Составление проекта комбинированной разработки рудной залежи. Производство открытых горных работ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Сибирский государственный индустриальный университет"

Кафедра открытых горных работ

Курсовой проект

По дисциплине: "Комбинированная разработка месторождений полезных ископаемых"

Специальность: 130403 Открытые горные работы

Тема: Составление проекта комбинированной разработки рудной залежи. Производство открытых горных работ

Выполнила: Проверил:

студентка группы ГОР-03УН к. т. н., доцент

Лобанова О.О., Власкин Ю.К.

Новокузнецк 2006

Содержание

Введение

1. Геология месторождения

1.1 Элементы залегания рудной залежи

1.2 Запасы карьерного поля

2. Годовая производительность и срок существования горного предприятия

2.1 Расчет годовой производительности горного предприятия

2.2 Срок существования горного предприятия

3. Разработка месторождения полезного ископаемого

3.1 Открытая разработка

3.1.1 Определение граничной глубины открытых горных работ

3.1.2 Время или продолжительность отработки залежи открытым способом

3.1.3 Обоснование высоты уступа и деление рудной залежи на горизонты

3.1.4 Слоевой коэффициент вскрыши

3.1.5 Обоснование способов вскрытия

3.1.6 Горное оборудование, применяемое при разработке

3.1.7 Технико-экономический показатель открытой разработки

3.2 Подземная разработка месторождения полезного ископаемого

3.2.1 Определение глубины до начала строительства подземного рудника

3.2.2 Обоснование переходной зоны и установление высоты рудной залежи, отрабатываемой подземным способом

3.2.3 Обоснование способа и схемы вскрытия шахтного поля и типа подъема полезного ископаемого

3.2.4 Обоснование способа подготовки откаточных горизонтов и расчет удельного объема вскрывающих и подготовительных выработок

3.2.5 Выбор системы подземной разработки рудной залежи

3.2.6 Проведение укрупненного технико-экономического показателя при комбинированном способе добычи

Выводы

Список используемой литературы

Введение

В настоящих условиях, когда маловероятно появление новых революционных горных технологий, основным направлением повышения эффективности освоения недр является создание таких технологических схем освоения месторождений, которые основываются на принципах эффективного сочетания технологических процессов различных способов разработки с оптимизацией области экономически выгодного использования каждого способа и обеспечением условий их взаимного благоприятного использования. Исходя из основных положений современной концепции освоения и сохранения недр следует оценить роль и перспективы развития комбинированной технологии разработки рудных месторождений.

С точки зрения современных представлений, под комбинированной разработкой следует понимать технологию освоения месторождения, сочетающую элементы физико-технической (открытой подземной) и физико-химической технологий, увязанных во времени и пространстве, путем создания единой схемы вскрытия и подготовки запасов на весь период освоения месторождения. Наибольший эффект применения такой технологии может быть обеспечен в случае реализации технологических решений при поэтапной разработке рудных запасов.

Производство открытых горных работ на больших глубинах сопровождается резким увеличением объемов и существенным усложнением схем вскрытия, ухудшения геомеханической обстановки и усложнением проветривания карьеров.

Анализ практики применения комбинированной технологии по 110 зарубежным рудникам показал, что наибольшее число рудников, осуществляющих комбинированную отработку запасов, приходится на предприятия по разработке руд цветных металлов и алмазов - 60 %; около 16 % предприятий ведут добычу железных руд; более 10 % рудников разрабатывают месторождения нерудного сырья. При этом 60-65 % рудников осуществляют добычу подкарьерных запасов, находящихся ниже отметки дна карьера, и 15-18 % предприятий разрабатывают прибортовые запасы. Наибольшее распространение получила последовательная открыто-подземная выемка запасов. Весьма большой опыт отработки запасов комбинированным способом как в варианте последовательной открыто-подземной, так и в варианте подземно-открытой геотехнологии накоплен на железорудных месторождениях.

Добыча полезного ископаемого открытым способом является целесообразной, если затраты на добычу не сравняются с затратами при подземном способе извлечения. Комбинированный способ разработки означает применение открытого и подземного способа разработки в любой последовательности, включая одновременную разработку.

Преимущества комбинированной разработки: большая производственная мощность предприятия по руде, использование высокоэффективной техники и возможность комплексной механизации, автоматизации производства, более безопасные и комфортные условия труда рабочих, более высокая производительность труда и низкая стоимость добычи, высокое извлечение и незначительное разубоживание руды. Быстрое вскрытие и подготовка месторождения, независимость горных работ от климатических условий, многообразие систем разработки, обеспечивающих извлечение запасов в различных горно-геологических условиях, меньшая площадь горного отвода, большая пропускная способность горных выработок при относительно низкой их стоимости, меньшие удельные капитальные затраты на строительство и реконструкцию рудников.

1. Геология месторождения

1.1 Элементы залегания рудной залежи

Параметры залегания рудной залежи (смотреть рисунок 1):

длина по простиранию рудной залежи (L_з) 1850 м;

нормальная мощность рудной залежи (m_н) 35 м;

глубина залегания рудной залежи (Н) 1300 м;

объемный вес полезного ископаемого (_{п. и.)} 3,6 т/м³;

угол падения залежи () 65º;

коэффициент крепости по М.М. Протодъяконову (f) 13.

Рисунок 1 - Параметры залегания рудной залежи

По параметрам рудной залежи можно судить, что залежь является крутопадающей. Строение залежи простое, а породы, слагающие месторождение полезного ископаемого, скальные и полускальные.

рудная залежь месторождение комбинированный

1.2 Запасы карьерного поля

Запасы карьерного поля определяются по имеющимся исходным данным: длина по простиранию, глубина залегания, мощность и угол падения залежи, объемный вес полезного ископаемого (руды).

Рассчитаем балансовые запасы, тонн:

,

где , м

 млн. т

2. Годовая производительность и срок существования горного предприятия

2.1 Расчет годовой производительности горного предприятия

Расчет годовой производительности осуществляется по формуле:

, т/год

где S_р - средняя площадь горизонтального сечения залежи, м²;

h₀ - годовое понижение горных работ, м/год (составляет 20 м/год при погрузке в автомобильные транспортные средства);

k_рп - коэффициент, учитывающий увеличение работ с понижением;

k_ин - коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр, отражающий неизбежные потери полезного ископаемого и примешивание пустых пород (0,96).

 м²

 т/год

года

3. Разработка месторождения полезного ископаемого

3.1 Открытая разработка

3.1.1 Определение граничной глубины открытых горных работ

Границы открытых горных работ устанавливают по величине граничного коэффициента вскрыши (k_гр). Граничный коэффициент вскрыши называют еще предельным, допустимым, экономически допустимым, экономически допустимым и т.д.

Граничный коэффициент вскрыши - это максимально допустимый по условию экономичности открытых горных разработок коэффициент вскрыши. По величине он соответствует объему вскрышных пород на единицу полезного ископаемого, который допустимо перемещать из массива в отвалы по условию экономичности открытых горных работ.

Для установления коэффициента вскрыши и изменения его при различной глубине разработки необходимо рассчитать общий объем горной массы, вынимаемой в контурах карьерного поля по следующей формуле:

, м^3,

где Р_д - периметр дна карьера, м; S_д - площадь дна карьера, м²; Н_к - конечная глубина карьера, м; g_ср - усредненный угол бортов карьера, град. Найдем периметр дна карьера:

Р_д = 2 ´ (m_г + Н) = 2 ´ (38,5 + 1300) = 2677 м.

Площадь дна карьера:

S_д = m_г ´ Н = 38,5 ´ 1300 = 50050 м².

 м³

Примем конечную глубину одного слоя для разработки открытым способом равной 100 м (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема послойной отработки открытым способом

Отсюда следует, что для определения конечной глубины дна карьера можно использовать контурный коэффициент вскрыши:

.

Подставляя значения, определенных выше, площади и периметра дна карьера, и меняя глубину и угол откоса борта по слою (рисунок 2) получим:

;

;

;

;

;

;

;

;

 и т.д.

Общий объем пород вскрыши, который необходимо извлечь для добычи всех запасов полезного ископаемого (руды) открытым способом составит:

V_в = V_к - V_п,где V_п = L ´ m_г ´ Н = 1850 ´ 38,5 ´ 1300 = 92592500 м³.

Отсюда следует, что V_в = 1196541125 - 92592500 = 1103948625 м³. На основе опыта разработки крутопадающих рудных залежей [1, с.57] средний коэффициент вскрыши принимается 15 м³/м³.

Решить задачу определения конечной глубины карьера при разработке наклонных и крутых залежей можно как аналитическим способом, так и графическим (рисунок 3).

Рисунок 3 - График зависимости глубины карьера от контурного коэффициента вскрыши

Из рисунка 3 видно, что граничная глубина карьера составляет 320 м. Данная глубина открытых горных работ (карьера) принимается проектом за основу, при дальнейшем углублении или ведении горных работ разработка рудной залежи осуществляется переход на подземную разработку.

3.1.2 Время или продолжительность отработки залежи открытым способом

Срок существования карьера определяется по формуле:

 лет,

где V_пи - объем полезного ископаемого с горной массой, м³;

k_ин - коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр, отражающий неизбежные потери полезного ископаемого и примешивание пустых пород;

Q_г - годовая производительность, т/год.

3.1.3 Обоснование высоты уступа и деление рудной залежи на горизонты

Высота уступа, являющегося одним из важнейших элементов открытой разработки, должна обеспечить: безопасность горных робот, высокую производительность оборудования, минимальные объёмы вспомогательных работ, установленные объёмы добычных и вскрышных работ и минимальные затраты на них.

При разработке наклонных и крутопадающих залежей, представленных преимущественно скальными и полускальными породами, высота уступа определяется в основном показателями технологических процессов, потерь и разубоживания полезного ископаемого, требуемой производственной мощностью карьера и условиями вскрытия рабочих горизонтов.

Согласно правилам технической эксплуатации, высота уступа в скальных и полускальных породах не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора более чем в 1,5 раза при условии, что высота развала не будет превышать: при одно - и двухрядном взрывании - максимальной высоты черпания экскаватора, а при многорядном взрывании - полуторной максимальной высоты черпания.

Из опыта ведения открытых горных работ при разработке наклонных и крутых залежей простого строения установлено, что оптимальная высота уступа (h_у) при использовании экскаваторов с емкостью 8-12,5 м³ h_у = 17-20 м.

Согласно расчётам принимаем высоту уступа равную 20 м.

Деление на горизонты происходит с учётом того, что конечная глубина карьера составляет 620 м, а высота уступа 20 м, то получаем 31 горизонт.

3.1.4 Слоевой коэффициент вскрыши

Слоевой коэффициент вскрыши - это отношение объема вскрышных пород (V_вск) в границах горизонтального слоя карьера к объёму полезного ископаемого (V_пи) в этом же слое:

.

Слой представляет собой часть объема горной массы между двумя смежными горизонтами работ в конечных контурах карьера h_сл=h_уст.

Схема к расчету слоевого коэффициента вскрыши представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема к расчету коэффициента вскрыши

3.1.5 Обоснование способов вскрытия

Вскрытие карьерного поля осуществляется проведением горных выработок, представляющих собой систему элементов, в которых располагаются транспортные коммуникации технологических грузопотоков.

Вскрытие осуществляется внешними наклонными траншеями, закладываемыми вкрест простирания, что обеспечивает каждый уступ транспортом независимо, следовательно грузопотоки горных пород с каждого уступа полностью рассредоточены и имеют независимый друг от друга выход на поверхность. В нашем случае равнинной местности отдельными внешними траншеями вскрываются не более трёх-четырёх уступов. Вскрытие рабочих горизонтов осуществляется разрезными траншеями с целью создания первоначального фронта работ и размещение горного и транспортного оборудования. Место расположения разрезных траншей подчинено направлению размещения трассы в контурах этапа.

Внешние наклонные траншеи на карьерах с крепкими породами проводятся одноковшовыми экскаваторами.

3.1.6 Горное оборудование, применяемое при разработке

Рациональные сочетания моделей экскаваторов и средств автотранспорта, а также значения минимальной ширины рабочей площадки уступа могут быть установлены, руководствуясь табличными значениями справочников и руководств по расчетам.

Технологические схемы разработки горных пород эксковаторно-автомобильными комплексами используется практически при любой крепости пород на глубинных карьерах. Технологические схемы разработки экскаваторно-автомобильными комплексами применяются для ведения вскрышных и добычных работ по всей рабочей зоне железорудных карьеров или параллельно с другими технологическими схемами в наиболее благоприятных зонах. Скорость понижения горных работ составляет 20-30 м в год. В технологических схемах разработки экскаваторно-автомобильными комплексами, используются мехлопата с погрузкой на уровне стояния экскаватора. Чем достигается наименьшая продолжительность цикла погрузки и соответственно минимальное время загрузки автосамосвала, обеспечивая максимальную экономическую эффективность работы комплекса оборудования.

Для данных горно-геологических условий наиболее рационально применение экскаваторов типа ЭКГ-20 и комплекса автосамосвалов Бел АЗ-7519, грузоподъемностью 110 тонн.

3.1.7 Технико-экономический показатель открытой разработки

При одновременной комбинированной разработке обычно достигается значительное увеличение производительности предприятия и улучшение технико-экономических показателей. Подземные выработки служат для осушения карьерного поля и транспортирования руды на обогатительную фабрику. Вскрыша используется в качестве закладочного материала для заполнения подземного выработанного пространства. Зоны обрушения, из-за влияния подземных работ, используются для размещения отвалов пустых пород. При комбинированной разработке, в результате взаимного влияния открытых и подземных работ друг на друга усложняется поддержание бортов карьеров в устойчивом состоянии из-за наличия подземных пустот, ухудшаются показатели буровзрывных работ в связи с наличием повышенной трещиноватости вследствие сдвижения массива горных пород, возникает необходимость осуществления специальных мероприятий по предупреждению возможности провала в подземные выработки тяжелого карьерного оборудования, ухудшается устойчивость подземных горных выработок из-за производства массовых взрывов на карьере. С целью уменьшения или исключения этих отрицательных последствий при одновременной разработке подземные работы необходимо вести на участках вне зоны влияния открытых горных работ. В таких случаях затруднения возникают при сближении открытых и подземных горных работ.

3.2 Подземная разработка месторождения полезного ископаемого

3.2.1 Определение глубины до начала строительства подземного рудника

Определение величины Н_кт, при которой необходимо начать строительство подземного рудника производится по формуле:

где Н_к - конечная глубина карьера, м;

ΔН_к - приращение глубины карьера без разноса его вскрышных бортов, м;

Т_С - продолжительность строительства подземного рудника (Т_С = 5), лет;

h_{о -} скорость углубки карьера, м/год;

Более точным и научно обоснованным является определение величины ΔН_к с учётом возможных потерь и разубоживания при извлечении прибортовых целиков руды:

где А - коэффициент, характеризующий предельно допустимую относительную величину объёма руды, оставляемой в бортовых целиках (принимаем А = 0,234),

В_{д -} минимально допустимая ширина дна карьера (В_Д = 16), м;

β_в, β_л - углы откосов бортов карьера соответственно висячего 45° и лежачего 65°.

лет

Отсюда следует, что  м.

3.2.2 Обоснование переходной зоны и установление высоты рудной залежи, отрабатываемой подземным способом

Совмещение открытых и подземных работ возможно в зоне углубки карьера, но оно носит частичный характер. В этом случае полная высота переходной зоны Н_оп определяется по формуле:

,

где К_о, K_оп, К_п, К_ц - коэффициенты извлечения руды при производстве открытых, комбинированных (открыто-подземных) и подземных работ, а также работ, связанных с отработкой целиков;

При данных условиях принимаем значения коэффициентов извлечения руды: К_о = 0,98; K_оп = 0,85; К_п= 0,88; К_ц = 0,65.

,

Углы откосов бортов карьера в переходной зоне со стороны висячёго и лежачего боков залежи принимаем соответственно β'_в,=75°, β'_л=65°.

3.2.3 Обоснование способа и схемы вскрытия шахтного поля и типа подъема полезного ископаемого

Совмещение открытого и поземного способов вскрытия в пределах одного выемочного поля диктует условия применения различных систем подземной разработки. Под влиянием подземных работ происходит сдвижение и провал поверхности. Избежание провалов, характерных для данного месторождения, является главной задачей совместной разработки.

Факторы, влияющие на выбор системы разработки: устойчивость руд и вмещающих пород, мощность и угол падения рудного тела, морфология, склонность руд к слеживанию, самовозгоранию, включения пустых пород, ценность руды и др.

Применяются преимущественно камерные системы (при отсутствии налегающих пород) с массовой отбойкой, с магазинированием при сплошной порядной отбойке, при необходимости сохранения поверхности - системы с закладкой выработанного пространства.

Горнотехнические и горно-геологические условия разработки при обязательном учете совмещения открытых и подземных работ в пространстве и во времени являются основными факторами, ограничивающими выбор системы подземной разработки.

В бортах карьера, за пределами основных выездных дорог, можно применять системы с обрушением налегающих пород.

Способом вскрытия шахтного поля или месторождения называется проведение вскрывающих выработок различного функционального назначения относительно элементов залегания пластов или рудных залежей.

Вскрытие шахтного поля может быть осуществлено вертикальными и наклонными стволами, штольнями, расположенными в одной из рудных залежей, в лежачем или в висячем боку рудных залежей, в центре шахтного поля, на фланге рудных залежей.

Схема вскрытия - пространственное расположение сети вскрывающих выработок различного функционального назначения (стволов, штолен и др.) относительно шахтного поля.

Шахтные стволы со скиповым подъемом возникли одним из первых и является в настоящее время наиболее распространенными в практике разработки месторождений полезных ископаемых.

Они применяются в вертикальных стволах. Наибольшее применение получили практическое применение вертикальные рудоподъемные стволы. Они имеют следующие преимущества:

меньшая длина ствола и, следовательно, меньшие сроки и затраты на его проходку и меньшая длина подъема полезного ископаемого;

при равной производственной мощности шахты меньшее сечение ствола, так как допустимые скорости движения подъемных сосудов по вертикальному стволу в 2,4 раза больше, чем по наклонному и производительность самого подъема в связи с большей скоростью и меньшим расстоянием подъема увеличивается в 3 раза и более; кроме того в вертикальном стволе можно расположить и применить разнотипные подъемные сосуды (например, два скипа);

возможность проведения вертикальных стволов в водонасыщенных горных породах методом замораживания и более успешной их эксплуатации в данных условиях.

Указанные приемущества вертикальных стволов особенно существенны для крупных шахт, где требуется высокая производительность подъема полезного ископаемого.

Данный способ вскрытия (вскрытие вертикальными стволами со скиповым подъемом - рисунок 5) наиболее рационален для этого проекта (используется опыт Шерегешского рудника).

1 - вертикальные рудоподъемные стволы, 2 - откаточные квершлаги

Рисунок 5 - Схема расположения вскрывающих выработок

Добытая рудная масса из очистных блоков электровозными средствами транспортируется к рудоспускам, разгружается в них и перепускается на нижний (концентрационный) горизонт в дробильную установку, из которой поступает на скип.

.2.4 Обоснование способа подготовки откаточных горизонтов и расчет удельного объема вскрывающих и подготовительных выработок

Принимаем на данном месторождении при разработке мощных крутопадающих рудных залежей ортово-штрековая подготовка откаточного горизонта с электровозным транспортом.

Добытая руда на откаточную выработку поступает сосредоточенно. Оно имеет место в погрузочным пункте горизонта из капитального рудоспуска, в точках пересечения пластов или рудных тел с откаточным квершлагом, а также при значительных расстояния между загрузочными пунктами из очистного пространства на откаточных штреках.

Горизонтальные горные выработки проводим прямоугольной формы, их достоинства: более полное использование поперечного сечения по сравнению с другими формами. Форму поперечного сечения горной выработки выбираем с учетом физико-механических свойств пород, величины и направление горного давления, материала и конструкции крепи, назначение и срока службы выработки.

3.2.5 Выбор системы подземной разработки рудной залежи

В данных условиях целесообразно применить этажного принудительного обрушения на компенсационные камеры и вибро-выпуском руды систему разработки.

Система разработки этажным принудительным обрушением с компенсационными камерами - это система разработки с обрушением руды и вмещающих пород, при которой вынимают со взрывной отбойкой и самотечной доставкой руду камеры для разрыхления взрывом остальной части блока, после чего обрушают взрывом остальную часть блока и производят общий выпуск руды под налегающими породами.

В днище блока образуют воронки или траншеи шпурами или штанговыми скважинами. Достоинства: извлечение "чистой руды" (без налегающих пород) из камер; возможность совмещения работ в двух этажах при выемке камер. Недостатки: двухстадийность выемки (камеры в первую очередь, а затем целики); при массовом обрушении целиков показатели извлечения снижаются; увеличивается выход негабарита.

3.2.6 Проведение укрупненного технико-экономического показателя при комбинированном способе добычи

Себестоимость 1 т руды при комбинированном способе добычи рассчитывается поэтапно, используя себестоимость 1 т руды при подземной разработке и себестоимость 1 т руды при открытой разработке.

При подземном способе добычи расчет ведется по формуле:

, руб/т,

где а₁ и в₁ - эмпирические коэффициенты, соответствующие подземному типу работ и соответственно равны 0,963 и 0,005;

Н - глубина, при которой начинается строительство шахты.

 руб/т.

При открытом способе добычи (без затрат на вскрышные работы):

, руб/т,

где а₂ и в₂ - эмпирические коэффициенты, соответствующие открытому типу работ и соответственно равны 0,84 и 0,0044;

Н - глубина залегания рудной залежи, отрабатываемой карьером.

, руб/т,

Выемка 1 м³ вскрыши до глубины залегания залежи:

,

где

а₃ и в₃ - эмпирические коэффициенты, соответствующие вскрышным работам и соответственно равны 0,75 и 0,0048; Н - глубина залегания рудной залежи.

 руб/т

Себестоимость 1 т добытой руды при комбинированном способе добычи вычисляется по формуле:

 или

где Q_п, Q_о, Q_в - соответственно производительность подземных, открытых и вскрышных работ.

руб/т

Выводы

Комбинированный способ разработки месторождения полезного ископаемого (руды) наиболее целесообразно применять при залегании руды на большой глубине, когда разработка только открытым способом экономически невыгодна и технически невозможна. А применение только подземных горных работ не дает возможности отработать те горизонты, которые находятся выше, чем горизонт, при котором начинается строительство подземного рудника.

Технические возможности и экономические показатели комбинированного способа добычи, на которые следует опираться при выборе способа разработки, наглядно отражает данный проект. Он подтверждает, что применение комбинированного способа при исходных данных этого проекта, выгоден и является целесообразным.

Список используемой литературы

1.       Трубецкой К.Н. Справочник открытых горных работ. - М.: Недра, 1999.

2.       Шеховцов В.С., Власкин Ю.К. Перспективные способы разработки месторождений. Учеб. пособие / СибГИУ. - Новокузнецк, 2004.

.        Мировая горная промышленность 2004-2005: история, достижения, перспективы. - М.: НТЦ "Горное дело", 2005. - 376 с.

.        Власкин Ю.К. Вскрытие и подготовка месторождений полезных ископаемых: Учеб. Пособие / СибГИУ. - Новокузнецк, 2001. - 254 с.