Расчет параметров технологических схем выемки пород экскаваторами в торцевом забое при разработке рыхлых и скальных пород
4.2.1. Определение высот уступов карьера для вскрышных и добычных работ
4.2.2. Выбор угла откоса для вскрышных и добычных уступов
4.2.3. Паспорт забоя при бестранспортной системе разработке.
4.2.3.1. Расчет ширины рабочей площадки уступа.
4.2.3.2. Графическая часть паспорта забоя.
4.2.4. Паспорт забоя при транспортной системе разработке.
4.2.4.1. Расчет ширины рабочей площадки уступа.
4.2.4.2. Графическая часть паспорта забоя.
5. Технология отвальных работ.
5.1. Выбор способа отвалообразования.
5.2. Площадь размещения отвала вскрышных пород.
5.2.1.Высота отвала.
5.2.2.Длина отвала .
5.2.3.Площадь и параметры поперечного сечения отвала.
5.3. Экскаваторное отвалообразование.
5.3.1. Радиус разгрузки экскаватора при максимальной высоте отвала.
5.3.2. Приёмная способность отвала.
5.3.3. Производительность отвала.
5.3.4. Число отвальных тупиков.
5.3.5. Превышение отвальной насыпи и максимальная высота отвального забоя.
6. Заключение.
7. Список используемой литературы.
3. Объем курсового проекта.
| Раздел, подраздел, пункт | Примерный объем | Продолжительность выполнения, дни | |
| записки, стр. | чертежей, лист (формат А1; А4) | ||
| Пояснительная записка курсового проекта: | 20 - 37 | ||
| Введение | |||
| 1. Системы открытой разработки. 1.1. Характеристики систем разработки. 1.1.1. Выбор и обоснование системы разработки. | 2 - 4 | 1* | |
| 2. Горное оборудование. 2.1. Выбор моделей экскаватора. 2.2. Производительность одноковшовых экскаваторов. 2.3. Выбор карьерного транспорта. 2.3.1. Выбор передвижного средства (автосамосвала или вагона). 2.3.2. Подбор модели локомотива | 4 - 6 | 1* | |
| 3. Глубина и технические границы карьера. 3.1. Предельная глубину карьера, его длина и ширину по поверхности, средний коэффициент вскрыши. 3.2. Размеры карьера. 3.3. Объем горной массы в контурах карьера. 3.4. Производственная мощность и срок службы карьера. | 2 - 4 | ||
| 4. Процессы открытых горных работ. 4.1. Выемочно-погрузочные работы. 4.1.1. Произвести выбор и дать обоснование выбранному экскаваторному забою. 4.1.2. Изобразить схематично выбранный экскаваторный забой. 4.2. Расчет параметров технологических схем выемки пород экскаваторами в торцевом забое при разработке рыхлых и скальных пород. 4.2.1. Определение высот уступов карьера для вскрышных и добычных работ 4.2.2. Выбор угла откоса для вскрышных и добычных уступов 4.2.3. Паспорт забоя при бестранспортной системе разработке. 4.2.3.1. Расчет ширины рабочей площадки уступа. 4.2.3.2. Графическая часть паспорта забоя. 4.2.4. Паспорт забоя при транспортной системе разработке. 4.2.4.1. Расчет ширины рабочей площадки уступа. 4.2.4.2. Графическая часть паспорта забоя. | 8 - 15 | ||
| 5. Технология отвальных работ. 5.1. Выбор способа отвалообразования. 5.2. Площадь размещения отвала вскрышных пород. 5.2.1.Высота отвала. 5.2.2.Длина отвала . 5.2.3.Площадь и параметры поперечного сечения отвала. 5.3. Экскаваторное отвалообразование. 5.3.1. Радиус разгрузки экскаватора при максимальной высоте отвала. 5.3.2. Приёмная способность отвала. 5.3.3. Производительность отвала. 5.3.4. Число отвальных тупиков. 5.3.5. Превышение отвальной насыпи и максимальная высота отвального забоя. 5.4. Бульдозерное отвалообразование. 5.4.1. Объем бульдозерных работ. | 3-5 | 1* | |
| 6.Заключение. | 1-2 | ||
| Список используемой литературы | 1* | ||
| Графическая часть курсового проекта | 1-2 | ||
| 2.1. Технологическая схема ведения вскрышных работ | 1* | ||
| 2.2. Технологическая схема веления добычных работ | 1* | ||
| 2.3. Технологическая схема ведения отвальных работ. | 1* | ||
| Всего | 20 - 37 | 1-2 | 45* |
| Примечания: 1. Чертежи, помеченные * (звездочкой), как правило, не вычерчиваются отдельно, а совмещаются с другими чертежами. 2. Последовательность выполнения разделов определяется логикой расчета и не обязательно совпадает с последовательностью изложения записки. | |||
Общий срок выполнения проекта 7 недель (45 дней).
Из них:
- рабочие дни , всего . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
в том числе:
- пояснительная записка . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
- графическая часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
- защита КП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
- выходные дни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Следует иметь в виду, что защита проектов начинается за 1 неделю до окончания проектирования, поэтому для большинства студентов продолжительность проектирования сокращается на это время и определяется графиком защиты проектов, который составляется по представлениям руководителя проектирования.
4. Общие указания по оформлению курсового проекта .
Пояснительная записка объемом 30 - 40 страниц выполняется на чистой белой писчей бумаге формата А4 (210 х 297). Текст пишется разборчиво пастой одного цвета (черного) или печатается (шрифт – обычный, 14 кл, Times New Roman). Сокращения не допускаются, заисключением общепринятых сокращенных обозначений по ГОСТу 2105-95.
Все листы пояснительной записки нумеруются, начиная с титульного листа (Пояснительная записка).
Графическая часть проекта (технологическая схема ведения горных работ) выполняется на чертежной бумаге формата A1 (594 x 841) в cooтветствии с требованием ГОСТов и ЕСКД.
Чертежи выполняются с использованием:
· Простого карандаша (для построений карандашом 2Т; для оконтуривания карандашом 2М) , с применением чертежного инструмента (линейка, транспортир, циркуль, лекало);
· Компьютерных графических программ
Представленное в графической части планировочное решение по объекту проектирования должно содержать:
1. Технологические схемы ведения горных работ (вскрышные ; добычные; отвальные работы)
· Профиль рабочего борта (забоя)
· План ведения горных работ на рабочем борту (в забое)
5. Рекомендации по оформлению курсового проекта.
5.1. Пояснительная записка.
Материал в пояснительной записке расположен в следующем порядке:
- Титульный лист (курсовой проект)
- Задание на курсовое проектирование
- Титульный лист (пояснительная записка)
- Содержание курсового проекта с указанием страниц
- Пояснительная записка
· Введение
· Технологическая часть
· Список используемой литературы.
5.2. Графическая часть (ватман).
· Технологические схемы ведения горных работ.
Пример:
В курсовой проект пояснительная записка должна быть обрамлена с применением картонной обложки или пластиковым скоросшивателем для делопроизводства.
6. Методика выполнения пояснительной записки курсового проекта.
Основные вопросы, касающиеся курсового проектирования горных работ, должны быть проработаны в процессе изучения профессионального модуля, при выполнении практических работ.
При выполнении курсового проекта студент должен творчески подходить к излагаемым вопросам, критически анализировать и принимать оптимальные решения
6.1. Пояснительная записка курсового проекта.
Введение.
В этом разделе необходимо показать роль горного дела в решении народнохозяйственных задач страны, значение полезного ископаемого в народном хозяйстве России
Перспективы развития открытого способа развития разработки месторождений полезных ископаемых.
Необходимо четко сформулировать цель курсового проекта
Объем раздела не должен превышать 1 - 2 страницы. Материал для введения можно найти в специальной литературе, а также в периодической печати (газеты журналы).
1. Системы открытой разработки.
1.1.Характеристики систем разработки.
Характеристики систем разработки по данным конкретного задания курсового проекта (для вскрышных и добычных работ).
1.1.1. Выбор и обоснование системы разработки.
- простая бестранспортная система разработки с экскавацией пород драглайном (гидравлическим экскаватором, мех. лопатой), расположенным на кровле вскрышного уступа;
- сложная бестранспортная система разработки с переэкскавацией пород драглайном (гидравлическим экскаватором, мех. лопатой)
- транспортная система разработки с экскавацией механической лопатой (гидравлическим экскаватором) в железнодорожный транспорт;
- транспортная система разработки с экскавацией механической лопатой (гидравлическим экскаватором) в автомобильный транспорт.
Принять схему движения транспорта:
· тупиковая,
· петлевая,
· прямолинейная.
Обосновать выбор характеристики систем разработки:
· Порядок отработки вскрышных и добычных блоков при экскавации перевалки вскрыши.
· Эффективность выбранной системы разработки, применяемых в карьере.
· Фронт добычных и вскрышных работ. Направление перемещения фронта работ (по простиранию или по падению). Порядок развития горных работ.
· Рабочая зона карьера.
Разделить карьер на горизонты:
Количество разрабатываемых уступов зависит от:
· мощности наносов (пласта) полезного ископаемого; если наносы (пласт) маломощные (менее 2,5-3 м), по обрабатываем в один уступ, если наносы (пласт) средний [2,5-3; 25-30 м] и мощный (более 25-30 м) , то отрабатываем в два и более уступа.
· Высота уступа (горизонта) по Единым требованиям безопасности ведения горных работ не должна превышать 30 м.
Определить количество вскрышных горизонтов (уступов).
Определить количество добычных горизонтов (уступов).
Определить общее число уступов (горизонтов):
Nобщ = Nв + Nд, шт
где Nв - количество вскрышных уступов, шт.
Nд - количество добычных уступов, шт.
2. Горное оборудование.
2.1. Выбор моделей экскаватора.
Одним из основных критериев выбора экскаватора является высота забоя (уступа).
При условии безопасного ведения работ в связных породах высота забоя (Ну) не должна превышать максимальную высоту черпания ( 
) или быть равна:
Ну ≤
где : Ну = Нп / nу, м;
Нп - мощность пород (пустых или полезных), м.
ny - количество уступов (вскрышных или добычных), м.
Определить высоту вскрышного (вскрышных) уступов.
Определить высоту добычного (добычных) уступов.
2.2. Подбор модели экскаватора.
По технической характеристике экскаватора (механическая лопата, гидравлический, драглайн) подобрать к полученным высотам уступов и данным максимальным высотам черпания экскаватора по утверждению:
Ну ≤
Пример:
Вскрыша – бестранспортная система, следовательно на вскрышных работах драглайн (механическая лопата, гидравлический ). Назвать модель экскаватора;
Добыча – транспортная система (автотранспорт), следовательно - мех.лопата (гидравлический). Назвать выбранную модель.
Оформить основные технические параметры экскаватора (вскрышного и добычного) в таблицу.
Пример:
Таблица 1: Техническая характеристика механической лопаты ЭКГ-4,6
| Наименование | Показатели |
| Вместимость ковша, м3 | 4,5 - 5 |
| Радиус черпания на горизонте установки, м | 8,7 |
| Максимальный радиус черпания, м | |
| Максимальная высота черпания, м | 10,2 |
| Максимальная высота разгрузки, м | 6,3 |
| Теоретическая производительность, м3 /ч |
2.3. Производительность одноковшовых экскаваторов.
Произвести расчет производительности выбранных моделей
вскрышного и добычного экскаваторов.
Определить часовую техническую производительность экскаватора 
где Е – вместимость ковша экскаватора.
Кн – коэффициент наполения ковша экскаватора (0,7-1,2).
Краз – коэффициент разрыхления породы в ковше экскаватора (0,5-0,9).
tц – фактическая продолжительность рабочего цикла
(см техническую характеристику экскаватора).
Определить часовую эксплуатационную производительность экскаватора
Qч=Qтех*Кn, м3/ч
где Кn – коэффициент использование экскаватора во времени (0,65-0,85).
Определить сменную производительность экскаватора
Qсм=Qч*Тсм, м3/см
где Тсм – продолжительность рабочей смены, 12 ч
Определить суточную производительность экскаватора
Qсут=Qсм*nсм, м3/сут.
где nсм – число смен в сутки , (1;2) см.
Определяем годовую производительность экскаватора
Qэг=Qсут*N, м3/год.
где N – число рабочих дней в году.(245-365) дн
2.3. Выбор карьерного транспорта.
2.3.1. Выбор передвижного средства (автосамосвала или вагона).
Одним из основных критериев выбора модели карьерного транспорта является вместимость кузова (вагона).
По условию безопасной погрузки и транспортировки породы в один кузов должно входить от двух до пяти вместимости ковша экскаватора.
В зависимости от задания (по варианту) подобрать модели транспорта для вскрышных и добычных работ:
Пример:
Выбранная модель вскрышного экскаватора: ЭШ 25/100, Еков = 25 м3.
Выбор модели транспортного средства (вагона или автосамосвала):
Екуз ~ [2;5] ЕКОВ, м3
Екуз ~ [ 2;5]*25 ~ [50;125], м3
По техническим характеристикам вагонов подбираем: Вагон – думпкар ВС – 80
Оформить в виде таблицы техническую характеристику выбранного транспортного средства
Пример:
Таблица 1: Техническая характеристика вагона - думпкара ВС - 80
| Наименования | Показатели |
| Объем кузова геометрический, м3 | |
| Минимальный радиус поворота пути, м | |
| Ширина, м | 3,5 |
| Длина, м | |
| Высота, м | 2,85 |
| Масса тары, т | |
| Грузоподъемность, т |
2.3.2. Подбор модели локомотива (для задания – Вид транспорта: железнодорожный).
По условиям безопасности транспортировки пород по карьеру в одном составе должно быть (3 ; 5) вагонов.
Тсц/10 = (3 ; 5) * (Т + Ф), тс
где: Тсц – сцепной вес , кН;
Т – масса тары, т
Ф – грузоподъемность вагона, т
Пример:
Для вагона - думпкара ВС – 80
Тсц/10 = (3 ; 5) * (40 + 80) = (744; 1240), тс
Подбираем приемлемый локомотив по техническим характеристикам: ПЭ 2М.
Пример:
Таблица 3: Техническая характеристика тягового агрегата ПЭ 2М
| № | Наименование | Показатели |
| 1. | Напряжение, в | 3000-5000 |
| 2. | Осевая формула | 3(20 - 20) |
| 3. | Колея, мм | |
| 4. | Сцепной вес, тс | |
| 5. | Емкость думпкара, м3 | |
| 6. | Грузоподъемность думпкара |
3. Глубина и технические границы карьера.
3.1. Предельная глубину карьера, его длина и ширину по поверхности, средний коэффициент вскрыши.
Конечная глубина устанавливается при проектировании карьера. Она при разработке наклонных и крутых залежей определяет возможную производственную мощность карьера, размеры его по поверхности, общий объем извлекаемой горной массы. Для горизонтальных и пологих залежей конечная глубина определена природными условиями и меняется мало в период разработки. Современные карьеры имеют глубину до 400 м и проектируются до 800 м.
Предельную глубину карьера определить по формуле, учитывающей объемы пород от разноса торцевых бортов.
Конечную глубину (м) карьера определяют по формуле:
Hк = 0,163 * tgβ * ( √Р2 + 12,56 * Кгр * Sу ) + Нд , м
где β – угол наклона нерабочего борта (угол погашения борта)
с висячей стороны пласта,
принимают от 70 до 80 град.
Кгр - граничный коэффициент вскрыши,
принимают от [5÷10] м3/м3;
Р - протяженность контура (периметр угольного пласта в горизонтальном сечении),
Р = 2 (Lпр + mr),м;
Sy - средняя площадь горизонтального сечения, м2
Sy = Lпр * Lпад , м2
Lпр – длина по простиранию пласта, м
Lпад - длина по падению пласта, м
Нд - дополнительное углубление карьера без разноса бортов по породе, м.
Н д =(mг – Вд) / 2ctggр, м.
Bд - минимальная ширина дна карьера, принимают 30-50 м
mг - горизонтальная мощность полезного ископаемого:
Для наклонных и крутых залежей (угол падения пласта более 8-10 градусов)
m - мощность залежи (смотри данные по заданию для курсового проекта);
φ - угол падения залежи (смотри данные по заданию дли курсового проекта);
Для горизонтальных и пологих (угол падения пласта менее или равен 8-10 градусов)
Горизонтальная мощность полезного ископаемого равна наибольшей/наименьшей длине пласта (длине по простиранию или длине по падению. Смотри данные по заданию.) в зависимости от направления движения экскаватора (смотри п.1.1.1 Направление перемещения фронта работ.).
3.2. Размеры карьера.
Размеры карьера на поверхности по простиранию и вкрест простирания залежиопределяются размерами залежи, дна карьера, глубины и углов откоса его бортов. Она устанавливается графически, реже аналитически. Форма карьера в плане обычно овальная и длина достигает 8 км, ширина - 4-5 км.
Размеры дна карьера устанавливаются оконтуриванием разрабатываемой части залежи на отметке конечной глубины карьера. Минимальные размеры дна карьера определяются условиями безопасной выемки и погрузки пород на нижнем уступе (по ширине не менее 20 м, по длине не менее 50-100 м.).
Длина по дну:
LД = Lпр – 2 НД ctggр , м.
Где: gр – угол наклона рабочего борта (угол погашения борта)
с висячей стороны пласта, 70-80 град.
Длина по поверхности:
LП = LД + 2 НК ctggр , м.
Где: Н к - конечная глубина карьера , м
Ширина по поверхности:
ВП = ВД + 2 НК ctggр , м.
Где: Bд - минимальная ширина дна карьера, принимают 30-50 м
3.3. Объем горной массы в контурах карьера.
Общий объем горной массы в контурах карьера является важнейшим показателем, определяющим производственную мощность карьера, срок его существования и пр.
Объем горной массы в контурах карьера определяем по формуле:
VК = (S д * Hк + 0,5 Н2 к РД ctgβ + π Нк 3 ctg2β) / 3, м3;
где Sд - площадь дна карьера, м2
Sд = Bд * Lд , м2;
Где: Рд - периметр дна карьера, м
Pд =2(Вд + LД), м;
Запасы полезного ископаемого в контурах карьера - важнейший показатель, определяющий возможный масштаб добычи, срок существования карьера и экономические результаты разработки.
Объем угля в контурах карьера приближенно определяем по формуле:
Vд = (Sу (Нк – Нд) + (SУ + Sд) HД )/ 2, м3
Объем вскрышных пород в контурах карьера:
VB = Vгм – Vпи , м3
Средний коэффициент вскрыши:
Кср = VB / Vпи, м3/ м3
3.4. Производственная мощность и срок службы карьера.
Производственную мощность карьера (т/год) определяют исходя из заданного темпа углубки карьера:
, т/год
где: m – мощность залежи, м;
hГ – годовой темп углубки карьера, м/год.
Практически темп углубки:
при погрузке в железнодорожный транспорт составляет 10-12 м/год,
при погрузке в автомобильный транспорт – 20-30 м/год.
КИЗ – коэффициент извлечения полезного ископаемого, КИЗ = 0,95-0,97;
LД - длина по дну, м
ρп.и – плотность полезного ископаемого, т/м3
для каменного угля – 1,5 т/м3
для золотоносной руды – 2,7 – 3,2 т/м3
Срок службы карьера (лет) равен:
, лет
где: ТР, ТЗ – соответственно, время развития и затухания карьера
(ТР=ТЗ= 1-2 года), лет;
ТП – время работы карьера с постоянной
производственной мощностью, лет:
, лет
ρп.и – плотность полезного ископаемого, т/м3
для каменного угля – 1,5 т/м3
для золотоносной руды – 2,7 – 3,2 т/м3
Vпи – объем угля в контурах карьера, м3
Для последующих расчетов используют следующие годовые объемы:
ü полезного ископаемого
, м3/год
ü вскрышных пород
, м3/год
где КТMAX – максимальный текущий коэффициент вскрыши равен граничному коэффициенту вскрыши
(КТMAX = КГР), м3/т.
ü горной массы
, м3/год
Необходимое количество экскаваторов в работе (рабочий парк) для проведения вскрышных работ :
, шт.
Где: VВ - годовой объем вскрышных пород, перерабатываемых
карьером, м3/год.
Qэг – годовая производительность вскрышного экскаватора , м3/год
Инвентарный парк экскаваторов для проведения вскрышных работ:
, шт.
Где: fЭ - коэффициент резерва экскаваторного парка (fЭ = 1,2-1,4).
Необходимое количество экскаваторов в работе (рабочий парк) для проведения добычных работ :
, шт.
Где: VГ.Г - годовой объем добычных пород, перерабатываемый карьером, м3/год.
Инвентарный парк экскаваторов для проведения добычных работ:
, шт.
где fЭ - коэффициент резерва экскаваторного парка (fЭ = 1,2-1,4).
4. Процессы открытых горных работ.
4.1. Выемочно-погрузочные работы .
Выемочно-погрузочные работы представляют собой процесс отделения породы от целика или предварительно разрыхленного массива и перемещения ее в средства транспорта или отвал. Для механизации этого процесса используют одноковшовые выемочно-погрузочные машины цикличного действия и многоковшовые экскаваторы непрерывного действия.
Производительность экскавационных машин зависит от качества подготовки экскавируемых пород, транспортного оборудования, климатических условий и др. Особое влияние на производительность выемочно-погрузочных машин оказывают параметры экскаваторного забоя и технология работ.
Типы экскаваторных забоев:
торцевой (боковой),
тупиковый (траншейный),
Фронтальный (продольный).
4.1.1. Произвести выбор и дать обоснование выбранному экскаваторному забою.
Принять тип экскаваторного забоя для вскрышных и добычных работ, используя типовые технологические схемы разработки, относительно принятой системы разработки (смотри п. 1.1.1.)
4.1.2. Изобразить схематично выбранный экскаваторный забой.
Пример:
Наибольшее распространение получил торцевой забой, при котором обеспечивается высокая производительность экскаватора. Это объясняется небольшим средним углом поворота экскаватора на разгрузку (не более 90 градусов), удобной подачей транспортных средств под погрузку и минимальными простоями при перемещении транспортных коммуникаций.
  
|
рис.4.1: Общий вид технологической схемы работы экскаватора
| а) |
| б) |
| в) |
| >45о |
| 45° |
   |
Рис. 4.2. Общий вид технологической схемы работы экскаватора:
а – торцевой; б – траншейный; в – фронтальный