Технология и комплексная механизация открытых горных работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (МАМИ)

в г. Губкине Белгородской области

Губкинский институт (филиал) Университета машиностроения

Кафедра "Техника и технология горного производства"

Учебно-методические рекомендации к выполнению практических работ по дисциплине

"Технология и комплексная механизация открытых горных работ"

для студентов, обучающихся по специальности

130400.65 "Горное дело"

Р.Ю. Ернеев

Губкин

2014



Содержание

Введение

1. Определение параметров карьера: Расчет углов откосов бортов карьера. Графическое построение поперечного сечения карьера

1.1 Определение скорости углубки горных работ в карьере. Определение текущей и конечной глубины карьера

1.2 Трассирование вскрывающих горных выработок

1.3 Построение схемы вскрытия горизонтов карьера

1.4 Изображение забоев экскаваторов и построение на плане схемы вскрытия рабочих горизонтов

2. Определение параметров основных технологических процессов

2.1 Горно-капитальные работы и расчет их объемов

2.2 Расчет параметров БВР на карьере

2.3 Обоснование модели бурового станка и расчет его производительности

2.4 Рассчитать производительность конвейера канатно-ленточного типа

2.5 Определить производительность камнерезной машины

3. Определение параметров основных производственных процессов и графическое изображение схемы ведения горных работ

3.1 Расчет производительности и количества экскаваторов на добыче

3.2 Расчет производительности и количества экскаваторов на вскрыше

3.3 Выбор вида транспорта. Расчет железнодорожного транспорта

3.4 Расчет автотранспорта

4. Определение параметров системы разработки

5. Определение параметров основных технологических процессов гидромеханизации открытых горных работ

6. Расчет водоотлива

Библиографический список



Введение

Дисциплина "Технология и комплексная механизация открытых горных работ" является одним из основных курсов, обеспечивающих необходимый объем знаний студентов в области открытой разработки рудных угольных и нерудных месторождений полезных ископаемых.

Цель методических рекоендаций - закрепление студентами теоретического материала по технологии и комплексной механизации открытых горных работ на карьерах, приобретение общих навыков по расчету основных параметров карьеров, технологических процессов, параметров систем открытой разработки и вскрытия карьерных полей, средств перемещения карьерных грузов.

В соответствии с учебным планом, утвержденным Министерством образования и науки Российской Федерации по изучению дисциплины "Технология и комплексная механизация открытых горных работ" изложена методика решения задач по определению параметров карьера, расчету параметров основных технологических процессов в карьере, а также определению параметров технологических процессов гидромеханизации открытых горных работ.

Особое внимание уделено решению задач по выбору способа вскрытия карьерного поля, системы открытой разработки месторождения и определению их параметров, расчету средств горнотранспортного оборудования в карьере.

В учебном пособии приведены задачи по открытой разработке месторождений, в которых выделены технологические процессы, системы открытой разработки и вскрытия месторождений, выемочно-погрузочные работы, средства горнотранспортного оборудования в карьере и эффективность работы современного карьера.

Каждый раздел пособия содержит краткое теоретическое изложение материала, методические указания, приведены примеры решения задач с основными расчетными формулами и контрольные вопросы для самопроверки.



1. Определение параметров карьера: Расчет углов откосов бортов карьера. Графическое построение поперечного сечения карьера

Практическая работа №1

Тема: Определение параметров карьера (Расчет углов откосов бортов карьера. Графическое построение поперечного сечения карьера)

Задание: капитальный буровой станок горный

I. Выписать и изучить основные термины и понятия по теме. Контрольные вопросы:

Понятие карьерного поля.

Виды карьерных полей по их размерам в плане, конечной глубине или высоте рабочей зоны.

Главные элементы и параметры карьера.

Что характеризует объем горной массы в контурах карьера?

Определение борта карьера и угла откоса борта карьера.

II. Пример 1. Определить углы откосов бортов карьера: нерабочего Р и рабочего ??.

Дано: глубина карьера Нк =90 м; система разработки продольная однобортовая; высота уступа Ну=15 м; угол откоса борта рабочего уступа ар=75°; транспорт железнодорожный; ширина рабочей площадки Шрп=60 м; на каждом уступе нерабочего борта карьера транспортная берма bт = 12 м; угол откоса борта нерабочего уступа ан = 60°.

Решение

Количество разрабатываемых уступов (рис. 1):

N=Hk/Hу =90/15=6.

Рис. 1. Схема конструкций рабочего и нерабочего бортов карьера

2.Угол откоса рабочего борта карьера:

tgг=

Угол откоса нерабочего борта карьера:

tgг=

Пример 2

Вычертить поперечное сечение карьера при текущей глубине разработки Нт = 240 м и количестве рабочих уступов nу = 6.

Дано: Ширина дна карьера Ша = 30 м; текущая глубина карьера Нт =240 м; угол погашения бортов карьера в = 40°; гв = гл = 18° -- углы откосов висячего и лежачего рабочих бортов карьера; высота уступа Ну =15 м; ширина рабочей площадки Шр. п = 60 м; залежь крутопадающая.

Решение

Для условий крутопадающей залежи поперечное сечение карьера изображено на рис. 2. Высота рабочей зоны Нр з = 90 м.

Рис. 2. Схема к определению рабочей зоны НР.з. карьера

III. Выполнить расчеты по исходным данным табл. (по последней цифре)

№	Наименования данных	№ вариантов
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Глубина карьера Нк, м	80	90	100	120	140	150	170	200	220	90
2	Высота уступа Ну, м	15	20	20	15	20	20	20	20	20	15
3	Угол откоса борта рабочего уступа ар	60	75	50	45	45	40	45	60	75	75°
4	Ширина рабочей площадки Шрп, м	50	60	50	60	55	60	60	50	55	60
5	Угол откоса борта нерабочего уступа ан,	60	75	75	60	55	70	55	60	50	60°
6	Транспорт железнодорожный	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
7	На уступе нерабочего борта транспортная берма bт, м	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12
8	Система разработки - продольная однобортовая		-	-	-	-	-	-	-	-	-

Оформить отчёт по практической работе № 1 на листах формата А 4 и защитить его.

1.1 Определение скорости углубки горных работ в карьере. Определение текущей и конечной глубины карьера

Практическая работа № 2

Тема: Определение скорости углубки горных работ в карьере.

Определение текущей и конечной глубины карьера.

Задание:

I. Выписать и изучить основные термины и понятия по теме. Контрольные вопросы:

В чем различие объема горной массы в контурах карьера от объема полезного ископаемого в контурах карьера?

Определение борта карьера и угла откоса борта карьера.

Классификация основных видов открытых разработок по положению залежи относительно поверхности.

Определение коэффициента вскрыши.

Виды коэффициентов вскрыши (средний, текущий, контурный, граничный).

Этапы эксплуатации месторождений.

Подготовка карьерного поля к разработке.

II. Пример 1. Определить скорость углубки горных работ Уг на карьере.

Дано: система разработки месторождения продольная двух- бортовая; средняя длина фронта горных работ на уступе Lф = 3000 м; на каждом уступе работают два экскаватора (nэ) с годовой производительностью Qэ.г. =2,0 млн м3; ширина дна разрезной траншеи bp.т=30 м; ширина рабочей площадки на уступе Шр. п = 50 м; высота разрабатываемого уступа Ну = 15 м; углы откосов бортов рабочих уступов со стороны висячего и лежачего боков залежи соответственно равны ар.в = аР.л= 75°.

Решение

Скорость углубки горных работ (фор-ла 11.6 [28]:

где Lб -- длина фронта работ около экскаватора на уступе, м; пэ -- число работающих экскаваторов на уступе;

Lб= Lф/nэ = 3000/2= 1500 м.

Пример 2. Определить текущую глубину карьера Нт аналитическим методом для месторождения правильной формы (по В.В. Ржевскому).

Дано: транспорт железнодорожный; Мх = 40 м -- мощность залежи; mх = 4 м мощность породного прослойка; Сп = 800 руб -- плановая себестоимость 1 м3 полезного ископаемого открытым способом; С0 = 200 руб себестоимость собственно добычи 1 м3 полезного ископаемого; Св = 55 руб -- себестоимость 1 м3 вскрышной породы; залежь крутопадающая; hн = 20 м -- мощность наносов.

Решение

Глубина карьера зависит от большого количества факторов, основными из которых являются: мощность и условия залегания полезного ископаемого; рельеф поверхности; способ вскрытия; направление развития горных работ; экономические показатели открытых и подземных способов добычи. Учесть все эти факты в одной аналитической зависимости невозможно. Поэтому аналитическую зависимость могут использовать только для отдельных частных случаев применительно к наиболее простым условиям (рис. 3).

Рис. 3. Схема определения текущей Нт и конечной Нк глубины карьера аналитическим методом

Наиболее полное экономическое обоснование глубины карьера дает геометрический анализ карьерного поля.

Условие экономичности открытых горных работ:

Кт?Кг.р=

где Кт, Кгр -- соответственно текущий и граничный коэффициенты вскрыши, м3/м3.

Если поверхность ровная, то имеем:

К тх=

где Нхт -- текущая глубина карьера на горизонте х; Мх и тх -- соответственно горизонтальная мощность залежи и прослойка породы на горизонте х; гхв и гхл -- соответственно угол откоса рабочего борта карьера при его глубине до горизонта jc со стороны висячего и лежачего бока залежи; 18° -- значение углов гхв и гхл (эти значения могут меняться в пределах 14--20°).

Подставляя значение КТ и решая уравнение относительно Н тх, имеем:

Нт =

Пример 3. Определить конечную глубину карьера Нк при тех же условиях, что в примере 2 (по В.В. Ржевскому).

Дано: углы погашения бортов карьера лежачего и висячего боков залежи гхв и гхл = 40°; ширина дна карьера Шл = 30 м.

Решение

Конечная глубина карьера -- это такая глубина, до которой экономически выгодно продолжать открытые горные разработки при неизменном контуре карьера на поверхности, а работы развиваются вглубь путем доведения углов откоса бортов до соответствующих углов погашения (см. рис. 3).

Таким образом, конечная глубина карьера Нк является функцией от установленного положения верхних бровок и углов откосов бортов на момент погашения:

Нт=

где В -- ширина карьера поверху, м; Шд -- ширина дна карьера, м;

В = Шд+НТ *(ctg??хв+ctg??хв)=

= 30+ 67 (ctg 18°+ctg 18°) = 30+ 67*5,8 = 418 м,

где НТ =67 м -- текущая глубина карьера (см. пример 2).

Тогда

Нк =

Глубина карьера с учетом того, что разработка наносов дешевле, чем коренных или полускальных пород, будет больше.

Это можно установить путем замены мощности наносов hи эквивалентной мощностью коренных пород hэ согласно выражению:

hэ=

СН = 35 руб -- стоимость разработки 1 м3 наносов; Св =55 руб -- см. пример 2.

Полная глубина карьера определяется как сумма Нт и разность мощности наносов hн и эквивалентной мощности коренных пород hэ, т. е.

Н'т = Нт+(hн -hэ) = 67 + (20 - 12,7) = 74,3 м,

где hн = 20 м -- мощность наносов.

Тогда В = 30 + 74,3*5,8 = 460 м, а Нк=

Таким образом получается, что мы определяем не конечную глубину карьера и затем отстраиваем верхний контур карьера, а наоборот, находим границы карьера на уровне поверхности и затем, в соответствии с величиной углов откоса бортов карьера на момент погашения работ, устанавливаем конечную глубину карьера.

Пример 4.

Определить графическим методом конечную глубину карьера по контурному коэффициенту вскрыши (по В.В. Ржевскому).

Дано: М = 60 м -- мощность пласта полезного ископаемого (по горизонтали); гр.в =гр.л = 20° -- угол откоса рабочих бортов а; гн.л = 30°, гн.в = 40° -- углы откосов бортов погашения соответственно со стороны лежачего и висячего боков залежи; Кгр=13м 3/м 3--граничный коэффициент вскрыши.

Решение

1. Замеряем на предполагаемой глубине горизонтальную мощность пласта М.

2. От точки А, расположенной в произвольном месте профиля залежи, откладывают произведение М*Кгр=(60*13=780м) и определяют место положения точки В (рис. 4).

3. От точек А и В проводят прямые линии под углами гн.в = 400 гн.л = 30° до взаимного пересечения в точке О.

4. На уровне точки О замеряют горизонтальную мощность пласта M1. Если М1 ? М, то конечная глубина карьера Нк определена правильно.

Рис. 4. Схема определения конечной глубины карьера Нк через контурный коэффициент вскрыши

Если M1= М, то берется произведение М1* Кгр и откладывается от точки А и получают точку 1В.

Повторяют пункт 3 и находят глубину карьера Нк1, и далее повторяют все до тех пор, пока предыдущая глубина не будет равна последующей.

III. Выполнить расчеты по исходным данным табл. (по последней цифре)

№	Наименования данных	№ вариантов
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Глубина карьера Нк, м	80	90	100	120	140	150	170	200	220	90
2	Высота уступа Ну, м	15	20	20	15	20	20	20	20	20	15
3	Угол откоса борта рабочего уступа ар	60	75	50	45	45	40	45	60	75	75°
4	Ширина рабочей площадки Шрп, м	50	60	50	60	55	60	60	50	55	60
5	Угол откоса борта нерабочего уступа ан,	60	75	75	60	55	70	55	60	50	60°
6	Транспорт железнодорожный	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
7	На уступе нерабочего борта транспортная берма bт, м	12	12	12	12	12	12	12	12	12	12

IV. Оформить отчёт по практической работе №2 на листах формата А 4 и защитить его.

1.2 Трассирование вскрывающих горных выработок

Практическая работа № 3

Тема: Трассирование вскрывающих горных выработок

Задание: I. Выписать и изучить основные термины и понятия по теме. Контрольные вопросы:

Сущность вскрытия карьерного поля.

Понятие трассирование вскрывающих горных выработок

Классификация способов вскрытия карьерного поля.

Открытые наклонные горные выработки.

Капитальные траншеи.

Способы примыкания капитальных траншей.

Трасса траншеи или другой вскрывающей выработки - это лилия, положение которой в пространстве определяют план и профиль земляного полотна транспортного пути. Горизонтальная проекция является планом пути, а вертикальная - продольным профилем пути. Путь в плане состоит из прямолинейных и криволинейных участков, а в профиле - из горизонтальных и наклонных участков.

Трассирование вскрывающих горных выработок заключается в установлении на плане и в профиле оси транспортного пути. То есть при трассировании необходимо: определить количество трасс, форму каждой трассы и их расположение в контурах карьера, отстроить на плане и в профиле все трассы.

В настоящем задании трассирование вскрывающих горных выработок производится на плане карьера штрихпунктирной линией. При этом принимается следующая ориентация залежи полезного ископаемого относительно стран света: простирание залежи с севера на юг, падение - с востока на запад. Трассирование с поверхности и продолжается до дна карьера. Последовательность следующая:

1. Решаем вопрос о числе трасс, выходящих на поверхность, что зависит при использовании автотранспорта обычно от местоположения пунктов приема горной массы - вскрышных пород - внешних отвалов, полезного искажаемого усреднительных складов, обогатительной фабрики. При близких их расположениях в плане - до 45° (например, запад и юго-запад) принимается один транспортный выход из карьера на поверхность и, соответственно, одна трасса вскрывающих горных выработок. При противоположных или значительно отличающихся расположениях пунктов приема полезного ископаемого и вскрышных пород следует ориентироваться на два транспортных выхода. В табл. 1 приведено расположение пунктов приема горной массы на поверхности по вариантам.

2. Выбирается местоположение транспортных выходов на поверхность. Обычно трассу вводят в контур карьера с одного из его торцов в пониженных местах рельефа поверхности, что упрощает трассирование внутри карьера и сокращает объем горно-строительных работ. В данной работе, при горизонтальном рельефе поверхности, трассу следует вводить с торца карьера или, при наклонном падении полезного ископаемого, с нерабочего борта со стороны лежачего бока залежи.

3. Выбирается способ вскрытия рабочих, горизонтов карьера по признаку "положение вскрывающих выработок относительно конечного контура карьера" (см. классификацию способов вскрытия по Шешко Е.Ф.). В большинстве случаев, рабочие горизонты вскрываются внешними капитальными траншеями и внутренними траншеями или полутраншеями. В настоящей работе необходимо выбрать студенту вскрытие либо с использованием только внутренних полутраншей, либо - с внешними траншеями и внутренними полутраншеями. В последнем случае трасса будет состоять из внешнего участка (внешней траншей) и внутреннего участка (внутренние полутраншеи). При использовании автомобильного транспорта глубина заложения внешней траншеи по технико-экономическим расчетам не должна превышать 35-40 м. Таким образом, внешняя траншея отстраивается не более чем на 2-3 уступа.

4. Устанавливается форма трассы вскрывающих горных выработок в плане и её размещение в контурах карьера. Ферма трассы зависит от размеров карьерного поля, угла падения полезного ископаемого, руководящего подъёма и элементов профиля. Форма трассы может быть простой и сложной. При простой форме трассы она располагается на одном борту карьера и не меняет своего направления по всей длине. На рис. 1 представлена простая форма трассы вскрывающих горных выработок. На этом рисунке уступы показаны в изолиниях.

Простая форма трассы применяется на неглубоких карьерах и на карьерах, имеющих удлинённую форму в плане.

Трасса является сложной, если она состоит из двух или нескольких участков различного направления, соединённых между собой, или если она проходит по всем бортам карьера. При использовании автомобильного транспорта сложная трасса может быть в плане петлевой, спиральной и комбинированной. На рис. 2 представлены схемы сложных трасс.

Петлевая форма трассы применяется при разработке наклонных месторождений полезных ископаемых, а также при разработке крутопадающих залежей, имеющих вытянутую форму. Петлевая трасса располагается в основном на борту карьера со стороны лежачего бока залежи полезного ископаемого и частично на торцевых частях карьера.

Рис. 1. Простая форма трассы вскрывающих горных выработок (штрих-пунктирная линия). Цифрами обозначены отметки горизонтов.

1 - площадки примыкания; 2 - ось съездов.

Рис. 2. Сложные формы трассы вскрывающих горных выработок:

а - петлевая трасса; б - спиральная; в - комбинированная

Спиральную форму трассы устраивают при разработке крутопадающих месторождений на относительно небольших по размерам карьерных полях, имеющих в плане округлую форму. Угол падения полезного ископаемого при этом должен составлять не менее 75°.

Комбинированная трасса включает одновременно спиральные и тупиковые участки. Такая форма трассы применяется на глубоких карьерах, при специфических условиях залегания полезного ископаемого и сложном рельефе поверхности.

5. Определяются параметры трассы вскрывающих горных выработок. Уклон "прямого" съезда принимается 70о/оо , уклон съезда с поворотом - на 20% меньше.

Длина одного "прямого" съезда равна

lc =, м (3)

где Ну - высота нерабочего уступа, м;

I - уклон съезда, о/оо.

Длина одного съезда с поворотом (криволинейного съезда) определяется по формуле

lcп =, м (4)

После каждого съезда устраивается горизонтальная площадка примыкания. Длина площадки примыкания для прямых участков трассы 25-30 м, для криволинейных участков 30-40 м.

6. Начиная с верхнего горизонта с верхней его бровки при вскрытии внутренними траншеями или с горизонта, на который выходит внешняя капитальная траншея, по откосу уступа проводится штрихпунктирной линией ось съезда известной длины до нижней бровки уступа. Затем на предохранительной берме откладываются площадки примыкания и по откосу нижележащего уступа проводится штрихпунктирной линией ось следующего съезда. Пересечения оси съезда с верхней и нижней бровками уступа фиксируется точкой или черточкой. Таким образом, при спиральной форме строится трасса вскрывающих горных выработок.

При петлевой форме трассы все построения выполняются аналогично, как при спиральной форме трассы, но на одном борту, и при подходке торцевой части карьера изменяется направление движения автотранспорта. Делается поворот на горизонтальной площадке, и ось следующего съезда проводится в противоположном направлении. Вторая трасса (при её наличии) проводится аналогичным способом. При этом необходимо стремиться как можно раньше (на верхних горизонтах) объединить обе трассы в одну.

7. Построенная трасса (трассы) вскрывающих горных выработок анализируется с целью её улучшения. Критериями улучшения трассы являются сокращение до минимума расстояния транспортирования и минимизация объемов вскрышных работ по разносу бортов карьера. Это достигается за счёт уменьшения числа поворотов трассы, максимального использования пространства борта карьера и его торцевых частей для расположения съездов (при петлевой форме трассы), объединения двух трасс в одну на верхних горизонтах без устройства петлевого разворота.

III. Выполнить расчеты по исходным данным табл. (по последней цифре)

Таблица 1

Расположение пунктов приёма горной массы на поверхности и годовая производительность карьера по полезному ископаемому

Вариант	Расположение пунктов приема горной массы на поверхности	Годовая производительность карьера по полезному ископаемому, тыс.т/год	Плотности полезного ископаемого, т/м3
	Полезного ископаемого	Вскрышных пород
1	Запад	Юго-Восток	2000	3,3
2	Северо-Запад	Юг	1800	2,65
3	Север	Северо-Запад	1600	2,7
4	Юго-Запад	Запад	1500	2,55
5	Юго-Восток	Восток	1600	2,35
6	Восток	Север	1500	1,25
7	Северо-Восток	Восток	1000	2,5
8	Юг	Запад	2300	3,2
9	Юго-Восток	Запад	1500	1,45
10	Юго-Запад	Восток	1600	3,2
11	Юго-Запад	Юго-Восток	1800	2,6
12	Юг	Юго-Запад	1400	2,6
13	Юг	Юго-Восток	1900	2,4
14	Северо-Запад	Запад	1800	2,35
15	Восток	Юго-Восток	4000	3,05
16	Северо-Запад	Северо-Восток	1800	2,75
17	Юго-Восток	Восток	2000	2,5
18	Север	Юг	1700	4,1
19	Запад	Запад	1500	1,2
20	Восток	Восток	1400	2,2
21	Юго-Запад	Юго-Восток	1900	1,4
22	Восток	Юго-Запад	2100	3,0
23	Юго-Восток	Юго-Запад	1800	2,55
24	Север	Запад	1900	1,4
25	Юг	Восток	2000	2,45
26	Юго-Восток	Северо-Запад	2200	2,6
27	Восток	Северо-Запад	2100	2,55

IV. Оформить отчёт по практической работе №3 на листах формата А 4 и защитить его.

1.3 Построение схемы вскрытия горизонтов карьера

Практическая работа № 4

Тема: Построение схемы вскрытия горизонтов карьера

Задание: I. Выписать и изучить основные термины и понятия по теме. Контрольные вопросы:

Открытые наклонные горные выработки.

Разрезные траншеи.

Горизонтальные открытые горные выработки.

Системы капитальных траншей.

Способы примыкания капитальных траншей.

Вскрытие системой отдельных капитальных траншей внешнего заложения.

Выбор способа вскрытия карьерного поля.

Схема вскрытия характеризуется видом, числом и пространственным положением вскрывающих горных выработок. Построение схемы вскрытия производится на плане карьера в соответствии с принятым трассированием вскрывающих горных выработок. Построение схемы вскрытия производится на плане карьера в соответствии с принятым трассированием вскрывающих горных выработок. Расчет и построение схемы вскрытия начинается со дна карьера до земной поверхности (снизу вверх) в следующей последовательности:

1. Определяется ширина съездов, площадок примыкания и, если они имеются, транспортных площадок на уступах. Принимается, что ширина съезда равна ширине транспортной площадки на уступе. Число полос движения на съезде - 2. Ширина съезда определяется по формуле (рис. 1):

Рис. 1. Схема к расчету ширины автомобильного съезда

Шс=Вп+0,6Шв + Тп + С2, м

где Вп - ширина полосы безопасности (призма возможного обрушения), м; Шв - ширина основания предохранительного породного вала, м; Тп - ширина проезжей части автодороги с обочинами, м;

C2 - расстояние от нижней бровки уступа до обочины автодороги, С2 =2,5 м.

Bп = Ну (ctgву - ctgв), м.

где Ну - высота нерабочего уступа, м;

в - угол откоса нерабочего уступа, градус;

ву- устойчивый угол откоса нерабочего уступа, градус.

Устойчивый угол откоса нерабочего уступа зависит от физико-механических свойств горных пород и принимается: для пород I-П категорий по трудности экскавации (мягкие и сыпучие породы) 35-40°, для пород III-IV категории по трудности экскавации (скальные и полускальные породы) 45-60°.

Ширина основания предохранительного породного вала определяется его высотой и углом естественного откоса пород. Угол естественного откоса пород принимается равным 33о. Высота породного вала должна составлять в соответствии с Едиными правилами безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых отрытым способом (ЕПБ) не менее половины диаметра колеса автосамосвала и принимается равной 1 м (БелАЗ-7519 грузоподъемностью 110 т). Тогда ширина основания предохранительного породного вала составит 3,1 м.

По ЕПБ вертикальная ось, проведенная через вершину предохранительного породного вала, должна располагаться вне призмы возможного обрушения. Поэтому в формуле (5) перед шириной основания предохранительного вала стоит коэффициент 0,6 (рис. 2).

Рис. 2. Схемы петлевого соединения трасс вскрывающих горных выработок

Для определения ширины проезжей части автодорог в карьере принимается, что эти автодороги относятся к дорогам, в соответствии с Правилами технической эксплуатации технологического автотранспорта при разработке угольных месторождений открытым способом (ПТЭ), категории II-к (грузонапряженность перевозок от 5 до 15 млн.т в год). Во всех вариантах принимается, что при разработке вскрышных пород и добыче полезного ископаемого используются экскаваторно-автомобильные комплексы с экскаваторами ЭКГ-15 и автосамосвалами БелАЗ 7519 (110 т). При использовании автосамосвалов грузоподъемностью 110 т, согласно ПТЭ, ширина проезжей части автодороги равна 18 м. Ширина одной обочины 1,5 м. Тогда величина Тп=21 м.

2. Определяются параметры площадок разворота (петель) автосамосвалов. Возможны два варианта схем петлевого соединения трасс вскрывающих горных выработок (рис. 3). Первый вариант схемы (рис. 3-7,а) применяется, как правило, при ведении горных работ на косогоре или при разработке слабонаклонных месторождений. Площадка разворота устраивается на площадке, создаваемой в выемке, или на площадке, создаваемой на насыпи, или на площадке, расположенной одновременно в полувыемке и на насыпи. Во втором варианте схемы (рис. 3, б) длина петли минимальная. Конструкция схемы более простая. Поэтому в дальнейших построениях схем вскрытия рабочих горизонтов карьера будет использоваться вторая схема петлевого соединения трасс.

Рис. 3. Съезды с вышележащего горизонта на дно карьера:

а - прямой съезд; б - съезд с поворотом (криволинейный съезд)

Основными параметрами площадки разворота автосамосвалов являются радиус петли- R и радиус криволинейной вставки- R (см. рис. 3-7,б). Согласно ЕПБ на внутрикарьерных дорогах величину радиусов кривых в плане допускается принимать в размере не менее двух конструктивных радиусов разворота автосамосвалов по переднему наружному колесу. Наименьший радиус поворота у автосамосвалов грузоподъемностью 110 составляет 12 м. Тогда, с учетом призмы возможного обрушения и предохранительного породного вала с одной стороны и расстояния от нижней бровки уступа до дороги с противоположной стороны, принимается радиус разворотной площадки (R) 30 м. Радиус криволинейной вставки (Ri) равен радиусу петли-30 м.

3. От первого съезда на площадке уступа откладывается длина площадь примыкания и строится второй съезд (отсчёт снизу). При значительной длине дна карьера, петлевой форме трассы и, независимо от длины дна карьера, при спиральной форме трассы второй съезд строится в том же направлении, что и первый.

В результате автосамосвалы не меняют направление движения при переезде с уступа на уступ (рис. 4, а).

При относительно небольшой длине дна карьера и при петлевой форме трассы перед построением второго съезда строится площадка разворота (петля), этом случае автосамосвалы при переезде с уступа на уступ меняют направление своего движения на 180° (рис. 4, б).

Рис. 3. Схемы взаимного расположения съездов:

а - расположение съездов в одном направлении; б - в разных направлениях

4. Последующие съезды необходимо строить аналогично второму съезду, используя всё пространство карьера при спиральной форме трассы и торцы и бор карьера со стороны лежачего бока залежи полезного ископаемого - при петлевой форме трассы.

5. Для вскрытия 1-2-х верхних горизонтов могут отстраиваться капитальные траншеи внешнего заложения.

6. При построении схемы вскрытия рабочих горизонтов борт (борта карьера), определённый по условию устойчивости, выполаживается. Для уменьшения выполаживания борта карьера и сокращения, соответственно, объёмов работ по разноске борта в зоне расположения съездов и поворотных площадок ширина предохранительной бермы уменьшается. При этом фактический (после построения схемы вскрытия) угол откоса нерабочего борта карьера должен быть равен или меньше угла откоса нерабочего борта по условиям устойчивости.

7. На плане карьера в центральной его части перпендикулярно длинной оси его проводится прямая линия, которая обозначает местоположение поперечного сечения карьера. Точка (точки) пересечения бровки верхнего уступа карьера с линией поперечного сечения переносится на поперечное сечение карьера, на земную поверхность. Полученная точка (точки) соединяется с точкой пересечения дна карьера и откоса уступа, образуя фактический угол откоса нерабочего борта карьера. Затем отстраивается на поперечном сечении фактический нерабочий борт карьера.

8 Построенный план карьера со схемой вскрытия обводится толстыми линиями, и наносятся берг-штрихи.

9. Вычисляется коэффициент удлинения (или развития) трассы по формуле

Ку = ?1,

где Lд - действительная длина трассы, м;

Lт - теоретическая длина трассы, м.

Теоретическая длина трассы равна:

Lт =

где Но - отметка земной поверхности, м;

Нк - отметка дна карьера, м;

J - угол наклона трассы к горизонту, градус;

Н - глубина карьера, м;

ip - руководящий подъём (уклон) трассы, о/оо.

Действительная длина трассы равна сумме её теоретической длины, удлинений от смягчения подъёма на криволинейных участках и сумме длин площадок примыкании. Действительная длина трассы вычисляется или определяется с использованием курвиметра.

III. Выполнить расчеты по исходным данным табл. (по последней цифре)

Таблица 1

Расположение пунктов приёма горной массы на поверхности и годовая производительность карьера по полезному ископаемому

Вариант	Расположение пунктов приема горной массы на поверхности	Годовая производительность карьера по полезному ископаемому, тыс.т/год	Плотности полезного ископаемого, т/м3
	Полезного ископаемого	Вскрышных пород
1	Запад	Юго-Восток	2000	3,3
2	Северо-Запад	Юг	1800	2,65
3	Север	Северо-Запад	1600	2,7
4	Юго-Запад	Запад	1500	2,55
5	Юго-Восток	Восток	1600	2,35
6	Восток	Север	1500	1,25
7	Северо-Восток	Восток	1000	2,5
8	Юг	Запад	2300	3,2
9	Юго-Восток	Запад	1500	1,45
10	Юго-Запад	Восток	1600	3,2
11	Юго-Запад	Юго-Восток	1800	2,6
12	Юг	Юго-Запад	1400	2,6
13	Юг	Юго-Восток	1900	2,4
14	Северо-Запад	Запад	1800	2,35
15	Восток	Юго-Восток	4000	3,05
16	Северо-Запад	Северо-Восток	1800	2,75
17	Юго-Восток	Восток	2000	2,5
18	Север	Юг	1700	4,1
19	Запад	Запад	1500	1,2
20	Восток	Восток	1400	2,2
21	Юго-Запад	Юго-Восток	1900	1,4
22	Восток	Юго-Запад	2100	3,0
23	Юго-Восток	Юго-Запад	1800	2,55
24	Север	Запад	1900	1,4
25	Юг	Восток	2000	2,45
26	Юго-Восток	Северо-Запад	2200	2,6
27	Восток	Северо-Запад	2100	2,55

Оформить отчёт по практической работе № 4 на листах формата А 4 и защитить его.

1.4 Изображение забоев экскаваторов и построение на плане схемы вскрытия рабочих горизонтов

Практическая работа № 5

Тема: Изображение забоев экскаваторов и построение на плане схемы вскрытия рабочих горизонтов

В результате выемки из забоев экскаваторами горных пород и погрузки их в автосамосвалы образуются грузопотоки, которые направляются по вскрывающим горным выработкам на отвалы вскрышных пород и пункты разгрузки полезного ископаемого. Число забоев экскаваторов на текущем положении горных работ, а следовательно, количество экскаваторов в работе зависит от объемов разрабатываемых горных пород и производительности экскаватора и определяются следующим образом:

1. Вычисляется текущий коэффициент вскрыши. Текущий коэффициент вскрыши рассчитывается при углублении горных работ на один горизонт (одиночный уступ). Схема к расчету текущего коэффициента вскрыши представлена на рис. 1.

1.1. На поперечном сечении текущего положения горных работ (задание 5) от нижней бровки разрезной траншеи, примыкающей к висячему боку полезного ископаемого, до точки выхода текущего контура на поверхность или на нерабочий борт проводится прямая линия, обозначающая угол откоса рабочего борта карьера. На рис. 1 точки, соединённые прямой линией, обозначены цифрами 1 и 2, а угол откоса рабочего борта - .

Рис. 1. Схема к расчету текущего коэффициента вскрыши

1.2. От точки пересечения подошвы отрабатываемого в текущей период времени горизонта полезного ископаемого с его лежачим боком (на рис. 1 эта точка обозначена цифрой 3) проводится прямая линия под углом q> до пересечения с земной поверхностью или с нерабочим бортом карьера.

1.4. От точек пересечения висячего и лежачего боков залежи полезного ископаемого с верхней площадкой отрабатываемого слоя полезного ископаемого (точки 4 и 5) проводятся прямые линии под углом .

1.5. Вычисляются площади образовавшихся трёх плоских фигур - Sвв, Sвл, Sn.и. (рис. 1). Фигура, обозначенная Sn.и, имеет форму параллелограмма, остальные фигуры имеют форму трапеции или четырёхугольника.

1.6. Измеряется на плане средняя длина вскрышных уступов со стороны висячего или лежачего боков залежи полезного ископаемого.

1.7. Вычисляется текущий коэффициент вскрыши.

Кт = , м3/м3, (1)

где Vв.т - объем вскрышных пород, разрабатываемый в текущий период времени, м3;

Vп.и.т - объем полезного ископаемого, добываемый в текущий период времени, м3;

Sвв, Sвл - площади разноса бортов соответственно со стороны висячего и лежачего

боков залежи полезного ископаемого в текущий период времени, м2;

Sп.и - площадь полезного ископаемого, добываемого в текущий период времени, м2;

lв - средняя длина вскрышного уступа на бортах карьера, м;

lр.т -длина разрезной траншеи, м.

Площади Sвв, Sвл, Sn.и определяются аналитически или путем измерения на поперечном сечении.

2. Определяется годовой объем вскрышных пород, разрабатываемых на текущем положении горных работ по формуле:

Vв.т. = ,м3, (2)

где Пп.и - годовая производительность карьера по полезному ископаемому, т (табл. 1);

п.и - плотность полезного ископаемого, т/м3 (табл. 1).

3. Рассчитывается годовая производительность одного экскаватора по известным формулам. При этом принимается следующий режим работы экскаватора: 2 см. по 8 часов каждая.

4. Определяется число рабочих экскаваторов (забоев экскаваторов) на добычных и вскрышных работах по формулам:

Nэ.д. = ,шт, (3)

Nэ.в. = ,шт, (4)

где Nэ.д, Nэ.в. - число рабочих экскаваторов (забоев экскаваторов) соответственно на добыче и на вскрышных работах, шт.;

Qэ - годовая производительность одного экскаватора, м3;

Vв.т - годовой объем вскрышных работ на текущем положении горных работ, м3;

Полученные значения количества экскаваторов округляются в большую сторону до целого числа.

Параметры забоев экскаваторов следующие: ширина развала взорванных пород равна двум радиусам черпания экскаватора на горизонте его установки и развал взорванных пород отрабатывается за один проход экскаватора. Длина взорванного блока для каждого экскаватора определяется из условия обеспечения экскаватора запасами взорванных горных пород на 10-30 суток.

Далее на плане карьера в толстых линиях изображаются забои экскаваторов. При значительном числе забоев они располагаются на всех рабочих бортах и на каждом уступе в различных частях фронта работ. При числе забоев меньше, чем количество рабочих горизонтов, забои экскаваторов размещаются преимущественно на борту карьера со стороны висячего бока залежи полезного ископаемого в различных частях по фронту работ.

Схема вскрытия рабочих горизонтов действующего карьера строится в зависимости от того, вышел ли текущий контур карьера на конечный или нет. Если текущий контур карьера не вышел на конечный, то вскрывающие горные выработки представлены только временными съездами. Их количество должно быть больше, чем число рабочих горизонтов. Временные съезды стремятся располагать в любой части фронта работ уступа таким образом, чтобы обеспечивалось минимальное расстояние транспортирования горных пород от каждого забоя экскаватора. При этом транспортные выходы (выход) на поверхность должны соответствовать расположению пунктов приема вскрышных пород и полезного ископаемого на поверхности (табл. 1).

При выходе текущего контура карьера на конечный (одним бортом или двумя) вскрывающие горные выработки представлены временными съездами, расположенными на рабочих горизонтах, и системой постоянных полутраншей и траншей на конечном контуре. Временные съезды располагают в любой части фронта работ уступа. Местоположение их выбирается так, чтобы обеспечивалось минимальное расстояние транспортирования горных пород от забоев экскаваторов до постоянных вскрывающих выработок.

В процессе построения схемы вскрытия рабочих горизонтов действующего карьера возможна некоторая корректировка плана карьера и принятого вскрытия на момент окончания горных работ. В качестве примера на рис. 2 показан план действующего карьера.

Рис. 2. План действующего карьера



2. Определение параметров основных технологических процессов

Практическая работа № 6

Тема: Определение параметров основных технологических процессов

Задание: I. Выписать и изучить основные термины и понятия по теме. Контрольные вопросы:

Основные производственные процессы.

Вспомогательные процессы.

Периоды и производственные процессы открытых горных работ.

Показатели трудности осуществления основных производственных процессов.

Способы подготовки горных пород к выемке.

Системы открытой разработки месторождений.

Элементы системы разработки.

Рабочая площадка уступов.

Преимущества и недостатки открытых горных работ.

Способы производства открытых горных работ по виду применяемого оборудования.

Пример. Рассчитать параметры основных технологических процессов.

Дано:

мощность залежи -- 12 м;

мощность вскрышных пород -- 32 м;

расстояние транспортирования (табл. 1)

характеристика горных пород (табл. 2);

Сменная производительность грузопотоков:

полезного ископаемого -- 2000 м3/смену;

вскрышных пород во внутренний отвал --1500 м3/смену;

перевалки вскрышных пород--1800 м3/смену

Оборудование:

на полезном ископаемом -- ЭКГ-8И, БелАЗ;

на вскрышных породах -- ЭКГ-5, БезАЗ-75091;

на перевалке вскрышных пород -- ЭШ-20/90.

Таблица 1

Характеристика горных пород

Показатель	Полезное ископаемое	Вскрышные породы
сж, МПа	240	100
сдв, МПа	50	20
раст, МПа	20	10
, Н/дмЗ	14	18
Ктр	0,8	1,0
Угол откоса, градусы: уступа отвала	65-	55 36

Таблица 2

Расстояние транспортирования, км

Дороги	Полезное ископаемое	Вскрышные породы
В наклонных выработках, 1--80 %о Постоянные Временные	0,6 2,0 1,5	- 0,5 1,5

Решение

I. Выбор и расчет параметров технологической схемы.

1.1. При разработке горизонтальных месторождений наиболее эффективной является технологическая схема с перевалкой вскрыши во внутренние отвалы. Вскрышные породы с верхних уступов могут перевозиться во внутренние отвалы транспортом. При расчете технологической схемы определяются: высота уступа при перевалке вскрыши в отвал, количество и высота вскрышных уступов, отрабатываемых с перевозкой вскрыши.

1.2. Общий показатель трудности разрушения породы:

Пр = 0,05*Ктр*(сж + сдв +раст,) + у],

где Ктр -- коэффициент, учитывающий трещиноватость пород;

сж, сдв, раст, -- пределы прочности пород на сжатие, сдвиг и растяжение, МПа;

-- плотность породы, Н/дм3.

Вскрышные породы:

Пр= 0,05 [1 (10 + 2 + 1) + 18] = 1,6;

полезное ископаемое:

Пр= 0,05 [0,8 (24 + 5 + 20) + 14] = 1,9 .

Таким образом, вскрышные породы и полезное ископаемое относятся к I классу, 2-й категории по трудности разрушения. Эти породы могут разрабатываться одноковшовыми экскаваторами без их предварительной подготовки к выемке.

1.3. Высота уступа драглайна при перевалке вскрыши в выработанное пространство.

Для разработки наибольшей высоты уступа установку драглайна производим на подуступе (рис. 1).

Высота верхнего подуступа:

Нвв = (0,5 0,7)*Нр, м,

где Нр -- высота разгрузки драглайна (Нр = 37 м), м;

Нвв = 0,5*37= 18,5 м.

Возможная высота вскрышного уступа (фор-ла [3, с.149]):

Hв =

Hв =

Рис. 1. Схема перевалки вскрыши шагающим экскаватором ЭШ-20/90

где Rp = 81 м радиус разгрузки драглайна; Сх -- ширина хода драглайна (Сх = 20 м); а -- берма между вскрышным и добычным уступом, м; h -- мощность пласта полезного ископаемого, м; ау, у -- угол откоса добычного и вскрышного уступов, градусы; Б--свободная полоса по почве пласта, м; А -- ширина заход-ки драглайна (А = 42 м); Кр--коэффициент разрыхления вскрышных пород в отвале; -- угол откоса пород в отвале, градусы.

1.4. Высота и количество вскрышных уступов при перевозке вскрыши в выработанное пространство.

Мощность вскрыши, отрабатываемая при перевозке во внутренние отвалы:

Нв 1 =32 - 23,6 = 8,4 м.

Экскаватор ЭКГ-5А может разрабатывать уступ высотой 8,4 м, поэтому принимаем один уступ (рис. 2).

II. Выемочно-погрузочные работы.

II. 1. Относительный показатель трудности экскавации породы:

Пэ = 3*(0,3*сж + сдв +раст,) +0,03 у,

где -- коэффициент структурного ослабления массива.

Вскрышные породы:

Пэ' = 3*0,98*(0,2*10 + 2 + 1) + 0,03*18 = 15;

полезное ископаемое:

Пэ'= 3 *0,3*(0,2*24 + 5 + 2) + 0,03*14=12.

Рис. 2. Паспорт забоя экскаватора ЭКГ-5А на вскрышном уступе

Таким образом, как вскрышные породы, так и полезное ископаемое относятся к V классу горных пород в массиве по экскавируемости.

II.2. Выемочно-погрузочные работы при погрузке вскрыши в средства автомобильного транспорта.

А. Основные технологические параметры экскаватора ЭКГ-5А:

вместимость ковша -- Е = 5 м3;

радиус черпания на уровне стояния -- Rч. у = 8,8 м;

максимальный радиус разгрузки -- Rр. тах = 13,6 м;

максимальный радиус черпания -- Rч. mах = 15,5 м;

максимальная высота черпания -- Нч. mах = 11 м;

максимальная высота разгрузки -- Нр. mах = 7,5 с;

продолжительность цикла -- Tц = 25 с.

Б. Высота уступа:

Ну Нч. mах; Ну 11 м.

Принимается высота уступа Ну = 8,4 м, соответствующую мощности вскрыши, отрабатываемой при ее перевозке в отвал.

В. Ширина заходки экскаватора.

Разгрузка горных пород производится в автомашины, поэтому принимаем выемку узкими заходками:

А = (0,71) Rчу = 0,8*8,8 = 7 м.

Г. Эффективная производительность экскаватора ЭКГ-5А:

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

Д. Сменная эксплуатационная производительность экскаватора ЭКГ-5А:

Qэ.с = Qэф*Тс*Ккл*Кир, м3/смену



где Ккл -- коэффициент влияния климатических условий; Кир -- коэффициент использования экскаватора на основной работе, который равен

Кир =

где Тс -- продолжительность смены (Тс = 420 мин); Тпз -- продолжительность подготовительно-заключительных операций (Тпз = 25 мин); Тол -- время на отдых и личные надобности (Тол = 10 мин); Твсп -- время выполнения вспомогательных операций (Твсп = 25 мин); Тв -- часть простоев при ведении работ (Тв = 0 мин); Ктр--коэффициент, учитывающий влияние транспорта. Его находят по формуле:

Ктр =

где Vс -- вместимость транспортного сосуда (Vс = 21,7 м3); Kнер -- коэффициент неравномерности (Kнер = 0,9); t0 -- время обмена транспортных средств (t0 = 0,4 мин).

Ктр =

Кир =

Qз.с = 1625 м3/см.

Е. Количество работающих экскаваторов ЭКГ-5А:

N= Qcм / Qз.с = 1500/1625 =0,9.

где Qcм -- объем вскрышных пород, экскавируемый с верхнего вскрышного уступа, м3/см;

Принимается один экскаватор ЭКГ-5А.

II.З. Выемочные работы при перевалке вскрыши в выработанное пространство драглайном.

А. Основные технологические па...