МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КОВДОРСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению курсового проекта по дисциплине МДК 01.02 «Технология добычи полезных ископаемых открытым способом» для студентов специальности 21.02.15 – «Открытые горные работы» Методические указания составлены в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования. В учебном пособии изложены основные методические положения по выполнению курсового проекта и представлены исходные данные. Особое внимание уделено содержанию разделов проекта. Кратко представлены требования к выполнению и оформлению курсового проекта. Предназначено в качестве учебного пособия для студентов очной и заочной форм обучения. Составитель: Пеньевская Наталья Александровна, преподаватель специальных дисциплин Методические указания рассмотрены: г. Ковдор – 2023 СОДЕРЖАНИЕ: I ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 6 II ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 6 2.1. Тематика и задание на курсовой проект 7 2.2. Указания по оформлению пояснительной записки 8 2.3. Оформление графической части 9 III СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 11 IV МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАЗДЕЛОВ ПРОЕКТА 11 Введение 11 4.1. Краткая горно-геологическая характеристика месторождения 12 4.2. Определение параметров элементов карьера 13 4.3. Определение срока эксплуатации карьера 16 4.4. Подготовка горных пород к выемке 16 4.4.1. Расчет параметров буровзрывных работ 16 4.4.2. Определение технической скорости бурения 17 4.5. Выбор и обоснование горно-транспортного оборудования 22 4.5.1. Выбор типа и модели выемочно-погрузочной машины 22 4.5.2. Расчет параметров выемочно-погрузочных работ 23 4.6. Определение параметров доставки грузов карьерным транспортом 25 4.6.1. Расчет параметров перемещения грузов в карьере 26 4.6.2. Расчет провозной и пропускной способности пути 27 4.6.3. Расчет подвижного состава железнодорожного транспорта 28 4.6.4. Расчет парка подвижного состава автотранспорта 29 2 4.6.5.Расчет пропускной и провозной способности автодорог 30 4.7. Отвалообразование на карьере 31 4.8. Выбор и обоснование схемы вскрытия карьера и его горизонтов 34 4.9. Обоснование системы открытой разработки месторождения 37 4.9.1. Определение параметров системы разработки 37 4.10. Комплексная механизация горных работ 39 4.11. Технологическая схема горных работ 40 4.12. Обеспечение безопасности ведения горных работ 40 Выводы 41 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 42 ПРИЛОЖЕНИЯ 43 I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Курсовой проект по дисциплине «Технология добычи полезных ископаемых открытым способом» является важным этапом изучения этого предмета и выполняется каждым студентом по индивидуальному заданию в сроки, предусмотренные учебным планом и графиком учебного процесса. Цель курсового проекта: закрепление и расширение студентами теоретических и практических знаний по технологии ведения открытых горных работ при разработке рудных месторождений, по элементам и параметрам карьера, системам разработки, вскрытию рабочих горизонтов; закрепление навыков работы с учебной и научно-технической литературой. Задачи курсового проекта: обоснование и расчет основных процессов открытых горных работ; выбор и обоснование горно-транспортного оборудования по процессам; определение текущих объемов горных работ, годовой производительности карьера и необходимого основного оборудования, его расстановка на рабочих горизонтах; обоснование процессов перемещения, доставки и складирования в отвал вскрышных пород; 3 выбор и обоснование способов и схем вскрытия и подготовки карьерного поля и рабочих горизонтов; обоснование систем открытой разработки рудного месторождения; выбор средств комплексной механизации и автоматизации процессов открытых горных работ с учетом свойств полезного ископаемого и вмещающих пород. В процессе выполнения курсовой работы студент самостоятельно выполняет следующие виды работ: рассчитывает параметры элементов карьера; определяет годовую производительность карьера и обосновывает выбор основного оборудования и транспорта; рассчитывает парк буровых станков, экскаваторов, транспортных средств; составляет паспорт буровзрывных работ; определяет параметры отвалообразования; выбирает и обосновывает схему и систему капитальных траншей для вскрытия рабочих горизонтов; выбирает и обосновывает выбор системы разработки месторождения открытым способом; обосновывает технологическую схему открытых горных работ. Особое внимание при выполнении курсового проекта следует уделять вопросам определения конструктивных параметров открытой разработки с учетом рабочих размеров оборудования и особенностей горно-геологических условий разработки карьерного поля, сочетания выемочно-погрузочных и транспортных машин, расчетной сетки глубоких скважин, организации работ. В процессе выполнения проекта студент должен показать свое умение самостоятельно принимать решения в вопросах выбора и обоснования схемы вскрытия месторождения и рабочих горизонтов карьера, системы разработки месторождения открытым способом, а также типа и модели выемочно-погрузочной машины, выбора бурового станка, выполнять расчеты по определению основных технологических параметров, хорошо ориентироваться в вопросах организации и планирования технологических процессов. При выполнении курсового проекта студент в обязательном порядке пользуется научной, учебной, научно-технической и справочной литературой, посвященной вопросам процессов открытых горных работ. 4 II. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 2.1. Тематика и задание на курсовой проект Тема курсового проекта. В соответствии с целью и задачами примерная тематика курсового проекта может быть сформулирована следующим образом: «Составить проект открытых горных работ карьерного поля». Каждому студенту выдается индивидуальное задание с указанием исходных данных, характеризующих основные особенности заданных горно-геологических условий разработки месторождения. Для проектируемого карьера обосновать и выполнить следующие виды работ: 1. Определить параметры элементов карьера (расчет и обоснование конечной глубины карьера, угол борта карьера; расчет среднего коэффициента вскрыши; определение объемов горной массы и вскрыши, размеры дна карьера и его размеры на поверхности, количество уступов). 2. Рассчитать параметры элементов уступа (высота, угол откоса, тип забоя экскаватора). 3. Рассчитать с учетом годовой производительности карьера парк буровых станков, экскаваторов, транспортных средств. 4. Составить проект на буровзрывные работы (параметры технологического (экскаваторного) блока, диаметр и длина скважины, расстояние между скважинами в ряду, расстояние между рядами скважин, общее количество скважин на блоке, расход взрывчатых веществ для взрывания технологического блока). 5. Обосновать отвалообразование (объем отвала, приемная способность отвала, способ перемещения фронта отвальных работ длина фронта отвальных работ, применяемое оборудование). 6. Выбрать и обосновать системы разработки месторождения (расчет элементов параметров систем разработки). 7. Обосновать вскрытие карьерного поля (схема вскрытия, капитальная траншея и ее параметры, трасса капитальной траншеи, выбор и обоснование системы капитальных траншей). 8. Выбрать и обосновать комплекс горно-транспортного оборудования для вскрышных и добычных работ. 9. Обосновать технологическую схему комплексной механизации ведения открытых горных работ. Выполняемый курсовой проект должен ориентироваться на развитие прогрессивных и эффективных способов открытой добычи полезных ископаемых. 5 Задание для выполнения курсового проекта выдается каждому студенту индивидуально. Исходные данные к курсовому проекту по теме «Проектирование карьеров»: № пп № варианта данные 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Плотность полезного ископаемого, пи, т/м3 2,9 2,7 2,8 3,0 2,8 2,9 2,7 3,1 2,6 3,2 2 Плотность скальной вскрыши, св, т/м3 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 2,4 2,5 2,6 2,4 2,6 Плотность рыхлой вскрыши, рв, т/м3 1,8 1,7 1,6 1,5 1,5 1,7 1,8 2,0 1,8 2,0 4 Горизонтальная мощность залежи, mг, м 125 140 120 125 135 145 110 130 120 130 5 Мощность покрывающих пород, hн, м 24 25 20 27 23 26 19 24 20 22 6 Простирание залежи, Lпр, км 1,5 1,6 1,4 1,2 1,8 1,5 1,7 1,8 1,1 1,7 7 Граничный коэффициент вскрыши, Кг, м3 /м3 5,0 5,3 5,4 5,2 5,0 4,8 5,1 4,6 4,7 4,9 8 Расстояние транспортировки пород, Lтр, км 3,5 4,5 4,0 3,5 4,5 4,0 4,5 3,5 4,5 3,5 9 Модель бурового станка СБШ – 250 СБШ - 320 СБШ - 200 СБШ - 320 СБШ - 250 СБШ - 200 СБШ - 250 СБШ - 320 СБШ - 250 СБШ - 320 10 Модель экскаватора ЭКГ -8И ЭКГ -10 ЭКГ -5А ЭКГ -8И ЭКГ -10 ЭКГ -10 ЭКГ -5А ЭКГ -8И ЭКГ -8И ЭКГ -10 11 Крепость полезного ископаемого 9 10 14 8 17 14 13 16 11 6 12 Крепость вскрышных пород 8 8 8 7 13 7 6 11 9 4 3 2.2. Указания по оформлению пояснительной записки Пояснительная записка выполняется в виде отпечатанной на компьютере (ПК), на писчей бумаге формата А-4 с размерами 297х210 мм. Текст расчетно-пояснительной записки размещается с оставлением полей: слева – 20 мм, справа, сверху и снизу по 15 мм. Текст, набираемый на ПК, печатается шрифтом Nimes 6 New Roman, размер шрифта 14, междустрочный интервал – 1,25. На одной странице печатается не более 30 строк, а в каждой строке 60 - 65 знаков. Номера страниц проставляют снизу посредине страницы. Нумерация страниц записки сквозная, начиная с содержания. Страницы текста нумеруют арабскими цифрами. Название каждого раздела в тексте пояснительной записки пишется посредине листа, заглавным полужирным шрифтом. В случае большого объема текста раздела, следует его разделить на подразделы, которые также пишутся посредине листа, заглавным полужирным шрифтом курсивом. Порядковый номер подраздела пишут следующим образом: сначала ставится порядковый номер раздела, в конце ставится точка, а затем номер самого подраздела и еще одна точка. Например, 4.2. Определение параметров элементов карьера. Математические расчеты представляют в виде расчетных формул (допускается вписывать черными чернилами от руки) с последующей подстановкой в них цифровых значений. Значение каждого символа и числового коэффициента следует давать с новой строки. Например, эффективная производительность экскаватора ЭКГ-5А определяется по формуле: Qэф = где Кн.к — коэффициент наполнения ковша (Кнк = 0,8); Кр. к — коэффициент разрыхления породы в ковше (Кр. к = 1,4); Кт.в — коэффициент влияния технологии выемки; Кпот = коэффициент, учитывающий потери экскавируемой породы; Ку — коэффициент управления (Ку = 0,9); Тц — продолжительность рабочего цикла, с Таблицы и рисунки в тексте помещают после ссылки на них или же в начале следующей страницы. Перед таблицей с правой стороны пишется слово «Таблица» с соответствующим разделу номером, например, «Таблица 2.3» или «Рис. 3.2» (третья таблица второго раздела или второй рисунок третьего раздела). Ниже, посредине строки пишут название таблицы, а подрисуночную надпись пишут под рисунком. В тексте пояснительной записки, при заимствовании каких-либо сведений, обязательно делается ссылка на использованные литературные источники, которые выполняются в квадратных скобках с указанием порядкового номера источника, значимого в списке литературы. В конце записки приводится список использованной литературы, в последовательности и с нумерацией, соответствующей очередности ссылок в тексте. По каждому из перечня записывают автора, его инициалы, наименование работы, издательство, место и год издания. Общий объем расчетно-пояснительной записки курсового проекта не должен превышать 25 - 30 страниц печатного (рукописного) текста. В тексте допускаются общепринятые сокращения слов и словосочетаний. Оформление текста расчетно7 пояснительной записки выполняется, согласно действующим стандартам и методических указаний. Первой страницей записки является титульный лист проекта (приложение №1). Второй страницей - задание на курсовой проект с исходными данными (приложение №2), которое выдается преподавателем каждому студенту. На третьей странице пишут содержание записки с указанием страниц. Пояснительная записка состоит из разделов и подразделов, а сам текст должен отличаться краткостью и четкостью изложения. Расчетно-пояснительная записка должна содержать: титульный лист; задание на проектирование; содержание и перечисление всех разделов записки; введение; текст с необходимыми расчетами, схемами и таблицами; выводы; список использованной литературы. Текст курсового проекта должен отражать собственные рассуждения студента, выводы и рекомендации. Работа над проектом выполняется в соответствии с календарным графиком. Принятые в проекте решения следует увязывать с требованиями правил технической эксплуатации месторождений полезных ископаемых (ПТЭ) и правил техники безопасности (ПТБ). Не допускается представление работы в окончательно оформленном виде, без промежуточных консультаций с руководителем. 2.3. Оформление графической части Графическая часть выполняется на одном или двух листах формата А-1 с размерами 594х841 мм в графических программах на компьютере, а схемы и рисунки, прилагаемые к записке, на листах формата А-4 с размерами 297х210 мм. Графическая часть должна выполняться в соответствии с требованиями стандартов (ГОСТ 2.301-68; 2.303-68; ГОСТ 2.104-68). Угловой штамп помещают в правом нижнем углу листа. Графы и размеры углового штампа должны заполняться по ГОСТу 2.104-68. Все надписи и текстовые пояснения, а также подписи на чертежах и схемах должны выполняться топографическим шрифтом. Высоту букв выбирают в соответствии со значимостью текста, которая должна соответствовать стандарту: 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 7,0 мм. В графической части должны быть представлены: а) схема месторождения; б) поперечный разрез карьера с вынесенными расчетными параметрами; в) расчет- 8 ные параметры технологического блока с нанесенной сеткой скважин; г) поперечный разрез технологического блока с нанесенными расчетными параметрами скважин; д) схема и параметры отвалообразования, паспорта буровзрывных, выемочнопогрузочных и отвальных работ, каждый из них - в двух проекциях. Отдельно приводится общая схема отработки уступов. Показывается расположение скважин на верхней площадке уступа с принятой схемой инициирования скважинных зарядов ВВ; в разрезе по буровой заходке показывают конструкцию заряда скважины, буровой станок (схематично), называют вид ВВ и СВ. На плане и разрезе паспорта выемочно-погрузочных работ показывают развал взорванных пород, установку экскаватора и транспортных средств; произвольным условным обозначением показывают также схему отгрузки развала. Паспорт отвалообразования включает план и разрез отвального уступа с расстановкой транспортного и отвального оборудования; название моделей оборудования приводится здесь же на чертеже или выносится в спецификацию условных обозначений. Общая схема отработки вскрышных уступов с расположением отвала относительно рабочей зоны карьера может показываться в масштабе 1:2000 или 1:5000; на схеме приводится изображение въездной траншеи (съезда) или системы траншей в зависимости от числа вскрышных уступов. Все размеры на чертежах приводятся в метрах, уклон траншей в промилях. III. Содержание курсового проекта Курсовой проект содержит пояснительную записку и демонстрационный лист(ы). Содержание пояснительной записки: введение, основное содержание, выводы. Во введении студент приводит общие сведения об открытых горных работах, периоды и производственные процессы открытых горных работ, зависимость открытых горных работ от природных факторов. Расчетно-пояснительная записка содержит следующие разделы: 1. Выбор и обоснование горно-транспортного оборудования. 2. Определение параметров элементов карьера (расчет коэффициентов вскрыши, контурного объем горной массы и вскрыши, расчет конечной глубины карьера, определение устойчивого угла борта карьера). 3. Определение срок эксплуатации карьера. 4. Подготовка массива горных пород к выемке (выбор типа бурового станка, расчет параметров буровзрывных работ). 9 5. Расчет параметров выемочно-погрузочных работ. 6. Определение параметров доставки грузов карьерным транспортом. 7. Определение основных параметров отвалообразования на карьере (объем отвала, высота отвала, приемная способность отвала, способ перемещения фронта отвальных работ, длина фронта отвальных работ, применяемое оборудование). 8. Обоснование вскрытия карьерного поля (схема вскрытия, капитальная траншея и ее параметры, трасса капитальной траншеи, выбор и обоснование системы капитальных траншей). 9. Выбор и обоснование системы разработки месторождения (расчет элементов параметров систем разработки). 10. Выбор и обоснование комплекса горно-транспортного оборудования для вскрышных и добычных работ. В выводах студент проводит обобщение результатов работы по курсовому проекту, приводит срок эксплуатации карьера, дает оценку устойчивости бортов карьера на весь срок его эксплуатации. В конце работы приводится список использованной научной, научно-технической и нормативной литературы. Список литературы должен содержать не менее 10 наименований. IV. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАЗДЕЛОВ ПРОЕКТА Введение Введение должно содержать наименование темы проекта его область применения и актуальность, а также цель и задачи курсового проекта. В нем излагается анализ возможных методов решения поставленных задач. Дается формулировка основных вопросов курсового проекта. 4.1. Краткая горно-геологическая характеристика месторождения Краткая геологическая характеристика месторождения излагается в соответствии с исходными данными. Основное внимание уделяется свойствам горных пород, гидрогеологическим и инженерно-геологическим условиям, влияющим на работу карьерного оборудования и его производительность, порядку разработки месторождения. 10 Охарактеризовать горные породы рудного месторождения, как объект открытых горных работ. Назвать типы пород по происхождению (осадочные, изверженные, метаморфические), группы пород (скальные, полускальные, рыхлые). Дать определение связности горных и перечислить категории разрушенных горных пород по связности; кусковатость горных пород и категории разрушенных горных пород по кусковатости. Показатель трудности разрушения породы (приводится формула В.В. Ржевского для определения показателя разрушения пород) и категории горных пород по трудности разрушения; пределы прочности пород на одноосное сжатие для основных групп пород и их соответствие типу горных пород и способу подготовки к выемке. Характеристики горных пород сводятся в таблицу 4.1. Таблица 4.1 Характеристика горных пород № п.п Группа пород Показатель разрушения пород Класс и категория пород по трудности разрушения Оконтуривание карьерного поля осуществляется путем геометрических построений в соответствии с известными высотными отметками конечного дна карьера и земной поверхности (изображаемой в изолиниях), размерами дна карьера и его положением относительно залежи, углами откоса нерабочих бортов со стороны лежачего и висячего боков залежи, которые должны определяться как по условиям устойчивости, так и технологической конструкции бортов, учитывающей наличие трасс вскрывающих выработок и их размеры. Конечные контуры карьера могут приниматься из проекта с приведением необходимых пояснений. 4.2. Определение параметров карьера Определение и расчет текущего коэффициента вскрыши Текущий коэффициент вскрыши студент рассчитывает по отношению объёма вскрышных пород к объему полезного ископаемого за единицу времени , м3/м3 , (4.1) где Vг.м – объём горной массы, м3; Vг.м – объём вскрышных пород одного уступа, м3; 11 Vв – объём полезного ископаемого в пределах одного уступа, м3 За единицу времени следует взять время отработки одного уступа и рассчитать объем вскрышных и добычных работ в пределах одного уступа, при этом угол откоса борта карьера студент выбирает по показателю крепости вмещающих пород и крепости полезного ископаемого Расчет конечной глубины карьера, определение устойчивого угла борта карьера. Для этого студент устанавливает значения конечной глубины карьера по равенству текущего и граничного коэффициентов вскрыши, т.е. C = Ктек. Рассчитывая значения C и Ктек на глубине 50м, 100м, 150м и так далее каждый раз проверяя равенство текущего и граничного коэффициентов вскрыши, установить конечную глубину карьера. При этом следует учитывать, что средний коэффициент вскрыши не должен превышать 8. При больших значениях этого коэффициента разработка месторождения будет не рентабельной. Конечная глубина карьера горизонтальных и пологих месторождений определяется по формуле: Hк = hвск.+ hп.и, (4.2) где: hвск.- мощность вскрыши, м; hп.и.- мощность полезного ископаемого. Конечная глубина карьера при разработке наклонных и крутых залежей определяется сопоставлением значений граничного и текущего коэффициентов вскрыши. С увеличением глубины карьера увеличивается и текущий коэффициент вскрыши. При достижении некоторой промежуточной глубины карьера Нк.п., значение текущего коэффициента вскрыши станет равным граничному, следовательно, дальнейшее увеличение глубины карьера приведет к необоснованным затратам. Конечная глубина карьера при разработке наклонных и крутых залежей определяется по формулам проф. Боголюбова Б.П.: = (4.3) = (4.4) где - конечная глубина карьера, м; k гр – граничный коэффициент вскрыши, м3/м3; m г= α - угол падения п.и. 12 D – ширина дна карьера минимально допустимая при наклонных и крутонаклонных месторождениях D = 30/40 м; - средний угол откоса лежачего борта карьера; - средний угол откоса лежачего бока. Также конечная глубина карьера определяется по формуле (4.5): H= , (4.5) где: ср – усредненные углы откоса бортов карьера, град. Р - периметр дна карьера, м; Sn - площадь дна карьера, м2; kгр - граничный коэффициент вскрыши. Угол откоса борта карьера определяется ориентировочно по таблице 1.2., стр. 18, изд. «Технология, механизация и организация ОГР»; авторы П.И. Томаков, И.К. Наумов. М., Недра, 1986 г. Установив конечную глубину карьера и выбрав угол откоса борта карьера, следует определить коэффициент устойчивости борта карьера при выбранных параметрах карьера и заданных свойствах вмещающих пород. Для расчета коэффициента устойчивости, следует воспользоваться учебным пособием по геомеханике (раздел - расчет горного давления при ведении открытых горных работ). Расчет параметров элементов карьера (объем горной массы, объем вскрыши, запасы полезного ископаемого в контурах карьера). Необходимо рассчитать объем горной массы в контурах карьера по формуле В.В. Ржевского: Vгм = 0,6*(Kг + 2)*Нk*mг,*Lпр, м3 (4.6) где Lпр - длина месторождения по простиранию, м. Этот объем при равнинном рельефе поверхности может быть определен по формуле акад. В.В. Ржевского Vгм = Sд*Hк + Рд*Н2к * ctgср + Н3к *ctgср, , м3 где Sд - площадь дна карьера, м2; Нк - глубина карьера м; Рд – периметр дна карьера, м; γ – усредненный угол откоса нерабочих бортов карьера; 13 (4.7) Далее, следует определить объем полезного ископаемого, находящегося в контурах карьера Vп.и = (Нк- Hи)* mг *Lпр, м3 и определить общий объем пород вскрыши (рыхлая + скальная) Vв = Vгм - Vп.и , м3 где S - площадь подошвы карьера, м2; Нк - глубина карьера, м; βn - угол откоса n-го участка борта карьера, град; l - длина n-го участка борта карьера; βср- средний угол откоса борта карьера, град. Для подсчета объема вскрышных пород следует учитывать, что объём горной массы включает объём вскрышных пород и объем запасов полезного ископаемого, т.е. Vг.м. = Vвск.+ Vп.и.. Для определения запасов полезного ископаемого в контурах карьера для наклонных и крутых залежей необходимо рассчитать минимальный объем запасов, оставляемых в недрах. При известной длине дна объём запасов определяют в контурах карьера по формуле: Vп.и.= [mг* Hк – (S1+S2)]*Lд , (4.8) где: mг – горизонтальная мощность полезного ископаемого, м; Hк – глубина карьера, м; S1, S2 - площадь оставляемого в недрах полезного со стороны висячего и лежачего бока соответственно, м2; Lд - длина дна карьера, м. Максимальный объем извлекаемого полезного ископаемого следует определять по формуле: , где: ВД – ширина дна карьера, м; βн - угол откоса нерабочего борта карьера, град; mг –горизонтальная мощность полезного ископаемого, м; 14 (4.9) Hк – глубина карьера, м; Lд - длина дна карьера, м. Размеры карьера на уровне дневной поверхности следует определять после того, как установили параметры дна карьера, его конечную глубину и устойчивый угол откоса борта карьера. Размеры карьера на уровне дневной поверхности определяют по формулам: длина карьера Lк = Lд + Hк ctgβн + Hк ctgβр (4.10) ширина карьера Вк = Bд + Hк ctgβн + Hк ctgβр (4.11) где: Lд и Bд длина и ширина карьера на уровне дневной поверхности, м; Hк – конечная глубина карьера, м; βн и βр - углы откоса нерабочего и рабочего бортов карьера соответственно. Далее в курсовом проекте следует определить параметры уступа (высота, угол откоса), количество уступов, количество и размеры транспортных и предохранительных берм, тип забоя экскаватора. 4. 3. Определение срок эксплуатации карьера Определив параметры элементов карьера, переходим к определению срока эксплуатации карьера и производительности работ на карьере. По нормам технологического проектирования для рудных карьеров режим работы принимается круглогодовой при непрерывной семидневной неделе – с числом рабочих дней в году для средней полосы N = 300. Число рабочих смен в сутки n=3 по 8 часов каждая. Тогда годовой объем добычи будет (Ак, м3/год): Ак=Wп.и.* N * n, м3 /год (4.12) где N=300 – количество рабочих дней в году, n=3 – число смен в сутки, Wп.и. – грузопоток на добыче (в исходных данных). Срок службы карьера: , год (4.13) Зная срок разработки месторождения, производительность применяемого оборудования и транспорта, определяется годовая производительность карьера по горной массе, по полезному ископаемому, общей вскрыше, вмещающим породам. 15 Результаты расчетов по 4.2-4.3. заносятся в табл. 4.1. В масштабе 1:2000 выполняют схему вертикального разреза месторождения, карьера, с нанесением всех его параметров. 4.4. Расчет параметров буровзрывных работ Прежде чем начать расчет параметров БВР необходимо учесть следующее. На карьерах применяют скважины диаметром от 100 до 320 мм; меньшие значения диаметра выбирают в крепких трудновзрываемых породах, большие – в породах легко- и средневзрываемых при использовании мощного погрузочного оборудования. Таблица 4.1 Основные параметры элементов карьера № п.п Параметры элементов карьера Обозначение Единица измерения Значение 1 2 3 4 5 1. Средний коэффициент вскрыши 2. Текущий коэффициент вскрыши 3. Граничный коэффициент вскрыши 4. Конечная глубина карьера 5. Угол откоса борта карьера 6. Угол откоса уступа 7. Количество уступов 8. Количество берм транспортных 16 9. Количество ных берм предохранитель- 10. Объем горной массы 11. Размеры дна карьера 12. Объем вскрышных пород 13. Размеры карьера на дневной поверхности 14. Объём вмещающих пород 15. Высота уступа 16. Запасы полезного ископаемого в контурах карьера 17. Срок эксплуатации карьера 18. Годовая карьера производительность Из взрывчатых веществ (ВВ) на карьерах широко применяют сыпучие гранулированные ВВ типа граммонита, гранулита, граммонала, водонаполненные ВВ, акватолы, ифзанит, и реже порошкообразные – аммониты, аммоналы. В качестве эталонных ВВ приняты граммонит 79/21 и аммонит № 6ЖВ. Если проектируется применение другого типа ВВ, например, в обводненных скважинах, то проектный удельный расход ВВ получают путем умножения специального переводного коэффициента на значение удельного расхода эталонного ВВ. а) Определяем проектный удельный расход ВВ (проектируем взрыв): qп=qэ * кперев * кд * км * ксз * кобъем взр * ксп, г/м3, (4.14) где кперев (иногда обозначают квв) – переводной коэффициент от эталонного ВВ (аммонит N6ЖВ); кд – коэффициент, учитывающий требуемую степень дробления кд=0,5/dср, 17 dср=(0,15 - 0,2) - средний размер куска, м. кт – коэффициент, учитывающий потери энергии взрыва (учитывающий трещиноватость), кт=1,2* lср+ 0,2; (lср – средний размер отдельности в массиве, м); ксз – коэффициент, учитывающий степень сосредоточенности заряда ВВ, зависит от диаметра скважины. dск=100 мм; ксз=0,9-1 dск=200 мм; ксз=1-1,05 dск=250 мм; ксз=1,2-1,25 dск=300 мм; ксз=1,35-1,50 кобъем взр (кv) – коэффициент, учитывающий объем взрываемой породы кv = , (4.15) где Ну – высота уступа (10-18 м), если Ну > 18 м, то кv= , ксп – коэффициент, учитывающий количество свободных поверхностей взрываемого массива. 1 открытая поверхность ксп = 10 2 /-/-/-/-/-/-/ поверхности ксп = 8 3 /-/-/-/-/-/-/ поверхности ксп = 6 4 свободных поверхности ксп = 4 5 /-/-/-/-/-/-/ поверхностей ксп = 2 6 /-/-/-/-/-/-/ поверхностей ксп = 1 б) Определяем линию сопротивления по подошве уступа: , (4.16) где к1 – коэффициент, учитывающий трудности взрывания, к1 = Lвв/hу, Lвв – длина заряда в скважине, м; hу – высота уступа, м; 18 m – коэффициент сближения скважин. Для ориентировочных расчетов: m = 1,1 - 1,4 легко взрываемые породы m = 1,0 - 1,1 средне взрываемые породы m = 0,75 - 1,0 трудно взрываемые породы Р = 7,85 × dс2 × , кг/м – вместимость по ВВ 1 м скважины, где dс – диаметр скважины; - плотность заряжания, кг/дм2; при ручном заряжении 0,9 кг/дм2; при механизированном 1 кг/дм2; при водонаполненных ВВ = 1,4 - 1,6 кг/дм2 ; qп – проектный расход ВВ, кг/м3. В практике W = (40 - 45)*dс, W = (35 - 40)*dс, W = (25 - 35)*dс соответственно для легко взрываемых пород, для пород средней взрываемости и для пород трудно взрываемых. dс – диаметр скважины, м. Проверим на безопасность бурения: , м Wлпп ³ Wmin где a - угол откоса уступа (указан в исходных данных); hу – высота уступа, м. в) Определяем параметры расположения скважинных зарядов: - расстояние между скважинами в ряду: а = m*Wлпп, где m – эмпирический коэффициент, зависящий от класса взрываемости горных пород: I кл; II кл (qэ £ 20 г/м3) m = 1,1 - 1,4 II кл; III кл (qэ £ 30 г/м3) m = 1,0- 1,1 IV кл; V кл (qэ £ 50 г/м3) m = 0,75- 0,85 расстояние между рядами при многорядном взрывании 19 1. Скважины в рядах расположены в шахматном порядке в = 0,85* а, м; 2. Скважины в рядах расположены в квадрат в = а, м; где в – расстояние между рядами, м. г) Определим параметры взрывных скважин: диаметр скважины (dc) - при показателях: взрываемости qэ II – III классы, трудности бурения pб – I класс: dс = 9,7Е + 112, мм; - при qэ III – IV классы, pб – II, III классы: dс = 13Е + 116, мм; - при qэ IV – V классы, pб – III, IV классы: dс = 17Е + 122, мм; где Е – емкость ковша экскаватора, м3, принятого к выемке горных пород в проекте (В.В. Ржевский, «Технология и комплексная механизация ОГР», М., Недра 1975 г. стр. 152). Глубина скважины, Lс, м , (4.17) где b - угол наклона скважины к горизонту, градус; hу – высота уступа, м; lп – глубина перебура скважины из условий проработки подошвы уступа lп=(10 - 15)× dс, м При взрываемости пород II кл. lп £ 10 dс При взрываемости пород III – IV кл. lп £ 15 dс Длина забойки: Lз=(10 - 20)* dс, м. в зависимости от класса взрываемости горных пород. Длина заряда lвв = Lс – lз, м. Масса заряда в скважине Qз.р.=Р* lвв, кг; где Qз.р. – расчетный заряд ВВ в скважине; Р=7,85* dс2 * , кг/м – вместимость скважины по ВВ 1м длины 20 dc – диаметр скважины, дм; - коэффициент, учитывающий плотность заряжания; = 9, если скважина заряжается вручную сыпучим ВВ; = 1, при механизированной зарядке; = 1,2 - 1,4 если ВВ льющееся. В практике масса заряда Qзр=qп * W*hу * а. Для второго ряда Qзр//=qп *W * hу * а. д) Установим схему коммутации заряда Принимаем вид взрывания – мгновенное или короткозамедленное, или другое. При замедленном взрывании определяем интервал замедления: t = к × Wлпп к=2 ¸ 4 к – коэффициент, зависящий от взрываемости. Результаты расчетов студент заносит в табл. 4.2. Таблица 4.2. Основные параметры паспорта буровзрывных работ № п.п Параметры паспорта буровзрывных работ Единица измерения Величина 1 2 3 4 1. Объем технологического блока 2. Расстояние между скважинами в ряду: по вскрыше по полезному ископаемому 3. Количество скважин в ряду: по вскрыше по полезному ископаемому 4. Количество рядов на блоке 21 5. Общее количество скважин на блоке 6. Длина скважины 7. Диаметр скважины 8. Плотность заряжания ВВ 9. Масса заряда первого ряда скважин 10. Масса заряда второго и последующих радов скважин 11. Количество технологических блоков на рабочем уступе по его длине 12. Общее количество ВВ все параметры пород должны соответствовать породам, указанным в задании 4.4.2. Определение технической скорости бурения Техническую скорость бурения определяем по формуле (4.18): (4.18) Р0 – осевое давление, Р0 = 300 кН; nв – осевое вращение бурового става, nв = (0,25 – 2,5) об/сек; dg – диаметр долота; Определяем производительность бурового станка: - сменная производительность , м/см (4.19) где Тсм – время смены, час; Т0 – время основных операций, приходящихся на 1 м скважины; Т0=1/V0 Тв – время вспомогательной операции, приходящейся на 1 м скважины 22 Тв= 2 - 6, мин - коэффициент использования сменного времени Тпз +Тр.п.= (0,5 - 1)ч. Тп.з. – время подготовительных заключительных операций Тр.п. – регламентируемые простои Тв.п. – внеплановые простои станка (1 - 1,5)час. - годовая производительность бурового станка Пб.г.= Пб.см.* nсм * N, (4.20) nсм – число смен в сутки; N – число рабочих дней в году. Пб.см. - рабочий парк буровых станков , (4.21) Vг.м. – объем горной массы в год, м3; Пб.г. – годовая производительность бурового станка, м/год; qг.м. – выход горной массы с 1 м скважины , м3 (4.22) W – линия сопротивления по подошве, м; b – расстояние между рядами, м; nр – число рядов скважин; а – расстояние между скважинами, м; hу – высота уступа, м; Lc – глубина скважины, м. - инвентарный парк буровых станков Nи.б.=(1,2 - 1,3)* Nб.р. (4.23) 4.5. Выбор горно-транспортного оборудования 23 4.5.1. Выбор типа и модели выемочно-погрузочной машины На основе заданных объемов горных работ, режима предприятия, производительности машин и механизмов, рассчитывается необходимое количество горнотранспортного оборудования, требуемого для производства буровзрывных, вскрышных, добычных и отвальных работ. Решение поставленных задач следует начинать с выбора типа и модели выемочно-погрузочной машины, что позволит установить для последующих расчетов один из важных конструктивных элементов открытой разработки - высоту уступа. Конкретная модель экскаватора выбирается с учетом заданного годового объема работ и физико-механических свойств пород вскрыши. Так, например, для полускальных пород с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяконова до 6-й плотности пород порядка 2,5 - 2,8 т/м3 при годовом объеме работ до 2,5 млн. м3 можно выбрать экскаватор ЭКГ-5 А. Соответственно при годовых объемах работ от 3 до 5 млн. м 3 можно рекомендовать экскаватор ЭКГ-5А, от 5 до 7 млн. м3 - экскаватор ЭКГ-8И, а более 7-8 млн. м3 - экскаватор ЭКГ- 2,5 или ЭГ-12. Необходимо учесть, что данные рекомендации не являются обязательными для любых условии открытой разработки, где может, например, учитываться целесообразность размещения на каждом рабочем горизонте не более одного экскаватора. По рабочим параметрам принятой модели экскаватора устанавливается высота уступа и ширина экскаваторной заходки в развале взорванной породы. При однорядном и двухрядном взрывании высота уступа принимается такой, чтобы высота развала после взрыва, т. е. фактическая высота забоя экскаватора, не превышала его максимальной высоты черпания по технической характеристике. Если учесть, что высота развала обычно колеблется в пределах 0,7-0,9 высоты уступа, то исходная высота уступа до взрыва может приниматься в среднем равной 1,25 максимальной высоты черпания экскаватора. При погрузке в автосамосвалы ширина экскаваторной заходки в развале взорванной породы может приниматься равной радиусу черпания экскаватора на горизонте установки, что принято в основу установления паспортной производительности экскаватора. При погрузке в вагоны железнодорожного транспорта ширина экскаваторной заходки принимается в пределах 1,5-1,7 радиуса черпания экскаватора на горизонте установки, чтобы уменьшить число перемещений забойных путей в карьерном поле. 4.5.2. Расчет параметров выемочно-погрузочных работ Проектирование выемочно-погрузочных работ осуществляют по двум направлениям: 24 выбирается схема отгрузки развала взорванной породы продольными или поперечными заходками с холостым обратным ходом; определяется число проходов экскаватора по развалу, указываются места установки автосамосвалов; определяется количество экскаваторов, необходимое для для обеспечения заданного годового объема работ по вскрыше. 4.5.2.1. Выбор экскаватора Показатель Пр – трудности разрушений Показатель Пэ – трудности экскавации Коэффициент крепости f по М.М. Протодьяконова Высота уступа hу – принятая, предварительно определяют принимаемый тип карьерного экскаватора. Техническая характеристика принятого экскаватора Емкость ковша экскаватора Е, м3 Радиус черпания на уровне стояния Rry, м Мах высота черпания Нr max , м Паспортная продолжительность цикла Тц , сек Масса экскаватора Р, m и т.д. 4.5.2.2. Определение параметров забоя а) высота уступа в мягких породах hу б) ширина забоя Вз.э.= (1,5 Hr max; 1,7)Rry в мягких породах; в) Вз.э.= (1,3 5)hry - в случае разрыхленных скальных пород определяется шириной развала, который отрабатывается несколькими заходками. 4.5.2.3. Расчет производительности экскаватора а) паспортная производительность (теоретическая производительность): Пэ.т. = 60*Е*nk, м3/час Е – емкость ковша (выбранного в разделе 6.1.), м3; nk – число ковшей, разгружающихся в минуту; 25 (4.24) Тц – паспортная (теоретическая) продолжительность цикла, сек; , м3/час б) техническая производительность экскаватора: , м3/час (4.25) Тц.р. – расчетная продолжительность цикла экскаватора, с; кэ – коэффициент экскавации; кз – коэффициент забоя; для ориентировочных расчетов кз =0,85 0,9 Значение кр.к., кн.к. и кэ принимается по таблице 3.5 (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР) Значение Тц.р. по таблице 3.6. там же или по формуле: Тц.р.=tr+tn.p.+tn.з.+tp, tr – продолжительность черпания, сек; tn.p – продолжительность поворота экскаватора, сек; tn.з – продолжительность поворота к забою, сек; tp – время разгрузки ковша, сек; Определяется хронометражем и зависит от свойств разрабатываемой породы. в) Сменная производительность экскаватора: , м3/смен (4.26) Тсм – продолжительность смены, час; ки.э. – коэффициент использования экскаватора во времени по таб. 3.7. (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР). г) Годовая производительность экскаватора: 26 (4.27) Nдн – число дней работы экскаватора в году: - при работе с общими выходными Nдн =240 250 дней; - при работе по непрерывному графику Nдн =280 290 дней; nсм – число рабочих смен в сутки (для расчета принимать nсм =3 с продолжительностью 8 часов). 4.5.2.4. Определение парка экскаваторов Количество единиц рабочего парка экскаватора: (4.28) Vг.м. – объем гонной массы, экскавируемой в течении года, м3; Пэ.г. – производительность экскаватора годовая, м3; Количество единиц инвентарного парка экскаваторов: Nэ.ин. =1,25*Nр.э. (4.29) 4.6. Определение параметров доставки грузов карьерным транспортом Транспортировку горной массы в карьере проектируют с учетом общего расстояния доставки грузов в пределах рабочей зоны карьера от места погрузки до выездной траншеи, длины траншеи (съезда) и расстояния на поверхности от карьера до внешнего отвала. Наклонная длина выездной траншеи или системы траншей определяется путем деления глубины горных работ на величину руководящего уклона траншеи в долях единицы: для железнодорожного транспорта с электровозной тягой - 0,04, с применением тяговых агрегатов -0,06, для автомобильного транспорта - 0,08. При общей длине доставки в пределах до 5 км рекомендуется принимать автомобильный транспорт, более 5 км - железнодорожный. Выбор модели автосамосвала или железнодорожного думпкара производится из расчета вместимости 5-7 ковшей экскаватора в транспортном средстве с учетом плотности породы в массиве, коэффициентов наполнения ковша и разрыхления насыпаемой породы. Полученное расчетное значение грузоподъемности транспортного средства сравнивается с технической характеристикой серийно выпускаемых моделей и для дальнейших проектных расчетов принимается ближайший серийный автосамосвал или думпкар. 27 Количество транспортных единиц определяется из расчета обеспечения заданного грузооборота карьера за сутки на базе суточной производительности транспорта для данного расстояния доставки (карьер + выездная траншея + поверхность), средней скорости движения транспортных средств, времени их погрузки и разгрузки, времени на маневрирование самосвала и обмен поездов. При определении суточного грузооборота карьера ориентируются на число рабочих дней предприятия по принятому режиму работы: непрерывная рабочая неделя без общего выходного дня, прерывная - с одним пли двумя выходными днями. 4.6.1. Расчет параметров перемещения грузов в карьере По исходным данным определяют сменные грузопотоки по вскрыше и на добычу. Далее следует определить суточный грузооборот, а, следовательно, и годовой. Расстояние перевозки грузов определено исходными данными. Согласно полученного грузооборота (объемов вскрыши и добычи) расстояния перевозки обосновываем вид карьерного транспорта или его комбинацию. 4.6.1.1. Железнодорожный транспорт а) выбор модели думпкаров. Техническая характеристика Грузоподъемность, т Масса вагона, т Вместимость кузова, м3 Число осей Нагрузка на рельсы от оси, кН Длина по осям автосцепок, м Ширина, м Высота, м Коэффициент тары Число разгрузочных цилиндров (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР. Глава 4, табл. 4.1). б) выбор локомотива. Обосновать объемами перевозок, расстоянием перевозок. 28 Приводится техническая характеристика выбранного локомотива. (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР. Глава 4, табл.4.3, табл.4.2). 4.6.1.2. Расчет полезной массы поезда а) Число вагонов в поезде: (4.30) Рсц – сцепной вес локомотива, кН; ксц =0,2 0,3 – коэффициент сцепления колес с рельсами; Qл – масса локомотива, т; ωо =20 30 Н/м – основное сопротивление движению поезда; - руководящий подъем в промилле ‰; qт – вес тары (масса вагона), т; qгр – грузоподъемность вагона, т; (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР. Глава 4, табл.4.1). б) Полезная масса поезда: ,т (4.31) Если применяются тяговые агрегаты, число вагонов в поезде nв и полезная масса поезда Qгр определяются по формуле (4.23) и (4.24) (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР. Глава 4, табл.4.1). 4.6.2. Расчет провозной и пропускной способности пути а) Пропускная способность перегона определяется числом поездов, которые могут быть пропущены по этому перегону в единицу времени: - для одного перегона (4.32) - для двухпутного перегона в грузовом направлении (4.33) 29 - для двухпутного перегона в направлении без груза (4.34) Т – интервал времени, за которое определяется пропускная способность (в сутки Т = 22 часа); tcp, tпор – время движения поезда по перегону с грузом и без груза, мин; tc – время связи между раздельными пунктами, мин (табл. 4.4, глава 4) б) Провозная способность перегона: Количество груза, которое может быть перевезено по этому перегону в единицу времени: ,т (4.35) Nn – число поездов в единицу времени; nв - число вагонов в поезде; qгр - грузоподъемность вагона; крезерв =1,2 1,25 – коэффициент резерва провозной способности. 4.6.3. Расчет подвижного состава железнодорожного транспорта Число рейсов всех локомотивов в сутки: , крезерв =1,2 (4.36) 1,3 – коэффициент резерва рейсов; nв – количество вагонов в поезде, шт.; qгр – грузоподъемность вагона, т; Wc – суточный грузооборот карьера, т: , Wп.и. – сменный грузооборот по добыче п.и., т; Wв – сменный грузооборот по вскрыше, т; n – число смен в сутки (n = 3 по 8 часов). 30 (4.37) Возможное число рейсов одного локомотива за сутки: , (4.38) Т = 22 часа, продолжительность работы локомотива в сутки; tp - продолжительность рейса локомотива, час: , (4.39) tп – время погрузки состава, час: , где (4.40) - масса (полезная) поезда; - - Qэ.тех. – техническая производительность экскаватора, м3/час; tдв – время движения по временным путям, час: , где (4.41) - Lв – длина забойная (временных путей) и отвального тупика в сумме; - Vв =15 км/ч – скорость движения по временным путям; tразг – время разгрузки, час: tразг - 1,5 tразг - 3 , (4.42) , где (4.43) 3 мин на вагон летом; 5 мин - зимой; Lст – длина постоянных путей (стационарных), км; Vст = (35 40) км/ч – скорость локомотива на стационарном перегоне; tожд = 5 10 мин на рейс. Число рабочих локомотивосоставов: 31 , (4.44) Число вагонов в парке (рабочих): (4.45) Инвентарный парк вагонов и локомотивов на 20 – 30% больше рабочего: - Nв.ин. = 1,25Nв - Nс.ин. = 1,2Nс 4.6.4. Расчет парка подвижного состава автотранспорта 1) Выбираем тип автомобиля, для этого по выбранному типу экскаватора в разделе «6», табл.4.9. (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР, изд.II. Раздел 4, стр. 152) находим рациональное отношение вместимости кузова автосамосвала и вместимости ковша экскаватора, для рассматриваемых условий. По табл.4.5 выбираем (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР, изд.II. Раздел 4, стр. 125) по емкости кузова - БелАЗ. ; (Х) в табл.4.5 строка 4; Va=E*X Техническая характеристика БелАЗа (выбранного по емкости кузова) Колесная формула Грузоподъемность, т Масса (без груза), т Вместимость кузова, м3 Минимальный радиус поворота, м Ширина автосамосвала, м Длина автосамосвала, м 2) Определяем продолжительность движения автосамосвала от пункта загрузки до пункта разгрузки и обратно (рейса): , tп – время погрузки самосвала, мин: 32 (4.46) (4.47) где , - - грузоподъемность самосвала, т; - Е – емкость ковша экскаватора, м34 - кр – коэффициент разрыхления горной породы; - кн = 0,85 1 – коэффициент наполнения ковша экскаватора; - tц – фактическое время цикла работы экскаватора, сек, табл.3.6 (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР, глава 3); tдв – время движения автосамосвала, мин: (4.48) где , - lгр,lпор – длина участка движения автосамосвала с грузом и порожняком; -Vгр, Vпор– скорость движения с грузом и порожняком, табл.4.8. (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР, глава 4); tразг – время разгрузки, сек: - для самосвалов qгр т – tразг = 60 сек - для самосвалов qгр т – tразг = 90 сек tм = 10 60 сек – время маневров при разгрузке и перед погрузкой. 3) Определяем число автосамосвалов, которое может эффективно использоваться в комплексе с одним экскаватором: , (4.49) 4) Определяем число рабочих автосамосвалов, обслуживающих все рабочие экскаваторы: , (4.50) nэ –количество экскаваторов, работающих с автотранспортом в смену; Ni – количество автосамосвалов, обслуживающих один экскаватор. 5) Определяем инвентарный парк автосамосвалов: 33 , τ =0,7 (4.51) 0,8–коэффициент технической готовности автомобильного парка Расчет пропускной и провозной способности автодорог Пропускная способность дороги при однополосном движении, рейс/час: , (4.52) ta – интервал времени между автосамосвалами, мин; кн.д. = 0,5 0,8 – коэффициент неравномерности движения; V – скорость движения автосамосвалов, км/час; lб – безопасное расстояние между автомобилями (4.53) Провозная способность автодороги, т/час: , (4.54) qгр – грузоподъемность одного автосамосвала, т; крез = 1,75 2 – коэффициент резерва. 4.7. Отвалообразование на карьере Отвалообразование проектируют с первоначальным определением общей площади отвала по годовому объему работ и сроку эксплуатации карьера. Для бульдозерного отвала с доставкой пород автотранспортом высоту отвального уступа можно принимать порядка 25-30 м; для экскаваторного отвала при железнодорожном транспорте – 30-40 м. Используя исходные данные к заданию на курсовой проект, определяем вид транспорта, который перемещает вскрышные породы к месту складирования. Согласно табл. 5.1. (Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, организация и механизация ОГР, изд.II; изд.III, глава 5, раздел 5.1.) выбираем средства механизации для складирования пород к конкретному виду карьерного транспорта. Определяем объем породы, который необходимо разместить на отвале и его параметры: Vо Vв, 34 - Vо – объем отвала, м3; - Vв – объем вскрыши за весь срок эксплуатации карьера (в целике), м3; , (4.55) - кн.о.=0,8 0,9 – коэффициент неравномерности отсыпки отвала; - кр.о.=1,1 1,2 – остаточный коэффициент рыхления пород в отвале; - So – площадь отвала, м2; - ho – высота отвального уступа, м; - Ро – периметр основания отвала, м; - αо – результирующий угол откоса отвала, градус. а) Площадь для размещения вскрышных пород - So, м2: - при одноярусном отвале , (4.56) Vв – объем вскрыши в период работы в цикле, м3; кр .=1,15 1,4 – коэффициент разрыхления пород в отвале; - высота яруса отвала (первого и т.д. ) - при двухъярусном отвале , (4.57) - высота яруса определяется в учебных целях по справочнику стр.396, табл.11.2. ; = 30 40 м – скальный и полускальный грунт η = 0,4 0,8 – коэффициент заполнения площади вторым ярусом (стр.413. Справочник «Открытые горные работы», М., Горное бюро, 1994г., под ред. К.Н. Трубецкого). б) Длина отвала. При проектировании отвального поля отвала ho задается любой, согласно физико-технических свойств склад. породы. Длина (м) отвального поля αо по нормам проектирования Гипроруды при экскаваторном отвалообразовании принимается: 35 - ЭКГ – 4,6; ЭКГ -5 скальный грунт Lо = (500 - 1500) м - ЭКГ – 8И скальный грунт Lо = (500 - 2000) м - ЭКГ – 12,5 скальный грунт Lо = (500 - 2000) м (стр.399, табл. 11.8.Справочник «Открытые горные работы», М., Горное бюро, 1994г., под ред. К.Н. Трубецкого). в) Ширина отвала. По данным Гипроруды Во=1:2, где Lo – длина отвала. Если Lo известна, то Во=2Lo,тогда периметр отвальной площади: ,м (4.58) Отвальные работы при применении одноковшовых экскаваторов По нормам Гипроруды наиболее продуктивным из мехлопат считается экскаватор ЭКГ - 8И. 1) Определяем число составов, подаваемых на отвальный тупик в сутки: , (4.59) Т – время работы локомотива в сутки (22 часа); кн.р = 0,8 0,95 – коэффициент неравномерности работы транспорта; to – время обмена составов, ч: , (4.60) tр – время разгрузки состава, ч: , 2) Определяем шаг переукладки тупика: , (4.61) кn = 0,85 0,9 – коэффициент, учитывающий использование линейных параметров экскаватора; Rr max – max радиус черпания экскаватора; Rр max – max радиус разгрузки экскаватора; 36 3) Приемная способность отвального тупика между двумя переукладками: , (4.62) ho– высота отвала, м; Lom – длина отвала, м; Ао – шаг переукладки тупика, м; кр.о =1,2 – коэффициент разрыхления пород в отвалах. 4) Суточная продолжительность работы отвального тупика между двумя переукладками пути: , (4.63) Vo.m – приемная способность отвального тупика между двумя переукладками; Vc – суточная приемная способность (по объему в целике) отвального тупика, м3: , (4.64) Nc - число локомотивосоставов, которые могут быть разгружены в сутки; - объем вскрыши в целике (м3), перевозимый локомотивосоставами; - вес поезда, т; γц – плотность породы, т/м3. 5) Число отвальных тупиков в работе: , (4.65) Vв.с. – суточный объем вскрыши в карьере; Vс - суточная приемная способность тупика. 6) Число тупиков с резервом: , tпт – время переукладки тупика (в сутках); tр.т – время работы тупика (в сутках); 37 (4.66) величина колеблется от 1,05 до 1,26; tnт = от 8 суток до 30 суток, зависит от средств механизации путевых работ и материального обеспечения. Результаты расчетов следует привести в табл. 4.3. Таблица 4.3 Основные параметры отвала и их значения № п.п. Параметры отвала Обозначение 1. Высота отвала 2. Число уступов (ярусов) 3. Угол откоса уступов 4. Результирующий угол откоса отвала 5. Приемная способность отвала 6. Длина отвального фронта 7. Размеры отвала в плане Единица измерения Значение 4.8. Выбор и обоснование схемы вскрытия карьера и его горизонтов Исходя из горно-геологических и горнотехнических условий проектируемого карьера выбирается способ вскрытия месторождения. При изложении этого раздела курсового проекта необходимо перечислить существующие способы и схемы вскрытия карьерного поля; привести типы фронта горных работ уступов, обосновать применяемый в курсовой работе фронт горных работ уступов. Дать определения открытых горных выработок. Перечислить и рассчитать параметры капитальной траншеи (глубина, длина, угол откоса, ширина по основанию). Дать определения системы капитальных траншей и привести расчет 38 объема капитальной траншеи. Определить системы капитальной траншеи внешнего и внутреннего заложения исходя из исходных данных и рассчитанных параметра карьера. Трасса капитальных траншей. Дать определение, описать типы капитальных траншей, перечислить основные параметры капитальных траншей. Определить конструкцию пункта примыкания капитальной траншеи к рабочим горизонтам. Рассчитать параметры трассы капитальной траншеи (фактическая и теоретическая длина), согласно полученному заданию. Обосновать вид капитальной траншеи (простая или сложная) и какой транспорт при этом используется. Полученные результаты расчетов необходимо занести в таблицу 4.4 Таблица 4.4 Основные параметры капитальной траншеи № п.п. Основные элементы капи- Обозначение Единица тальной траншеи измерения 1 2 1. Ширина основания капитальной траншеи 2. Глубина капитальной траншеи 3. Продольный уклон капитальной траншеи 4. Угол откоса бортов капитальной траншеи 5. Длина в плане капитальной траншеи 6. Строительный объем капитальной траншеи 7. Длина трассы капитальной траншеи в плане 3 39 4 Значение 5 Вскрытие рабочих горизонтов. Формирование схемы вскрытия на момент погашения горных работ. Конечная схема вскрытия формируется на основании построенного конечного контура карьера, вида транспорта, рельефа поверхности и расположения приемных сооружений. Сначала решается вопрос о числе трасс, выходящих на поверхность. При автотранспорте при одном или нескольких близко расположенных направлениях перевозок вскрышных пород и полезного ископаемого принимается одно устье трассы; при значительно отличающихся направлениях (90° и более) обычно ориентируются на два автотранспортных выхода. Далее рассматривается вопрос о числе вскрывающих трасс в группах верхних, средних и нижних горизонтов. При глубине карьера 250 м и более верхние горизонты в основном отработаны, здесь отстроены нерабочие уступы и две трассы остаются только при транспортных выходах в разных направлениях. В группе средних горизонтов две трассы могут остаться на момент погашения карьера при позднем окончании в этой зоне горных работ. В группе нижних горизонтов по условиям размещения формируется обычно одна автотрасса. Глубина ввода в карьер железнодорожной трассы определяется возможностью ее размещения при использовании двух-трех тупиковых примыканий, что зависит в первую очередь от высоты нерабочего или временно нерабочего борта. Внешняя траншея на один-два уступа может применяться для вскрытия верхних уступов с целью упрощения конструкции трассы или сокращения расстояния автоперевозок по поверхности. Далее выбирается форма трассы. При автотранспорте на карьере с ограниченными размерами в плане, особенно округлой формы, естественным является использование спиральной формы основной трассы, вскрывающей все горизонты карьера; при наличии второй трассы хотя бы одно ее примыкание будет петлевым. При железнодорожном транспорте обычным является применение поступательнотупиковых трасс с размещением тупиковых пунктов примыкания в торцах карьера. Устанавливаются конструкции прямых (поступательных), петлевых и тупиковых пунктов примыкания трасс к горизонтам и их размеры (на основании применяемого транспортного оборудования, числа сторон примыкания и т.д.). При этом рекомендуется использовать типовые элементы, разработанные проектными институтами. Выбирается руководящий уклон постоянной трассы (в соответствии с применяемым видом транспорта и тяговыми средствами) и определяется уклон для од- 40 ного съезда. Далее, с учетом криволинейных участков и размеров пунктов примыкания, устанавливается средний уклон трассы и длина участков трассы, вскрывающих нерабочие уступы. Начиная с поверхности, осуществляется построение основной трассы (с учетом ее формы) на плане карьера в изолиниях, путем фиксации пересечений отрезков трассы с изолиниями горизонтов (нерабочих уступов). Построение второй трассы (если она предусматривается) осуществляется аналогично с учетом примыкания к основной трассе на одном из горизонтов. Схема вскрытия на конец разработки изображается только в виде трасс. 4.9. Обоснование системы открытой разработки месторождения В этом разделе студент излагает основные сведения о системах разработки и их классификации. Обосновывает выбор системы разработки, перечисляет и рассчитывает основные элементы выбранной системы разработки. Система разработки выбирается в соответствии с горно-геологическими условиями и параметрами карьера и должна обеспечить: повышение или поддержание производительности карьера по полезному ископаемому; дальнейшее углубление карьера, вскрытие рабочих горизонтов; создание подготовленных и готовых к выемке запасов полезного ископаемого, обеспечивающих бесперебойную работу используемых комплексов горного и транспортного оборудования. 4.9.1. Определение параметров системы разработки Определение высоты уступов и углов их откоса. Высоту рабочего уступа рекомендуется принимать: при однорядном взрывании - до 1,5 высоты черпания экскаватора; при трех и более рядах скважин во взрываемом блоке - не превышающей высоту черпания экскаватора; высота нерабочих уступов принимается кратной высоте рабочего уступа, с учетом условий их устойчивости; углы откоса рабочих и нерабочих уступов также определяются условиями устойчивости. При определении высоты нерабочих уступов и углов откоса целесообразно использовать рекомендации проекта и специализированных институтов. 41 Определение ширины площадок. Минимальную ширину рабочих площадок рекомендуется принимать равной ширине временных транспортных берм (нормы технологического проектирования), но не менее удвоенной высоты рабочего уступа в скальных породах. Средняя ширина рабочей площадки определяется исходя из норматива запасов и скорости подвигания фронта работ. Ширина предохранительных берм должна обеспечить их механизированную очистку и достижение принимаемого угла откоса нерабочего борта карьера. Определение длины фронта горных работ. Производится графическое построение расчетного положения горных работ на рассматриваемый период (плана горных работ): в соответствии с известной высотной отметкой и выбранной системой разработки устанавливается текущее положение дна карьера, длина которого (начальной разрезной траншеи) принимается не менее минимальной длины экскаваторного блока; отстраиваются все вышележащие уступы с учетом средней ширины рабочих площадок и берм. В качестве расчетной величины длина фронта горных работ, может быть принята равной длине фактического положения горных работ. Рассчитывается общая протяженность фронта работ каждого уступа и в целом карьера, а также соответственно добычных и вскрышных работ. Расчет темпа углубочных работ и скорости подвигания фронта горных работ. При известной производительности карьера по полезному ископаемому темп углубки определяется исходя из его обеспечения с учетом вскрытой площади полезного ископаемого. Последняя рассчитывается в соответствии с размерами залежи, принятой системой разработки, числом и длиной фронта добычных уступов. При неизвестной производительности карьера рекомендуемый темп углубки находится в пределах 5-10 м/год для карьеров с большими размерами в плане и 1220 м/год при разработке залежей небольших размеров. Скорость подвигания фронта работ определяется с использованием известных зависимостей ее с темпом углубки. Определение готовых к выемке запасов горной массы и активного фронта. Общие готовые к выемке запасы горной массы на уступах (полезного ископаемого, вскрышных пород) определяются с учетом высоты уступа, общей длины фронта горных работ (добычных, вскрышных), норматива запасов и скорости подвигания фронта работ. 42 С учетом объема запасов и ширины взрываемого блока, определяемой исходя из числа рядов взрывных скважин и расстояния между рядами, а в мягких породах ширины экскаваторной заходки, находится суммарная длина активного фронта в карьере (добычного и вскрышного) и коэффициенты использования фронта работ. Корректировка параметров системы разработки. Корректируются параметры системы разработки, ранее принятые ориентировочно: ширина рабочих площадок уступов, которая в пределах активного фронта равна сумме минимальной ширины площадки и ширины взрываемого блока, а на участках пассивного фронта - только минимальной ширине; число рабочих уступов и длина их фронта; средний угол откоса рабочего борта карьера; углы откоса рабочего борта на участках активного и пассивного фронта. После расчета числа работающих экскаваторов определяется средняя длина экскаваторного блока (дифференцированно добычного и вскрышного) и длина активного фронта экскаватора. Установление годового объема горных работ. Годовой объем горной массы (полезного ископаемого, вскрышных пород) определяется на основании известной длины фронта горных работ (добычных, вскрышных) и скоростей его подвигания со стороны висячего и лежачего боков залежи, а также высоты уступа. Проверяется поддержание производительности карьера по полезному ископаемому. Полученные результаты следует занести в таблицу 4.5 и изобразить на чертеже в масштабе 1:2000. Таблица 4.5 Элементы системы разработки и их параметры № п.п. Элементы системы разработки Ед. изм. Значение 1 2 3 4 1. Уступ: Высота Угол 2. Ширина рабочей площадки уступа 3. Длина фронта работ уступа 43 4. Число экскаваторных блоков, которое может разместиться в рабочей зоне карьера 5. Ширина транспортных берм 4.10. Комплексная механизация горных работ Качественная комплектация оборудования осуществляется на основании известных физико-технических характеристик разрабатываемых горных пород, вида комплекса оборудования, производительности карьера по горной массе, типоразмера применяемого экскаватора, если он известен. Определяется вид бурения и модель бурового станка, применяемые экскаваторы; транспортные средства и отвальное оборудование (при железнодорожном транспорте - полезная масса съезда). При определении производительности комплекса оборудования учитываются разрабатываемые породы, размеры карьера, расстояния перевозок, готовые к выемке запасы горной массы и другие условия работы. Допускается использование укрупненных показателей производительности (на 1 м3 вместимости ковша экскаватора в год и т.д.), данных производственной практики. Количественная комплектация (парк) основного оборудования осуществляется на основании известных годовых объемов горных работ (добычных и вскрышных) и производительности оборудования при этом, формируют также парк вспомогательного карьерного оборудования. Формирование путевой схемы карьера при автотранспорте ограничивается схемой автодорог, а при железнодорожном транспорте определяется совокупность перегонов и раздельных пунктов (станций, постов), их путевого развития. В курсовом проекте допускается укрупненное рассмотрение этого раздела. 4.11. Технологическая схема горных работ Технологическая схема характеризует способ и условия выполнения совокупности производственных процессов в пределах карьерного поля или его отдельного участка. Технологическая схема формируется путем взаимного размещения используемых технических средств (горных и транспортных машин, механизмов, транспортных коммуникаций и т.д.), элементов системы разработки (рабочих и нерабочих площадок), вскрывающих выработок на горизонтах карьера. При использовании выемочно-транспортных комплексов оборудования формирование технологической схемы определяется размещением экскаваторов, ак44 тивным фронтом работ уступов и системы съездов на рассматриваемый период разработки, позволяющих реализовать принятую систему разработки и обеспечить нормальные условия работы горного и транспортного оборудования на данном и дальнейших этапах. При разработке пологих залежей и применении экскаваторноотвальных вскрышных комплексов необходимо рассчитать технологическую схему простой или кратной перевалки. 4.12. Обеспечение безопасности ведения горных работ В подразделе следует привести конкретные рекомендации по обеспечению безопасных условий труда на горнодобывающем предприятии, ведущим разработку месторождения открытым способом. Разработка технических решений должна соответствовать требованиям "Единых правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом" (ЕПБ). В подразделе необходимо показать, что принятые рекомендации курсового проекта соответствуют требованиям конкретных пунктов ЕПБ с обязательной ссылкой на данный пункт. Технические решения должны быть обоснованы расчетами или подтверждены справочными данными из учебников, справочников и монографий по открытым горным работам с обязательной ссылкой на источник. Таблица 4.6 Сводная таблица технико-экономических показателей № п/п Наименование показателя Единица измерения 1 Объем полезного ископаемого м3 2 Объем вскрыши м3 3 Средний коэффициент вскрыши м3/ м3 4 Расчетная глубина карьера м 5 Объем отвала м3 6 Высота отвала м 7 Количество экскаваторов, ЭКГ-5А, ЭКГ – 8И, ЭКГ-10 шт. 45 Количество Примечание 8 Количество буровых станков СБШ – 200, СБШ-250, СБШ-320 шт. 9 Количество локомотивов ОПЭ-2. шт. 10 Количество думпкаров 2ВС – 105 шт. 11 Количество автосамосвалов БелАЗ – 7519 шт. Выводы В заключении студент в краткой форме излагает основные результаты выполненного проекта. Список рекомендуемой литературы 1. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч. II. Технология и комплексная механизация. - М.: Недра, 1985. - 549 с. 2. Хохряков В.С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых: учеб. для техникумов – 5 изд., перераб. и доп.,-. М.: Недра, 1991 – 336 с. 3. Трубецкой К.Н., Краснянский В.Г., Хронин В.В. Проектирование карьеров. М.: Недра, 2002. 4. Холодняков Г.А. Открытые горные работы: учебное пособие, - Ленинградский горный институт, Л., 1990 -–108 с. 5. Арсентьев А.И., Холодняков Г.А. Проектирование горных работ при открытой разработке месторождений. - М.: Недра, 1994. 6. Арсентьев А.И. Вскрытие и система разработки карьерных полей. - М.: Недра, 1981. 7. Открытые горные работы: Справочник. - М.: Горное бюро, 1994. 8. Ялтанец И.М., Щадов М.И. Практикум по открытым горным работам. М.: МГГУ, 2003. –429 с. 9. Справочник. Открытые горные работы. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г. и др. М.: Горное бюро, 1994. – 590 с. 46
