископаемых, м;

      H_к – глубина карьера, м;

      γ_ср– средний угол наклона бортов карьера, град;

         

- суммарный объем отдельных частей расчлененного конуса, располагающихся в угловых частях карьера, м³:

V₃ = (1/3 ∙ H_к) ∙H²_к∙сtg²(γ_ср)                                                   (8)

V₃ = 1/3 ∙ 480 ∙552²  = 49 (млн. м³).

где     H_к – глубина карьера, м;

  γ_ср – средний угол наклона бортов карьера, град.

 

 На основании   полученных  значений  определяется объем карьера, м³:

V_к = V₁ + V₂ + V₃                                                                (9)

V_к = V₁ + V₂ + V₃ = 574+ 747 + 49 = 1 370 (млн. м³).

где V₁– объем призмы залежи полезных ископаемых, м³;

V₂ – суммарный объем призм треугольного сечения, прилегающих с четырех сторон к объему призмы залежи, м³;

V₃ – суммарный объем отдельных частей расчлененного конуса, располагающихся в угловых частях карьера, м³.

 

Определяем объем полезных ископаемых в контурах карьера, м³:

V_пи = S ∙ (H_к – h_н)                                                     (10)

V_пи = 1 196 000 ∙ (480 – 32) =536  млн. м³.

где S    – площадь основания залежи, полезных ископаемых, м²;

H_к – глубина карьера, м;

h_н – мощность наносов, м.

 

 Далее определяются промышленные запасы полезных ископаемых в контурах карьера (запасы, извлекаемые из недр), т:

Q_пи = V_пи ∙ γ_пи  ∙η_пи                                               (11)

Q_пи = 536 ∙ 3,1∙ 0,96 = 1 595  (млн. т)

где V_пи – объем полезных ископаемых в контурах карьера, м³;

γ_пи – объемная масса полезных ископаемых, т/м³;

η_пи – коэффициент извлечения полезных ископаемых.

  

Определяется  объем пустой породы в контурах карьера, м³:

V_п = V_к – V_пи                                                       (12)

V_п = 1 370 – 536 = 834  млн. м³.

где   V_к – объем карьера, м³;

V_пи – объем полезных ископаемых в контурах карьера, м³.

 

Определяется  величина среднего коэффициента вскрыши (объем вынимаемой пустой породы, приходящейся на единицу добываемого полезного ископаемого), м³/т:

К_ср  = V_п  /  Q_пи                                                 (13)

К_ср  = 834 / 1595 = 0,52 м³/т

где V_п – объем пустой породы в контурах карьера, м³;

Q_пи – промышленные запасы полезных ископаемых в контурах карьера, т.

 

Определяем площадь карьера по поверхности, м²:

S_к = L_к ∙ B_к                                                                     (14)

S_к = 3 404 ∙ 1 624 = 5 528 тыс. м².

где L_к – длина карьерного поля, м;

B_к– ширина карьерного поля, м.

 

1.3 Определение  маркшейдерских границ карьера

 

Определение маркшейдерских границ карьера  производится на основании  результатов геодезических измерений [6, 10].

1. Определяется сумма измеренных углов замкнутого теодолитного хода, град, и сравнивается с теоретической суммой, вычисленной по формуле:

∑β_т = 180^о ∙ (n – 2)                                             (15)

где n – число сторон теодолитного хода

 

2. Определяются  значения исправленных углов  замкнутого теодолитного хода. Для   этого  производятся следующие  опреации.

Определяется угловая невязка, град:

f_β = ∑β_п – ∑β_т                                                   (16)

где ∑β_п – сумма измеренных углов замкнутого теодолитного хода, град;

∑β_т – теоретическая сумма углов замкнутого теодолитного хода, град.

Эта невязка распределяется с обратным знаком по углам (если в углах присутствуют секунды, то лучше от них избавиться). Невязка записывается в таблицу ручкой красного цвета. Сумма исправленных углов должна быть равна теоретической сумме.

3. По начальному дирекционному углу и увязанным внутренним углам вычисляем дирекционные углы всех остальных сторон хода, град:

α_n = α _n-1 +180^о – β                                                      (17)

где  α _n-1 – дирекционный угол предыдущей стороны, град;

  β – угол при вершине, град.

Получение исходного  дирекционного угла является контролем  вычислений. При получении дирекционного угла величиной более 360º вычитаемт 360º.

По найденным  дирекционным углам, пользуясь формулами таблицы 2, вычисляются румбы сторон замкнутого теодолитного хода.

 

 Таблица 2 – Формулы для вычислений румбов теодолитного хода

№	Дирекционный  угол	Румб
1	1	2
1	0º – 90º	r = α
2	90º – 180º	r = 180º – α
3	180º – 270º	r = α – 180º
4	270º – 360º	r = 360º – α

 

 

4. Определяем приращения координат по румбам и горизонтальным проложениям сторон, м:

DX = d ∙ cos (r);    DY = d ∙ sin (r)                                           (18)

где  d – горизонтальное проложение сторон теодолитного хода, м

          r – румб стороны теодолитного хода, град.

Знаки приращения координат зависят от направления линий, которые характеризуются румбом.

 

 

5. Определяем исправленные значения  приращений координат

 Определяется алгебраическая сумма приращений координат. В замкнутом полигоне сумма приращений координат теоретически должна быть равна нулю.

∑DX = 0;     ∑DY = 0                                                (19)

Полученные  суммы приращений координат являются невязками по осям Х и У.

          Определяется абсолютная невязка хода, м:

f_p = √(f²_x + f²_y)                                                      (20)

где   f_x – линейная невязка по координатам Х, м;

         f_y– линейная невязка по координатам У, м.

          Определяется относительная невязка хода:

n = 1/ (P_x/f_p)                                                          (21)

где P_x – периметр (длина хода), м;

f_p– абсолютная невязка хода, м.

Относительная невязка не должна превышать 1/1500.

          Определяются поправки к приращениям координат на каждую из осей, м:

δDX = (f_x/P) ∙ d_n;  δDY = (f_y/P) ∙ d_n                                       (22)

где P_x– периметр (длина хода), м;

      d_n– длины сторон хода, м;

      f_x – линейная невязка по координатам Х, м;

      f_y – линейная невязка по координатам У, м.

Определяются исправленные приращения координат, м:

DX_испр = DX + δDX;   DY_испр = DY + δDY                                 (23)

где DX – приращения по координатам Х, м;

      DY – приращения по координатам У, м;

      δDX – поправки к приращениям координат Х, м;

       δDY –поправки к приращениям координат У, м;

Прибавляются поправки со знаком, обратным знаку невязки. Сумма исправленных приращений должна быть равна нулю.

        6. Определяются координаты вершин теодолитного хода, м:

X_n  = X_n-1  + DX_испр;   Y_n  = Y_n-1  + DY_испр                                  (24)

где    X_n, Y_n           – координаты последующей вершины теодолитного хода, м;

            X_n-1, Y_n-1           – координаты предыдущей вершины теодолитного хода, м;

         DX_испр, DY_испр – исправленные приращения координат, м.

Расчет маркшейдерских границ карьера сводится в таблицу (таблица в приложении 2).

По  полученным данным  отстраиваются  маркшейдерские границы карьера (граф. прил. 1)

 

1.4    Определение  режима работы и производственной  мощности карьера     

 

    Определим ориентировочную годовую производительность карьера по полезным ископаемым (производственная  мощность карьера по полезным ископаемым), т/год:

П_и = Q_пи / Т                                                      (25)

П_и = 1595 /50 = 32 млн. т в год

где Q_пи – промышленные запасы полезных ископаемых в контурах карьера, т;

       Т    – срок службы карьера, лет (табл. 3).

Таблица 3 – Срок службы карьера

Годовой объем  обуриваемой горной массы и выемочнопогрузочных  работ, млн. м3	Минимальной срок существования карьера, лет
1	2
до 1	10
1 – 2	10 – 15
2 – 5	15 – 20
5 – 10	20 – 30
10 – 20	30 – 40
20 – 30	40 – 45
более 30	более 45

         

Так как в процессе обработки  карьера его дно двигается  по горизонтали, то определяем скорости подвигания фронта в сторону лежачего и висячего бока залежи.

          Скорость подвигания фронта работ в сторону лежачего бока залежи, м/год:

v_фл = v_пи ∙ (ctg γ_л – ctg α_пи)                                            (26)

v_фл = 12 ∙ (ctg 44⁰ – ctg 58⁰) = 4,9 м

где v_пи – ориентировочная скорость понижения добычных работ, м/год (табл. 4);

      γ_л – угол нерабочего борта со стороны лежачего бока, град;

      α_пи – угол падения залежи полезных ископаемых, град.

 

Скорость подвигания фронта работ в сторону висячего бока залежи, м/год:

v_фв = v_пи ∙ (ctg γ_в – ctg α_пи)                                            (27)

v_фв = 12 ∙ (ctg 38⁰ – ctg 58⁰) = 7,9 м

где v_пи – ориентировочная скорость понижения добычных работ, м/год (табл. 4);

    γ_в – угол нерабочего борта со стороны висячего бока, град;

     α_пи – угол падения залежи полезных ископаемых, град.

 

Таблица 4 –  Ориентировочная скорость понижения  добычных работ.

 

Вид транспорта	Площадь карьера по поверхности, км2	Угол откоса рабочего борта карьера, град
		6-8	9-13	14-25	26-32	33-46	47-52	53-65	более 65
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Железно- дорожный	1-2	5	6	7	9	10	---	---	---
	2-3	6	7	8	11	11	---	---	---
	3-4	7	9	11	12	13	---	---	---
	более 4	8	10	11	12	14	---	---	---
Комбинированный	1-2	7	8,5	10	11,5	13	14	---	---
	2-3	8,5	10	11,5	13	14	15,5	---	---
	3-4	10	11,5	13	14	15,5	17	---	---
	более 4	11,5	13	14	15,5	17	18,5	---	---
Автомобильный	до 1	10	11	12,5	14	15,5	17	18	19
	1-2	11	12,5	14	15,5	17	18	19,5	21
	2-3	12,5	14	15,5	17	18	19,5	21	---
	3-4	14	15,5	17	18	19,5	21	22,5	---
	более 4	15,5	17	18	19,5	21	22,5	24	---

         

Теперь определим уточненную производственную мощность карьера по полезным ископаемым, т/год:

П_пи = v_пи ∙ S_к ∙ γ_пи ∙ (1 + ρ)                                                (28)

П_пи = 12 ∙ 1 196 000 ∙ 3,1 ∙ (1 + 0,4) = 62 млн. т

где v_пи – ориентировочная скорость понижения добычных работ, м/год (табл. 3);

       S_к – площадь карьера по поверхности, м²;

       γ_пи объемная масса полезных ископаемых, т/м³;

       ρ     – предельно допустимый коэффициент объемного разубоживания, выражается в долях единицы от срока службы карьера (например, если срок службы карьера 15 лет, то ρ = 0,15).

         

        Тогда с учетом  коэффициента  вскрыши  производственная мощность карьера по вскрыше (м³/год) составит:

П_в = П_пи ∙ К_ср ∙ К_н                                                        (29)

П_в = П_пи ∙ К_ср ∙ К_н   = 62 ∙ 0,52 ∙ 1,2 = 39 млн. м³/год

где  П_пи – уточненная производственная мощность карьера по полезным ископаемым, т/год;

       К_ср – величина среднего коэффициента вскрыши, м³/т;

       К_н  – коэффициент неравномерности распределения вскрышных работ по годам, К_н = 1,1¸1,3.

         

Теперь определим производственнуюмощность карьера по горной массе в год, м³/год:    

П_пг = П _пи ∙ 1/γ_пи +П_в                                                       (30)

П_пг = 62 / 3,1 + 29 = 20 + 29 = 49 млн. м³/год

где П_пи– уточненная производственная мощность карьера по полезным ископаемым, т/год;

          γ _пи– объемная масса полезных ископаемых, т/м³;

       П_в  – производственная мощность карьера по вскрыше, м³/год.

 

              Основные показатели по общетехнической части

Длина карьерного поля:	3404 м
Ширина карьерного поля	1624 м
Площадь основания  залежи полезных ископаемых	1 196 тыс. м2
Периметр залежи полезных ископаемых	5 640 м
Объем карьера	1 370 млн. м3
Объем полезных ископаемых в контурах карьера	536  млн. м3
Промышленные  запасы полезных ископаемых в контурах карьера	1 595 млн. т
Объем пустой породы в контурах карьера	834  млн. м3
Средний коэффициент  вскрыши	0,52 м3/т
Площадь карьера  по поверхности	5 528 тыс. м2
Скорость подвигания фронта работ в сторону лежачего бока залежи	4,9 м/год
Скорость подвигания фронта работ в сторону висячего бока залежи	7,9 м/год
Уточненная  производственная мощность карьера  по полезным ископаемым, т/год	62 млн. т
Производственная  мощность карьера по вскрыше	39 млн. м3/год
Производственная  мощность карьера по горной массе в год,	49 млн. м3/год