Горные работы
СОДЕРЖАНИЕ
Исходные данные
Введение
Обоснование параметров и производительности
карьера
Выбор оборудования и режим работы карьера
Подготовка горных пород к выемке
Определение размеров забоя, производительности и
парка экскаваторов
Транспортировка горной массы
Отвалообразование вскрышных пород
Заключение
Список литературы
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Годовая производительность карьера по руде 10
млн., т.
Расстояние транспортировки 7 км.
Горизонтальная мощность рудного тела 150 м.
Длина рудного тела 2000 м.
Угол падения рудного тела 65 град.
Мощность наносов 10 м.
Мощность прослойки пустых пород 12 м.
Климатический район: южный.
Характеристика горных пород:
Коэффициент крепости пород по шкале проф. М.М.
Протодьяконова: 8.
Плотность породы: 3
Категория пород по трещиноватости: II категория.
Взрываемость пород: средняя
Обводненность пород: сухие
Граничный коэффициент вскрыши: 8 .
ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе
формирования рыночной экономики страны основой функционирования и развития ее
горной промышленности является открытый способ добычи полезных ископаемых. Ныне
в России этим способом добывается около 90% железных руд, до 60% руд цветных
металлов и угля. Разработка месторождений открытым способом обеспечивает
значительно лучшие технико-экономические показатели, чем подземным.
Добыча полезных ископаемых
открытым способом в нашей стране производится с давних времен. В настоящее
время действуют предприятия большой производственной мощности.
По данным ИГД УрО РАН каждые
100 м роста глубины карьера сопровождаются снижением производительности буровых
станков в среднем на 6-8%, экскаваторов на 8-12%, локомотивосоставов на 10-14%.
Работа значительного числа а/с в карьере резко ухудшает экологическую
обстановку. Решить ряд проблем можно внедрением на горных предприятиях новых
решений в области техники и технологии.
Основным направлением в
техническом перевооружении ОГР за рубежом в последнее десятилетие является
широкое внедрение высокопроизводительного оборудования: буровых станков с
диаметром долота до 450 мм, карьерных экскаваторов с ковшом вместимостью до 26
м , автосамосвалов грузоподъемностью до 310 м , различного вспомогательного
оборудования, повышающего возможность основного и высвобождающего определенное
число рабочих. В последние годы повышение технического уровня карьеров
обеспечило рост сменной производительности труда по горной массе в среднем от
180 до 240 т (от 70 до 90 м ), а на ряде новых предприятий уровень сменной
производительности труда достиг 95-100 м /чел.
Одним из перспективных
направлений является внедрение перспективных циклично- поточной и поточной
технологий, в частности, на разработке месторождений скального и полускального
типа. Положительные результаты научно-исследовательских, конструкторских, и
опытно-промышленных работ позволили запроектировать и впоследствии реализовать
Бурное развитие горных работ стало возможным благодаря достижениям горной науки
техники в основу которых положены труды академиков Н.В. Мельникова, В.В.
Ржевского, профессоров Е.Ф. Шешко, А.И. Арсентьева, В.С. Хохрякова, П.И.
Токмакова.
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КАРЬЕРА
В соответствии с коэффициентом крепости пород по
шкале М.М. Протодьяконова определить (табл. 3) углы погашения бортов карьера.
Найти конечную глубину карьера по формуле В.В. Ржевского
(1)
где -
глубина карьера, м; - граничный
коэффициент вскрыши (табл. 2), ; -
горизонтальная мощность рудного тела (табл. 1), м; -
мощность прослоев пустых пород (табл. 1), м; , - углы погашения
бортов карьера со стороны висячего и лежачего боков, град.
Таблица 3. Углы погашения бортов карьера (по
"Гипроруде"), град
Группа
пород
|
Коэффициент
крепости пород по М.М. Протодьяконову
|
Угол
падения залежи, град
|
Углы
погашения со стороны
|
|
|
|
лежачего
бока
|
висячего
бока
|
1
|
более
8
|
более
35
|
40
|
55
|
|
|
35
- 55
|
30
|
45
|
|
|
20
- 35
|
20
|
30
|
2
|
2
- 8
|
более
35
|
40
|
45
|
|
|
35
- 55
|
30
|
40
|
|
|
20
- 35
|
20
|
30
|
3
|
до
2
|
любой
|
30
|
Определить длину и ширину карьера по верхнему
контуру:
(2)
(3)
()
= 3092 м
()
= 1242 м
где -
длина карьера по верхнему контуру, м; -
длина рудного тела по простиранию (табл. 1), м; -
ширина карьера по верхнему контуру, м.
Вычертить в масштабе 1:500, 1:1000, 1:2000
поперечный разрез по месторождению с контурами карьера и упрощённый план
карьера на конец отработки (рис. 1). Размеры карьера по дну принять равными
длине и горизонтальной мощности залежи.
Вычислить запасы полезного ископаемого в контуре
карьера:
, (4)
34235360
где -
запасы полезного ископаемого в контуре карьера, м3; -
мощность наносов (см. табл.1), м.
Определить объем горной массы в контуре карьера:
(5)
где -
объем горной массы в контуре карьера, м3; -
средний угол откоса бортов карьера при погашении, град.
Величину можно
найти как среднее арифметическое из углов откоса бортов карьера со стороны
висячего и лежачего боков залежи.
Найти средний коэффициент вскрыши и сравнить его
с граничным:
(6)
где -
средний коэффициент вскрыши, .
Оптимальным будет контур карьера, для которого
.
Если условие не выполняется, то необходимо уменьшить глубину карьера, до такой
величины при котором оно будет выполнятся.
Вычислить производительность карьера по вскрыше
и горной массе:
(7)
, (8)
млн. т
млн. т
где -
годовая производительность карьера по вскрыше, млн. ;
-
годовая производительность карьера по руде (табл. 1), млн. т; -
плотность полезного ископаемого (табл. 2), т/
; -
годовая производительность карьера по горной массе, млн. т.
ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И РЕЖИМ РАБОТЫ
КАРЬЕРА
годовая производительность карьера по горной
массе 10 млн.т
расстояния транспортировки 7 км
емкость ковша экскаватора 12-20 м3
транспортное оборудование - автотранспорт
Техническая характеристика карьерных
экскаваторов-мехлопат
Модель экскаватора АО "Ижорские
заводы" ЭКГ - 8И
Вместимость ковша: 8 м3
Сменна 10 м3
Угол наклона стрелы, 47 град.
Максимальный радиус черпания на уровне стояния
Максимальный радиус черпания
Максимальный радиус разгрузки
Максимальная высота черпания
Максимальная высота разгрузки=6,1
м
Радиус вращения кузова =7,62
м
Длина гусеничного хода U=7,95
м
Уклон, преодолеваемый при передвижении 12 градус
Среднее удельное давление на грунт, 0,199 Мпа
Максимальное усилие на блоке ковша 784 кН
Мощность сетевого двигателя, 630 кВт
Подводимое напряжение, 6000 В
Продолжительность цикла, 26 с
Масса экскаватора с противовесом, 370 т
Оптимальные сочетания типов экскаваторов
и буровых
Коэффициент средней крепости пород 7
Модель мехлопат ЭКГ-8И
Модель бурового станка СБШ - 250H
Диаметр долота 269,9 мм
Техническая характеристика
автосамосвалов БелАЗ
Модель БелАЗ-7521
Грузоподъемность 110 т
Масса снаряженного автомобиля, 85 т
Габариты, (длина*ширина*высота) 11250*6100*5130
мм
Погрузочная высота,4600 мм
База, 5300 мм
Наименьший радиус поворота, 12 м
Объем кузова, м3
- геометрический 41
- с "шапкой" 56
Двигатель 8ДМ-21А
Номинальная мощность, 956 кВт
Для крупных карьеров с годовой
производительностью свыше 25 млн. т горной массы принимать непрерывную рабочую
неделю и три смены в сутки.
Продолжительность смены во всех случаях 8 часов.
Климатический район "Южный".
Число рабочих дней карьера в течение года 355
суток.
ПОДГОТОВКА ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ
Подготовку скальных и полускальных пород к
выемке ведут с использованием энергии взрыва, как наиболее универсальное и
эффективное.
Обосновать угол наклона скважины к горизонту.
Следует ориентироваться на применение наклонных скважин, пробуриваемых
параллельно откосу уступа (с учетом технических возможностей принятого бурового
станка). Рассчитать с точностью до 0,5 м глубину скважины:
(9)
где h
- высота уступа, м; - глубина
скважины, м; - угол наклона
скважины к горизонту, град.; - длина перебура,
м,
h*=1,5*12,5=15
м
=(0,1*h, (10)
но не более 3 м. Длина перебура возрастает с
увеличением крепости разрушаемых пород.
Вычислить диаметр скважины
(11)
где -
диаметр скважины, мм; - диаметр долота,
мм; -
коэффициент расширения скважины при бурении (изменяется от 1,05 в монолитных
породах до 1,2 в чрезвычайно трещиноватых).
1,14*244,5 = 278,73
мм = 0,27 м
Определить сменную производительность бурового
станка по формуле
(12)
где Пб - сменная производительность
бурового станка, м; -
продолжительность смены, мин.; - продолжительность
подготовительно-заключительных операций, мин., =
2030;
-
продолжительность регламентированных перерывов, мин., =
1030;
Твп - внутрисменные внеплановые простои, мин., =
6090;
- основное время, затрачиваемое на бурение 1м скважины, мин.;
- продолжительность вспомогательных операций при бурении 1 м скважины, мин.
Длительность вспомогательных операций для
вращательного (шнекового) бурения составляет 1,54,5
мин/м; шарошечного - 24 мин/м;
пневмоударного - 416 мин/м.
, (13)
где - техническая
скорость бурения (табл. 8), м/мин.
мин
где V6
-
техническая скорость бурения, м/мин.
Сопоставить расчетную сменную производительность
станка с нормативной (табл. 9). Если разница превышает 10 %, для дальнейших
расчетов следует принять нормативное значение .
Найти годовую производительность бурового станка
по формуле
, (14)
где -
производительность бурового станка, м/г; -
количество рабочих смен бурового станка в течение года.
Определить линию сопротивления по подошве (ЛСПП)
по формул
W=* (15)
где W
- линия сопротивления по подошве, м;
- коэффициент,
учитывающий взрываемость пород в массиве;
- диаметр
скважины, м;
- плотность
заряжания ВВ в скважине, г/ ;
m - коэффициент
сближен зарядов;
- переводной
коэффициент от аммонита №6 ЖВ к принятому ВВ; -
плотность породы, т/ .
W=
м
Найти величину ЛСПП с учетом требований
безопасного ведения буровых работ у бровки уступа по формуле
, (16)
2,7+15*(ctg
90 -
ctg 90)=2,7 м
где -
значение ЛСПП по возможности безопасного обуривания уступа, м; -
ширина возможной призмы обрушения, м.
Проверить соответствие расчетной ЛСПП
требованиям ведения буровых работ:
W
(17)
Если расчетная W
меньше ,
то увеличивают диаметр скважины в пределах возможного для принятого бурового
станка, принимают ВВ с увеличенной плотностью заряжания или переходят на
бурение наклонных скважин.
Найти длину заряда по формуле
--, (18)
где -
длина заряда ВВ, м; - длина забойки,
м;
(19)
,
- длина промежутка (при сплошном заряде =0), м,
=( (20)
=12*0,27=3,24
м
В трудновзрываемых породах длина воздушного
промежутка уменьшается, в легковзрываемых - увеличивается.
Определить массу заряда в скважине:
(21)
где -
масса заряда, кг; - диаметр
скважины, дм.
кг
При рассредоточенном заряде в нижнюю часть его
помещают (6070)% ВВ.
Исходя из объема породы, взрываемой зарядом, его
масса
q
• a • b
• h, (22)
где q
- удельный расход ВВ кг/м ; а - расстояние между скважинами в ряду, м; b
- расстояние между рядами, м.
6,1 *5,18*15=308,08
м
Решив совместно выражения и , установить
параметры сетки скважин
a= (23)
Для трудновзрываемых пород рекомендуется
шахматное расположение скважин, при этом b0,85*а.
b=0,85*6,1=5,18
Проверить возможность преодоления расчетной ЛСПП
взрывом заряда ВВ установленной массы:
(24)
Если условие не выполняется, то в первом ряду
используют парносближенные скважины в одну из них размещают заряд ВВ, массу
заряда во второй парносближенной скважине можно найти по формуле
(25)
где -
ЛСПП при парносближенных скважинах м; -
расстояние между смежными парами скважин м.
Вычислить объем блока по условиям обеспечения
экскаватора взорванной горной массой:
(26)
где
- объем взрываемого блока, м3 ; -
сменная эксплуатационная производительность экскаватора, м3; -
число рабочих смен экскаватора за сутки, ед; -
норматив обеспеченности экскаватора взорванной горной массой, сут.
(37)
1652,38*3*30=148714,2
м3
Величину для
южных районов принимают равной 30 сут., в средней климатической зоне - 1015
сут., в северной - 710 сут.
Определить длину блока по формуле
(27)
где -
длина блока, м; - число взрываемых
рядов скважин, ед. Найти число скважин, взрываемых в одном ряду, по формуле
(28)
Расчётную величину округляют
до ближайшего целого значения и по формулам (26) - (27) корректируют объём
взрываемого блока.
Вычислить общий расход ВВ на блок, кг:
(29)
Рассчитать выход горной массы с 1 м скважины, :
(30)
Найти интервал замедления, мс:
t=1,25* (31)
t=1,25*0,7*8,34=
7,29
где К3-коэффициент, зависящий от
взрываемости пород.
Рассчитать ширину (В, м) развала взорванной
горной массы:
B=(1,5)*h+b*( (32)
B=2*15+5,18*(4-1)=30+15,54=45,54м
Определить высоту (,
м) развала:
(33)
Найти инвентарный парк буровых станков по
формуле
0278=36 (34)
=148714,2/132*22,5=148714,2/2970=50
=33*41=132
N=
где -
годовая производительность по горной массе, т; -
годовая производительность бурового станка, м.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАБОЯ,
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ПАРКА ЭКСКАВАТОРОВ
Определить ширину экскаваторной заходки при
погрузке горной массы в средства транспорта
A=(1,5)* (35)
A=1,6*12,2=19,52
Определить количество проходов экскаватора по
развалу взорванной горной массы
(36)
где -
количество проходов экскаватора по развалу взорванной горной массы, ед; B
- ширина развала взорванной горной массы, м.
Вычислить сменную эксплуатационную
производительность экскаватора (м ) при разработке
хорошо взорванных скальных пород, принимая продолжительность цикла ()
для угла поворота под погрузку 1350
(37)
где Е - вместимость экскаваторного ковша; Тсм
- продолжительность смены, ч; Кз - коэффициент влияния параметров
забоя (Кз = 0,7-0,9); Кн - коэффициент наполнения ковша
(Кн = 0,6-0,75); Кр - коэффициент разрыхления породы в
ковше (Кр = 1,4-1,5); Кпот - коэффициент потерь
экскавируемой породы (табл. 17); Ку - коэффициент управления,
зависящий от порядка отработки забоя, квалификации машиниста, наличия средств
контроля и автоматики (табл.17); Ки - коэффициент использования
экскаватора в течение смены, учитывающий организационные и технологические
перерывы.
Вычислить годовую эксплуатационную
производительность экскаватора:
(38)
где -
годовая эксплуатационная производительность экскаватора, м ; -
количество рабочих смен экскаватора в течение года для принятого режима работ
карьера.
Найти инвентарный парк экскаваторов:
(39)
ТРАНСПОРТИРОВКА ГОРНОЙ МАССЫ
Для выбранной модели подвижного
состава установить грузоподъёмность и вместимость кузова (прил. 2).
Определить общую
продолжительность транспортного цикла (оборота)
(40)
Время погрузки вычисляется,
исходя из фактической грузоподъемности (т)
(вместимости кузова локомотивосостава
или автосамосвала:
(41)
=0,24
Или
(42)
где -
количество вагонов в составе (при автотранспорте =1);
= 1,15 -
коэффициент наполнения кузова;
=1,1 - коэффициент
разрыхления породы в кузове;
- эксплуатационная
производительность экскаватора, м3/ч.
При погрузки одноковшовыми экскаваторами и
устанавливается
по числу ковшей, загружаемых в кузов:
(45)
==
13,46 ≈ 13
Округлив расчетные значения пк до
целого, установить и :
(47)
Время движения подвижного состава для
укрупненных расчетов можно вести по формуле
(49)
Где -
расстояние транспортировки, км; - средняя скорость
движения в обоих направлениях , км/ч
Время разгрузки
(50)
При автотранспорте
Рассчитать сменную производительность подвижного
состава
(51)
т
При закрытом цикле рабочий парк автосамосвалов
обслуживающих один экскаватор
(54)
Определить суточный (,
км) пробег автосамосвала:
(55)
Найти коэффициент технической готовности G (табл.
25) и вычислить инвентарный парк автосамосвалов:
при открытом цикле обслуживания
= /
G, (56)
= 3,85 / 0,86 =
4,47
при
закрытом цикле обслуживания
= *
/
G, (57)
= 20 * 3,85 / 0,86
= 89,53.
Грузоподъемность автосамосвала - 150 - 180 и
более т.
Суточный пробег - 90 км.
Коэффициент технической готовности G - 0,8
ОТВАЛООБРАЗОВАНИЕ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД
В соответствии с выбранным видом транспорта
принять экскаваторный или бульдозерный способ отвалообразования.
Бульдозерное отвалообразование при
автотранспорте.
Выбрать высоту отвала (табл. 26).
Определить удельную приемную способность отвала
(м /м)
= / =
144.85 ∙ 1.5/6100 = 0.03 (64)
где Х = 1,5 - коэффициент кратности разгрузки по
ширине кузова автосамосвала; - ширина кузова
автосамосвала (прил. 2), м.
Вычислить длину отвального участка по условиям
планировки (м)
= 15 / 0.03 = 500 (65)
Где, - сменная
производительность отвального бульдозера (табл. 28), м .
Определить количество одновременно
разгружающихся автосамосвалов (ед) на отвале
= =
=
=
0,43 (66)
Вычислить длину отвального участка по условиям
беспрепятственной разгрузки автомашин (м)
= =
0.43 ∙ 20 = 8.78 м. (67)
здесь =
20-30 - ширина полосы, занимаемой автосамосвалом при погрузке и маневрировании,
м.
Рассчитать объем бульдозерных работ на отвале
= =
=
1,16 (68)
где -
сменный объём бульдозерных работ на отвале, м ; -
коэффициент заваленности верхней площадки отвала, 1
при площадном способе отвалообразования, =
0,3-0,6 при периферийном способе отвалообразо- вания.
Вычислить общую необходимую длину отвального
фронта L^, (м)
= ( 0.43 + ) ∙
500 = 2075 (69)
здесь =
(0,5-1,0)
- число резервных участков; - наибольше из
значений длины отвального участка по условиям разгрузки и
планировки .