Процессы открытых горных работ, выемочно-погрузочные, взрывные работы

Введение

Успешное развитие горнодобывающей промышленности в России предопределяется высокой эффективностью открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых [1].
Открытыми работами в нашей стране добывают около трех четвертей всех руд, в том числе 86% железной руды. Широкое распространение и непрерывное расширение области их применения объясняются целым рядом достоинств, присущих открытому способу разработки по сравнению с подземным. [2]
Достоинства открытых работ: большая безопасность и лучшие санитарно – гигиенические условия труда; широкое применение высокопроизводительных машин и механизмов вследствие этого более высокая производительность труда, что обеспечивает меньшие затраты на добычу полезного ископаемого; меньшие потери руды и большие возможности селективной выемки; более простую организацию работ.
Недостатки открытых работ: некоторая зависимость от климатических условий; значительные капитальные затраты в случае необходимости предварительного удаления большого объема покрывающих пород; большие расходы на восстановление поверхности после окончания разработки.
В состав технологической схемы открытой разработки месторождений полезных ископаемых входят следующие технологические процессы:
1) основные:
подготовка горных пород к выемке;
выемка и погрузка горных пород в средства транспорта;
- транспортирование пород вскрыши и полезного
ископаемого к месту складирования;
- отвалообразование;
2) процессы вспомогательного назначения.
Для снижения отрицательного воздействия открытых горных работ на окружающую природную среду неотъемлемой частью технологической схе¬мы разработки месторождения являются работы по восстановлению нару¬шенных земель.
Основным направлением в техническом перевооружении ОГР за рубе-жом в последнее десятилетие является широкое внедрение высокопроизво-дительного оборудования: буровых станков с диаметром долота до 450 мм, карьерных экскаваторов с ковшом вместимостью до 26 м3, автосамосвалов грузоподъемностью до 310 т, различного вспомогательного оборудования, повышающего возможности основного и высвобождающего определенное число рабочих [1].
Повышение технического уровня карьеров идёт благодаря внедрению высокопро¬изводительной циклично-поточной (ЦПТ) технологии, в частности, на разра¬ботке месторождений скального и полускального типа. Опыт применения ЦПТ показал, что своевременное внедрение ее на глубоких карьерах позволяет сократить затраты на транспортирование гор¬ной массы на 15-20 %, повысить производительность труда, снизить объем горно-капитальных работ и количество вредных выбросов в атмосферу.
Бурное развитие горных работ стало возможным благодаря достижени-ям горной науки и техники, в основу которых положены труды академиков Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, профессоров Е.Ф. Шешко, А.И. Арсентье¬ва, Ю.И. Анистратова, B.C. Хохрякова, П.И. Томакова, А.В. Рашкина и др.
Основная цель – приобретение навыков использования теоретических знаний при решении конкретных инженерных задач, а также закрепление и углубление знаний, полученных в период прохождения практики на горнодобывающем предприятии и при изучении специальной дисциплины «Процессы ОГР».
Для достижения цели в курсовом проекте решен ряд задач по опреде-лению режима работы предприятия, коэффициента вскрыши, производствен-ной мощности карьера по вскрыше, производительности горных и транс-портных машин – буровых станков, экскаваторов, бульдозеров и автосамо-свалов.
Расчеты основных и вспомогательных технологических процессов ОГР в проекте выполнены в соответствии с заданием на курсовое проектирование, утвержденным руководителем.
Технологический комплекс открытых горных работ сформирован с учетом параметров месторождения, физико-механических свойств горных пород и полезного ископаемого и включает высокоэффективные энерго- и ресурсосберегающие технологии ведения открытых работ на карьере, а также высокопроизводительное буровое, выемочно-погрузочное, транспортное и вспомогательное горное оборудование.
В состав курсового проекта входит:
пояснительная записка объемом 35…40 с. машинописного текста через 1 интервал, включающая введение, расчеты основных технологических процессов ОГР (подготовка горных пород и ПИ к разработке, выемка и погрузка вскрышных пород и ПИ, транспортирование горной массы, отвалообразование и восста¬новление нарушенных земель), заключение и библио¬графический список; графическая часть, выполненная на двух листах формата А-1.

1. Геологическая и горнотехническая характеристика
месторождения


Месторождение покрыто наносами мощностью НВ=24 м. Вмещающие породы представлены крепкими песчаниками, доломитами и алевролитами.
Месторождение осадочное, поверхностного типа. Мощность полезного ископаемого Нпи=12 м., способ залегания горизонтальный. Качество полезного ископаемого в залежи распределено равномерно. (рис. 1.1).








Рис. 1.1. Параметры и геологическое строение месторождения:
НК – глубина карьера, м; НВ – мощность покрывающих пород, м; НПИ – мощность пласта полезного ископаемого, м; Д – длина карьера по поверхности земли, м; ДД – длина карьера по дну, м; γн – угол нерабочего борта карьера, град; γр – угол рабочего борта карьера, град

Формирование водопритоков в карьер будет осуществляться преимущественно за счет нормального притока дождевых, талых и ливневых вод.
Крепость наносов и вмещающих пород по шкале М.М. Протодьяконова f = 12 с плотностью γр - 2 т/м3, крепость полезного ископаемого f =1.7 с плотность γпи – 1,4 т/м3.
По условию производственная мощность карьера по полезному ископаемому составляет Ар = 1.2 млн.т/год. Размеры карьера по верху - 1500700 м., глубина карьера Нк= 36 м. Расстояние транспортирования угля и пород Lф =1900 м.
2. Организация, режим работы и
производственная мощность карьера

В соответствии с нормами технологического проектирования для дан¬ных условий принимается круглогодичный режим работы карьера. Количе¬ство рабочих дней в году равно 365. Суточный режим работ – трех¬сменный, продолжительность рабочей смены – 8 ч. Фактическое время работы единицы выемочно-погрузочного и транспортного оборудования в течение одного года Траб = 260 дней / год. Фактическое число рабочих смен в году – 780 смен / год. Количество дней работы бурового оборудования – 252 дня / год, при одной восьмичасовой рабочей смене в сутки.
Показатель трудности разрушения полезного ископаемого (Прпи) опре-деляется по формуле [2,3]

Прпи = 0,05 [Ктр (сж+ сдв+ р) + пи х g], (2.1)

где Ктр – коэффициент, учитывающий трещиноватость угля, Ктр = 0,85;
сж, сдв, р – пределы прочности бурого угля соответственно на сжа¬тие, сдвиг и растяжение, сж = 17 МПа, сдв = 2,1 МПа, р = 1,7 МПа;
пи – плотность угля, пи = 1,4 т / м3;
g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м / с2;
Прпи = 0,05[0,85(17 + 2,1 + 1,7) + 1,4 х 9,8] = 1,57.
По показателю трудности разрушения, согласно классификации акад. В.В. Ржевского, бурый уголь относится к I классу, 2 категории.
Учитывая крепость угля (f = 1,7), а также показатель трудности разрушения, класс и категорию, его добычу предусматривается производить без предвари¬тельного разупрочнения, т.е. непосредственно из массива экскаватором прямая лопата с погрузкой в автомобильный транспорт и дальнейшей транспортировкой на угольный склад для усреднения.
Показатель трудности разрушения вскрышных пород (Прв) определяет¬ся по формуле (2.1), при этом значения плотности и пределы прочности вме-щающих пород на сжатие, сдвиг и растяжение принимаются равными соот-ветственно в = 2,0 т / м3; сж = 120 МПа; сдв = 45 МПа; р = 12 МПа.
Ко¬эффициент трещиноватости Ктр = 0,85.
Тогда Прв = 0,05[0,85(120 + 45 +12) + 2 х 9,8] = 8,5
Породы вскрыши в соответствии с классификацией акад. В.В. Ржевского по показателю трудности разрушения относятся ко 2 классу и 9 категории, т.е. требуют предварительного разрушения взрывом.
Вскрышные работы производятся по транспортной схеме с применени¬ем экскаваторов прямая лопата, погрузкой пород вскрыши в автомобильный транспорт и дальнейшим транспортированием их во внутренние бульдозер¬ные отвалы. Для подготовки вскрышных пород к разработке применяется бу-ровзрывной способ их рыхления.
Физико-механические свойства горных пород и полезного ископаемого позволяют установить значения устойчивых углов:
откосы вскрышных рабочих и нерабочих уступов αв = 70 °;
откосы добычных рабочих и нерабочих уступов αд = 70 °;
откосы отвалов вскрышных пород αо = 45 °;
углы погашения (нерабочих) бортов карьера γн = 45 °;
угол рабочего борта карьера (по заданию) γр = 28.. .30 °.
Объем горной массы в конечных контурах карьера (Vгм, м3) определя¬ется по формуле

V_гм=Д_д×Ш_д×H+(Д_д+Ш_д)×H^2×ctgγ_н+π/3×H^3×〖ctg〗^2 γ_н, (2.2)
где γ_н – угол нерабочего борта карьера, град.;
Н – конечная глубина карьера, Н = Нв + Нпи = 24 + 12 = 36 (м);
Дд – длина карьера по дну, Дд = Д – 2 х Н х ctgγн,
где Д – длина карьера по поверхности земли, м;
Дд = 1 500 –2х36 x1 = 1 428 (м);
Шд – ширина карьера по дну, Шд = Ш – 2 х Н х ctgγн.
Шд = 700 – 2 х 36 х 1 = 628 (м).
Vгм = 1 428 х 628 х 36 + (1 428 + 628) х 362 х 1 + (3,14/3) х 363 х 12 = 35 000 000 (м3).
Объем бурого угля в конечных контурах карьера (Vnu, м3) определяется по формуле

V_пи=Д_д×Ш_д×H_пи+(Д_д+Ш_д )×H_пи^2×ctgγ_н+π/3×H_пи^3×〖ctg〗^2 γ_н, (2.3)

где Нпи – мощность угольного пласта, м.
Vnu = 1 428 х 628 х 12 + (1 428 + 628) х 122 х 1 + (3,14 / 3) х 123 х 12 =11 060 000 (м3).
Или V1nu = Vnu х ynu = 11 060 000 х 1,4 = 15 480 000 (т).
Объем вскрышных пород в конечных контурах карьера (Vв, м3) опреде-ляется по формуле

〖 V〗_в=V_гм-V_пи. (2.4)

Тогда Ve = 35 000 000– 11 060 000 = 23 940 000 (м3).
Средний коэффициент вскрыши (Кв, м3/ т) определяется по формуле [3]

K_В=V_В⁄(V_ПИ^1 ). (2.5)

Кв = 23 940 000/ 15 480 000 = 1,54 (м3 / т).
Производственная мощность карьера по вскрыше (Qв, тыс. м3 / год) оп-ределяется по формуле

〖 Q〗_в=А_пи×K_в, (2.6)

где Апи – заданная годовая производственная мощность карьера по полезному иско¬паемому, млн. т / год.
Тогда Qв = 1 200 000 х 1,54 = 1 848 000 (м3 / год).
Годовая производственная мощность угольного разреза по горной массе (Qгм, тыс. м3 / год) определяется по формуле

〖 Q〗_гм=А_пи^1+Q_в, (2.7)

где A1пи – годовая производственная мощность карьера по полезному иско-паемому, A1пи = Апи / упи = 1 200 000 /1,4 = 857 000 (м3 / год).
Тогда Qгм = 857 000 + 1 848 000 = 2 705 000 (м3 / год).
Время отработки месторождения (t, лет)
t=V_гм⁄Q_гм . (2.8)

t = 35 000 000 / 2 705 000= 13 (лет).
Срок существования карьера (Тк, лет) с учетом времени на рекультивацию составит

T_к=t+t_рек, (2.9)

где tрек – время, предусмотренное рабочим проектом на проведение рекультивации нарушенных земель, tрек = 1 год.
Тк = 13 + 1 = 14 (лет).