Расчёт карьера, характеристика района работ и месторождения

1. Краткая характеристика района работ и

месторождения.

 

Горные предприятия в отличие от иных промышленных объектов и сооружений являются природно-техническими комплексами. Параметры и показатели экономической эффективности горных предприятий определяются для данного уровня техники, в основном природным фактором и дополнительным воздействием их на окружающую среду. В отличие от других природно-технических комплексов карьеры являются  динамическими объектами.

Открытыми горными работами называют совокупность работ, производимых с земной поверхности с целью добывания разнообразных горных пород и создания различных выемок и котлованов.

Открытый способ добычи характеризуется следующими особенностями:

- необходимость удаления  от карьера (перемещение в контурах) значительных объемов верхних пород, на разработку которых затрат на угольных и рудных карьерах составляют основную часть от общих затрат на добычу полезного ископаемого;

- необходимость соблюдения  определенной последовательности  отработки слоев;

- практически неограниченной возможностью создания и использование высоко- производительного оборудования, способного обеспечить наиболее высокое технико-экономические показатели.

К преимуществу открытого способа, по сравнению с подземными относятся:

- возможность обеспечения более высокого уровня комплексной механизации и автоматизации горных работ;

- более высокая (3-5р)  производительность труда и меньшая  стоимость продукции;

- более полное извлечение  полезного ископаемого;

- меньшие удельные  капитальные затраты;

Недостатки открытого способа:

- некоторая зависимость  от климатических условий;

- необходимость отделения  значительных площадей земли;

- нарушение водного  баланса земельных недр;

      В процессе  производства открытых горных  работ в земной коре образуются большие выемки, совокупность которых называют карьером. Выемки ПИ, покрывающих и вмещающих пород, производится слоями с опережением верхними нижних; в итоге разрабатываемый массив горных пород принимает форму уступов. Между смежными слоями оставляют площади для размещения экскаваторов, транспортных коммуникаций и других производственных целей. В результате выемки в земной коре образуется ступенчатая поверхность уже выработанного пространства.

 

       Работы  по выемке и удалению пустых  пород называются вскрышными, а работы по выемке  ископаемого - добычными.

        Вскрышу укладывают в специальные насыпи- отвалы. Они бывают внутренними  (размещаемые в выработанном пространстве карьера) и внешними ( вне контура карьера). Горизонтальные или наклонные поверхности уступа, ограничивающие его по высоте, называют нижней и верхней площадками, а наклонную поверхность, ограничивающую уступ со стороны выработанного пространства- откосом уступа. Линии пересечения откоса с верхней и нижней площадками называют верхней и нижней бровками. Различают рабочие и нерабочие уступы.

      На рабочих  уступах производится выемка  горных пород. Если на площадке  располагается оборудование, необходимое  для разработки уступа, она называется площадкой. Часть уступа по его длине, подготовленная для разработки называется фронтом работ уступа. Этот фронт делят на отдельные участки (блоки), которые разрабатываются самостоятельными средствами. Ступенчатые боковые поверхности, образованные откосами и площадками уступов и ограничивающие выработанное пространство, называются бортами карьера.

При ведении открытых горных работ выделяют пять этапов разработки месторождения:

1. ведут подготовку поверхности карьерного поля: вырубают леса, осушают болота, сносят сооружения и т.д.;
2. осуществляют вскрытие месторождения: проводят систематизацию горных выработок, осуществляют транспортную связь горизонта карьера с поверхностью;
3. проводят вскрышные работы, создавая доступ к ПИ;
4. ведут добычу ПИ;
5. восстанавливают нарушенную горными работами территорию.

Также выделяют четыре периода  разработки карьера:

• строительный;
• освоение проектной мощности;
• работа карьера с полной мощностью;
• погашение горных работ или период доработки.

      Для  механизации работ применяются   выемочно-погрузочное и транспортное оборудование: экскаваторы, автосамосвалы, локомотивы, отвальное оборудование, буровые станки, и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Границы карьера и объем руды

 

Предельная  глубина карьера:

           _____________

                  Н_к = 0,163 tg γср (√p² + 12,56 Кгр Sр – P) + Нд, м ;

               

                  Нд = (mг – Вд) / 2 ctg γср = (140 – 30) / 2 * 2,47 = 22,3 м;

Вд = 30 м,

                   Sр = lпр * mг = 1500 * 140 = 210000, м²

                    K_гр – граничный коэффициент вскрыши, м³  / м³ ;  K_гр = 4,0;

                    Р – периметр рудного тела в горизонтальном сечении;

Р = 2(lпр + mг) = 2(1500 + 140) = 3280 м;

                    γср – средний уровень погашения (наклона) углов барьера,

γср = 22°

_______________________

  Нк = 0,163 0,4 (√3280² + 12,56* 4,0* 210000 – 3280) + 22,3 = 109,4, м.

 

Размеры карьера  в плане

а) длина карьера по дну

 l_д = l_пр – 2H_д ctgγ_ср, м

l_д = 1500 – 2*22,3*2,47 = 1389,8 м

б) длина по поверхности

l_пов = l_д + 2H_к ctgγ_ср, м

l_пов = 1389,8 + 2*109,4*2,47 = 1930,2 м

в) ширина по поверхности

В_пов = В_д + 2H_к ctgγ_ср, м

В_пов = 30 + 2*109,4*2,47 = 570,4 м

 

Объем горной массы в контурах карьера

 

Vк = S_д Н_к + 0,5Н²_кР_дсtg γ_ср + (p Н³_к сtg γср) / 3, м

           Где S_д – площадь дна карьера, м²;

S_д = В_д l_д = 30*1389,8 = 41694 м²

                  Р_д = 2(В_д + l_д) = 2 (30+1389,8) = 2839,6 м – периметр дна карьера;

 

Vк = 41694*109,4 + 0,5*109,4²*2839,6*2,47 + (3,14*109,4³*2,47)/3 = 49918226,5 м³

 

Объем руды в контуре карьера

 

Vр = Sр(Нк – Нд – Нн) + (Sр + Sд) Нд / 2 = 210000(109,4 – 22,3 – 13) + (210000 + +41694)22,3/2 = 18367388,1 м³

Нн = 13 – мощность наносов, м (указано в задании)

 

 

Объем вскрыши

Vв = Vк – Vр = 49918226,5 – 18367388,1 = 31550838,4 м³,

 

Средний коэффициент  вскрыши

Кср = Vв / Vр = 31550838,4 / 18367388,1 = 1,72 м³/ м³

 

Срок службы карьера

      В общем виде продолжительность работы карьера определяется по ф-ле Тейлора:

    ___              _____

Т = 0,2 ⁴√Qзр = 0, 2 ⁴√ Vр γр = 0,2*89,5 ≈ 18 лет

 

Запас руды общей:

Qзр = Vр * γр = 18367388,1 * 3,5 = 64285858,4 т.

 

 

Проектная мощность карьера

 

Ак = Qзр / Т = 64285858,4 / 18 = 3571436,6 т/год

                  где  Qзр – общие запасы руды, м³,

 

Суточная  производительность карьера по руде

Асут = Ак / nдн = 3571436,6 / 220 = 16233,8 т/сут,

nдн – число дней в году работы карьера,

 

Средний годовой  объем вскрыши

Qв = Ак * Кср = 3571436,6 * 1,72 = 6142871 м³ / год

 

Среднесуточный  объем вскрыши

Qв сут = Qв / nдн = 6142871/ 220 =27922,1 м³/сут.

 

     Отработка наклонных  и крутых месторождений этапами  позволяет снизить текущий коэффициент вскрыши при отработке первых этапов и отнести существенный объем вскрыши на более поздние периоды.

    После раскройки  месторождения в зависимости  от мест расположения отвалов, пунктов приема полезного ископаемого, разрезной траншеи, конструкции фронта работ, мощности горизонтов вырабатываются способ вскрытия карьерного поля и тип вскрывающей выработки.

        Производственную мощность карьера  полезного ископаемого. Принимают такой, при которой срок службы карьера Т, соответствует физическому и моральному износу основных зданий и сооружений.

 

 

 

3. Система разработки  и структура комплексной механизации

 

           Правильная, для данных горно-геологических и экономических условий, система разработки во многом определяет экономичность и безопасность горных работ, а также их воздействие на окружающую среду.

     Горные работы при  различных системах разработки  выполняются соответственно комплексом машин и механизмов, обеспечивающих установленную  производственную мощность карьера.

    Система разработки наряду  со вскрытием является важнейшей  составной частью технологии горного производства, как при открытом, так и подземном способе добычи.

     Показателями взаимосвязи  системы разработки и комплексной  механизации горных работ являются элементы и параметры системы разработки, которые устанавливают с учетом  рабочих размеров принятого горного и транспортного  оборудования.

      Систему  разработки  выбирают. учитывая исходные данные: крепость полезного ископаемого – 9, угол падения залежи - 30°, глубину залегания по классификации систем разработки Е.Ф. Шешко  и способу производства вскрышных работ академика Н.В.Мельника выбирают транспортную систему разработки с вывозкой пород во внешние отвалы.

     Основные характеристики  транспортной системы разработки : вскрышные породы средствами колесного транспорта перемещают во внешний отвал.

     Условия применения: любая форма месторождения и  любая крепость породы. Характерное  забойное и транспортное оборудование: экскаваторы, рельсовой и автомобильный транспорт.

Выбор технологической  схемы механизации вскрышных  и добычных работ производится в нижеприведенной последовательности:

1. Выполняется анализ горнотехнических условий разработки месторождения, и определяются возможные технологические процессы и оборудование для выполнения вскрышных и добычных работ.
2. Определяется технологическая схема механизации вскрышных и добычных работ исходя из выполненного анализа и схем, рекомендуемых нормами технологического проектирования.

Определение возможного оборудования для выполнения вскрышных и добычных работ производится на основе анализа свойств пород ( прежде всего крепости равной 9), условий их залегания, мощности – покрывающих песчано- глинистых пород равной 13м. и горизонтальной мощности залежи равной 140 м., производительности карьера Ак= 3571,4 тыс. т/год, выбранной системы разработки – транспортной с вывозкой пород во внешние отвалы, расстояния перемещения пород до перерабатывающего комплекса  2 км, до отвалов 1,9 км., рельефа местности- принят равнинный, проектной глубины карьера Нк = 109,4 м., размеры карьера на поверхности, климатических и других факторов с учетам данных об области рационального использования выемочно- погрузочного, транспортного, бурового и отвального  оборудования. Учитывая вышеперечисленное выбирают одноковшовые экскаваторы типа прямой механической лопаты  ЭКГ-10, так как одноковшовые экскаваторы типа прямой механической лопаты могут применятся  при разработке любых пород, в том числе разрушенных скальных; на карьерах средней и большой производительности целесообразны  экскаваторы с емкостью ковша 4-20м³  .

        Согласно рекомендациям принимаем  в количестве забойного  оборудования экскаватор  ЭКГ- 10, в качестве автомобильного  транспорта – БелАЗ – 7519

 

Техническая характеристика экскаватора ЭКГ-10:

-вместимость основного  ( сменного) ковша, м³ – 10,0;

-наибольший радиус  черпания, м – 18,4;

-радиус черпания на  уровне стояния, м – 12,6;

- наибольшая высота  черпания, м – 13,5;

- наибольшая высота разгрузки, м – 16,3;

- продолжительность цикла, с  – 26.

 

 

Расчет производительности экскаватора ЭКГ – 10.

 

   При расчете следует принимать  часовую производительность экскаватора,  так как, зная ее величину  и число часов работы в смену,  сутки и год, легко определить сменную, суточную и годовую производительность.

Техническая производительность экскаватора ( м³/ч)

Q_тех = 3600 qK / t, м³/ч ,

          где К – коэффициент наполнения ковша экскаватора; при работе в удовлетворительно взорванных скальных породах K = 0,8

                t – техническая продолжительность цикла, с; 

                q – геометрическая емкость ковша, м³

Q_тех = 3600*10*0,8 / 26 = 1107,7 м³/ч ,

 

           Техническая производительность  экскаватора служит критерием  для оценки работы экскаватора в данных условиях.

Эксплутационная производительность экскаватора (м³/ ч) определяется с учетом использования экскаватора во времени: