Горные работы

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

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 П_б - сменная производительность бурового станка, м;  - продолжительность смены, мин.;  - продолжительность подготовительно-заключительных операций, мин.,  = 2030;  - продолжительность регламентированных перерывов, мин.,  = 1030; Т_вп - 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; Т_см - продолжительность смены, ч; К_з - коэффициент влияния параметров забоя (К_з = 0,7-0,9); К_н - коэффициент наполнения ковша (К_н = 0,6-0,75); К_р - коэффициент разрыхления породы в ковше (К_р = 1,4-1,5); К_пот - коэффициент потерь экскавируемой породы (табл. 17); К_у - коэффициент управления, зависящий от порядка отработки забоя, квалификации машиниста, наличия средств контроля и автоматики (табл.17); К_и - 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 п_к 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 .