Методические указания к расчету главных параметров карьера для пологой залежи
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Курсовой проект по дисциплине «Геотехнология открытая» выполняется после прослушивания теоретического курса и выполнения практических заданий и является завершающим этапом изучения этой дисциплины в приобретении студентами умения применять полученные знания для решения инженерных задач по определению главных параметров карьера в конкретных горно-геологических и технологических условиях.
Студент выполняет курсовой проект самостоятельно в соответствии с индивидуальным заданием, выданным руководителем проектирования.
Законченный проект сдается руководителю на проверку в сроки, предусмотренные учебным планом и графиком учебного процесса. После проверки курсового проекта назначается дата и время его защиты перед комиссией назначаемой кафедрой. По результатам защиты студенту выставляется оценка.
СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Курсовой проект разрабатывается для заданных параметров месторождения полезных ископаемых и технологических параметров.
Пояснительная записка содержит следующие разделы: исходные данные для проектирования, расчет главных параметров карьера в конкретных горно-геологических и технологических условиях.
Графическая часть состоит из чертежей, выполненных в соответствии с ГОСТами.
Даны методические рекомендации для проектирования.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТУ ГЛАВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРА
Главными параметрами карьера являются объем горной массы, конечная глубина, размеры по подошве (дна карьера), углы откосов уступа, бортов, запасы полезного ископаемого, объем вскрыши, размеры карьерного поля. Некоторые параметры определяются физико-механическими свойствами пород и полезного ископаемого, некоторые - системой разработки, выбранным технологическим оборудованием и заданной производительностью.
В результате выполнения курсового проекта должны определить главные параметры карьера:
1. Контурные коэффициенты вскрыши Кк;
2. Конечную глубину карьера Нк;
3. Количество уступов Nу;
4. Запасы полезного ископаемого Qп.и;
5. Объем горной массы по вскрыше Vв;
6. Ширину карьера на земной поверхности Вк;
7. Длину карьера на земной поверхности Lк;
8. Ширину дна карьера Вд;
9. Длину дна карьера Lд;
10. Построить поперечный и продольный профиль карьера;
11. Фактический угол нерабочего борта карьера на предельном контуре gн.б..
Для определения основных параметров карьера выдаются исходные данные для проектирования: угол падения залежи п, мощность m, длина по простиранию Lпр месторождения полезных ископаемых (МПИ), высота уступа Hу, угол откоса уступа у, граничный коэффициент вскрыши Кгр, плотность полезного ископаемого п.и. приведены в приложении 1. Угол нерабочего борта карьера на предельном контуре gн.б. задается по таблице, приведенной в приложении 2 и определяется по глубине карьера. При этом углы нерабочего борта карьера висячего бока gн.б.в. и лежачего бока gн.б.л. равны. Рыхлые отложения отсутствуют поэтому мощность hо составляет ноль метров.
Методические указания к расчету главных параметров карьера для пологой залежи
Главный параметр карьера - конечная глубина отработки, определяется величиной граничного коэффициента вскрыши и рассчитывается по экономическим показателям. Себестоимость добычи полезного ископаемого открытым способом не должна превышать себестоимость добычи подземным способом по формуле
К гр = 
, (1)
где Со– себестоимость добычи полезного ископаемого открытым способом;
Сп – себестоимость добычи подземным способом;
Св – себестоимость вскрышных работ.
Величина граничного коэффициента вскрыши Кгр задается исходными данными и сравнивается с контурным коэффициентом вскрыши Ккi, который рассчитывается для каждого горизонта отработки. Горизонт отработки, на котором контурный коэффициент вскрыши равен или меньше граничного коэффициента вскрыши, определяет конечную глубину карьера.
Согласно индивидуальному заданию вычерчивается в масштабе геологический профиль месторождения. На профиле, с равнинной поверхностью, под слоем рыхлых отложений мощностью hо залегают пласты полезного ископаемого под углом п (угол падения залежи) мощностью m.
Для определения границ карьера необходимо построить два профиля: поперечный и продольный для определения значений длин контуров карьера вкрест и по простиранию залежи. Графо-аналитический метод расчета контурного коэффициента вскрыши включает в себя деление залежи на профильном разрезе горизонтальными линиями по падению пласта (ниже рыхлых отложений (ho) через расстояния (h1, h2, h3, ...),которые равны высоте уступа Hу.
Эти линии отметят горизонты уступов карьера, для которых будут определяться контурные коэффициенты вскрыши (Ккi). Для определения контурных коэффициентов вскрыши (Ккi): из точек пересечения горизонтов с пластом со стороны висячего бока (0', 1', 2', ...) проводятся линии под углом нерабочего борта ( 
н.б.) до пересечения их с поверхностью (точки 0'', 1'', 2''...) (рисунок 1).
а)
б)
а) расчет контурных коэффициентов вскрыши;
б) определение основных параметров карьера;
Рисунок 1 – Определение границ карьера при разработке пологой залежи
Линия откоса нерабочего борта карьера строится посредством соединения верхней бровки самого верхнего уступа с нижней бровкой самого нижнего уступа.
Контурные коэффициенты вскрыши рассчитываются как отношение объемов вскрыши к запасам полезного ископаемого. Контурный коэффициент вскрыши для горизонта 1 определится отношением объемов вскрыши между контурами 0'-0'' и 1'-1'' (V1) к запасам полезного ископаемого между контурами 0'-0 и 1'-1 (Q1). Для горизонта 2 – отношение объемов вскрыши между контурами 2'-2" и 1'-1" (V2) к запасам полезного ископаемого между контурами 2'-2 и 1'-1 (Q2).
При выдержанном залегании полезного ископаемого объемы вскрыши и запасы полезного ископаемого можно рассчитывать на единицу длины (1 м)
V1 = Sв1´l1, м3; Q1 = Sп.и. ´ l1´п.и., т; (2)
V2 = Sв2´ l2, м3; Q2 = Sп.и. ´ l2´п.и., т, (3)
где п.и. – плотность полезного ископаемого, т/м3.
Площадь полезного ископаемого определяется площадью параллелограмма с основанием, равной горизонтальной мощности и высотой, равной высоте уступа Hу и определяется по формуле
Sп.и. = m´ Hу´sin-1п (4)
Площадь вскрышных пород для первого уступа определяется площадью треугольника 0'-1'-1''-0'' с высотой Hу и основанием Hу´ (ctg gн.б.i + ctg п) с учетом отсутствия наносов. Площадь вскрышных пород для второго уступа определяется разницей площади треугольника 0'-2'-2''-0'' с высотой 2Hу и площади вскрышных пород для первого уступа треугольника 0'-1'-1''-0''.
Площадь вскрышных пород для первого уступа определяется по формуле
Sв1 = 0,5 ´ Hу2 ´ (ctg gн.б.1+ ctg п) (5)
Площадь вскрышных пород для второго уступа определяется по формуле
Sв2 = Hу2 ´ (ctg gн.б.2+ ctg п) –0,5 ´ Hу2 ´ (ctg gн.б.1+ ctg п) (6)
Для третьего уступа площадь вскрышных пород определяется разницей площади треугольника 0'-3'-3''-0'' с высотой 3Hу и площади треугольника 0'-2'-2''-0''.
В обобщенной форме площадь вскрышных пород для i-ого уступа определяется по формуле
Sвi = Hу2 ´ (ctg gн.б.i + ctg п) –0,5 ´ Hу2 ´ (ctg gн.б.(i-1) + ctg п) (7)
Для каждого уступа определяется угол нерабочего борта gн.б.i в зависимости от глубины отработки карьера. После определения площадей, объемов вскрышных пород и запасов полезного ископаемого для каждого уступа определяются значения контурных коэффициентов вскрыши Ккi для каждого уступа по формулам
Кк1= 
,Кк2= 
,Кк3= 
и т.д. (8)
Найденные значения Vi, Qi, Kki заносятся в таблицу 1 и для каждого горизонта величина Kki сравнивается со значением Кгр.
Таблица 1 – Величины объемов вскрышных пород, запасов полезного ископаемого и контурных коэффициентов вскрыши для каждого горизонта
| №№ горизонтов | Vi , м3 | Qi , т | Ккi, м3/т | Сравнение Ккi и Кгр |
| V1 | Q 1 | Кк1 | Кк1 < Кгр | |
| V 2 | Q 2 | Кк2 | Кк2 < Кгр | |
| V 3 | Q 3 | Кк3 | Кк3 < Кгр | |
| V 4 | Q 4 | Кк4 | Кк4 Кгр | |
| V 5 | Q 5 | Кк5 | Кк5 >Кгр |
На том горизонте, где Kki будет равен Кгр. следует прекращать открытые горные работы и переходить на подземные. Этот горизонт определяет конечную глубину карьера. На примере показано, что на горизонте 4 от поверхности Кк4 Кгр. Конечная глубина карьера Нк составляет 4Hу и для i-ого горизонта с Ni количеством уступов в обобщенном виде определяется по формуле
Нк =Ni ´ Hу. (9)
Линия нерабочего борта карьера 4'-4'' определит границу карьера со стороны висячего бока, линия 4'-4 является границей карьера по глубине (дно карьера), линии лежачего бока пласта (4-3-2-1-0) и нерабочего борта в рыхлых отложениях (0-0''') являются границей карьера со стороны лежачего бока.
Расстояние между точками пересечения нерабочего борта висячего бока (4") и нерабочего борта лежачего бока (0''') с поверхностью определит ширину карьера (Вк)и рассчитывается по формуле
Вк = m ´sin-1п + Hу ´ (ctg gн.б.i + ctg п) (10)
Ширина дна карьера Вд определяется суммой горизонтальной мощности залежи и размером дополнительной площадки, необходимой для полной выемки полезного ископаемого с формированием уступа во вмещающих породах лежачего борта и определяется по формуле
Вд = m ´sin-1п + (ctg п – ctg у ) ´ Hу (11)
Необходимо вычертить продольный профиль для определения значений длин контуров по простиранию Li (рисунок 2).
Рисунок 2 – Продольный профиль карьера
Длина дна карьера Lд будет равна длине по простиранию Lпр месторождения полезных ископаемых. Длина карьера на земной поверхности Lк определяется по формуле
Lк = Lпр + 2Hк ´ ctg gн.б. (12)