Методическое пособие для выполнения курсового проекта Экскаваторный способ разработки месторождения

Министерство науки и образование Амурской области
Государственное профессиональное образовательное
автономное учреждение
Благовещенский политехнический колледж
Методическое пособие
по выполнению курсового проекта
по теме: Экскаваторный способ разработки месторождения
для специальностей: 21.02.14, 21.02.15, 13.02.11 (г)
Составил: Шмырина О.Б.
2014 г.
Введение.
Задачей методического пособия является ознакомление студентов специальности: 21.02.14 – Маркшейдерское дело, 21.02.15 – Открытые горные работы, 13.02.11 (г) – Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (горная отрасль) с методикой выполнения курсового проекта, требованиями, предъявляемыми при разработке и оформлении его пояснительной записки и графической части.
Курсовое проектирование имеет цель — закрепление и систематизация знаний и умений студентов, полученных при изучении специальных дисциплин, развитие навыков самостоятельной работы, практическое применение теоретических знаний при организации технологического ведения горных работ.
Основные задачи курсового проекта:
Курсовой проект является завершающим этапом изучения раздела для специальностей: 21.02.15 - «Процессы открытых горных работ»; 21.02.14 - «Открытые горные работы»; 13.02.11(г) – «Горное дело».
Проводится для закрепления и углубления знаний: параметры систем открытой разработки и основам проектирования производственных участков горного предприятия; выемочно-погрузочные работы, перемещение карьерных грузов.
Курсовой проект дает возможность установить степень усвоения учебного материала, проверить способности студента к самостоятельной и творческой работе и привить навыки по разработке и оформлению технической документации и чертежей, необходимых ему при выполнении дипломного проекта, с последующим выполнением производственных заданий на предприятии.
Содержание курсового проекта.
Курсовой проект состоит из:
Пояснительной записка (белая бумага формат А4) курсового проекта,
в том числе:
Технические характеристики горного оборудования (в виде таблиц);
Комплект технологической документации – паспортов вскрышного, добычного забоев и отвальных работ (выполненных на миллиметровой бумаге (белой бумаге) формата А4 или А3);
Графической части (чертежная бумага формата А1):
Технологические схемы ведения горных работ:
Технологическая схема ведения вскрышных работ;
Технологическая схема веления добычных работ;
Технологическая схема ведения отвальных работ.
2.Содержание пояснительной записки курсового проекта.
Введение
Системы открытой разработки.
Характеристики систем разработки.
1.1.1. Выбор и обоснование системы разработки.
Горное оборудование.
Выбор моделей экскаватора.
Производительность одноковшовых экскаваторов.
Выбор карьерного транспорта.
Выбор передвижного средства (автосамосвала или вагона).
Подбор модели локомотива
Глубина и технические границы карьера.
Предельная глубину карьера, его длина и ширину по поверхности, средний коэффициент вскрыши.
Размеры карьера.
Объем горной массы в контурах карьера.
Производственная мощность и срок службы карьера.
Процессы открытых горных работ.
Выемочно-погрузочные работы.
Произвести выбор и дать обоснование выбранному экскаваторному забою.
Изобразить схематично выбранный экскаваторный забой.
Расчет параметров технологических схем выемки пород экскаваторами в торцевом забое при разработке рыхлых и скальных пород.
Определение высот уступов карьера для вскрышных и добычных работ
Выбор угла откоса для вскрышных и добычных уступов
Паспорт забоя при бестранспортной системе разработке.
Расчет ширины рабочей площадки уступа.
Графическая часть паспорта забоя.
Паспорт забоя при транспортной системе разработке.
Расчет ширины рабочей площадки уступа.
Графическая часть паспорта забоя.
Технология отвальных работ.
Выбор способа отвалообразования.
Площадь размещения отвала вскрышных пород.
5.2.1.Высота отвала.
5.2.2.Длина отвала .
5.2.3.Площадь и параметры поперечного сечения отвала.
Экскаваторное отвалообразование.
Радиус разгрузки экскаватора при максимальной высоте отвала.
Приёмная способность отвала.
Производительность отвала.
Число отвальных тупиков.
Превышение отвальной насыпи и максимальная высота отвального забоя.
Бульдозерное отвалообразование.
Объем бульдозерных работ.
Заключение.
Список используемой литературы.
Объем курсового проекта.
Раздел, подраздел, пункт Примерный объем Продолжительность выполнения, дни
записки, стр. чертежей, лист
(формат А1; А4) Пояснительная записка курсового проекта: 20 - 37 45
Введение 1 1
Системы открытой разработки.
Характеристики систем разработки.
1.1.1. Выбор и обоснование системы разработки. 2 - 4 1* 7
Горное оборудование.
Выбор моделей экскаватора.
Производительность одноковшовых экскаваторов.
Выбор карьерного транспорта.
Выбор передвижного средства (автосамосвала или вагона).
Подбор модели локомотива 4 - 6 1* 7
Глубина и технические границы карьера.
Предельная глубину карьера, его длина и ширину по поверхности, средний коэффициент вскрыши.
Размеры карьера.
Объем горной массы в контурах карьера.
Производственная мощность и срок службы карьера. 2 - 4 7
Процессы открытых горных работ.
Выемочно-погрузочные работы.
Произвести выбор и дать обоснование выбранному экскаваторному забою.
Изобразить схематично выбранный экскаваторный забой.
Расчет параметров технологических схем выемки пород экскаваторами в торцевом забое при разработке рыхлых и скальных пород.
Определение высот уступов карьера для вскрышных и добычных работ
Выбор угла откоса для вскрышных и добычных уступов
Паспорт забоя при бестранспортной системе разработке.
Расчет ширины рабочей площадки уступа.
Графическая часть паспорта забоя.
Паспорт забоя при транспортной системе разработке.
Расчет ширины рабочей площадки уступа.
Графическая часть паспорта забоя. 8 - 15 10
Технология отвальных работ.
Выбор способа отвалообразования.
Площадь размещения отвала вскрышных пород.
5.2.1.Высота отвала.
5.2.2.Длина отвала .
5.2.3.Площадь и параметры поперечного сечения отвала.
Экскаваторное отвалообразование.
Радиус разгрузки экскаватора при максимальной высоте отвала.
Приёмная способность отвала.
Производительность отвала.
Число отвальных тупиков.
Превышение отвальной насыпи и максимальная высота отвального забоя.
Бульдозерное отвалообразование.
Объем бульдозерных работ. 3-5 1* 5
6.Заключение.
1-2 1
Список используемой литературы 1 1*
Графическая часть курсового проекта 1-2 8
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.
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, за исключением 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:
Технологические схемы ведения горных работ (вскрышные ; добычные; отвальные работы)
Профиль рабочего борта (забоя)
План ведения горных работ на рабочем борту (в забое)
Рекомендации по оформлению курсового проекта.
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.
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.
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
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).
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. 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.
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.
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 14
Максимальная высота черпания, м 10,2
Максимальная высота разгрузки, м 6,3
Теоретическая производительность, м3 /ч 741
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=QтехКn, м3/ч
где Кn – коэффициент использование экскаватора во времени (0,65-0,85).
Определить сменную производительность экскаватора
Qсм=QчТсм, м3/см
где Тсм – продолжительность рабочей смены, 12 ч
Определить суточную производительность экскаватора
Qсут=Qсмnсм, м3/сут.
где nсм – число смен в сутки , (1;2) см.
Определяем годовую производительность экскаватора
Qэг=QсутN, м3/год.
где N – число рабочих дней в году.(245-365) дн
Выбор карьерного транспорта.
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 36
Минимальный радиус поворота пути, м 200
Ширина, м 3,5
Длина, м 14
Высота, м 2,85
Масса тары, т 40
Грузоподъемность, т 80
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 1524
4. Сцепной вес, тс 368
5. Емкость думпкара, м3 28
6. Грузоподъемность думпкара 80
Глубина и технические границы карьера.
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 (Lуп + mr),м;
Sy - средняя площадь горизонтального сечения, м2
Sy = Lуп * Lпад , м2
Нд - дополнительное углубление карьера без разноса бортов по породе, м.
Н д =(mг – Вд) / 2ctgр, 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 длине пласта (длине по простиранию или длине по падению). Смотри данные по заданию.
Размеры карьера.
Размеры карьера на поверхности по простиранию и вкрест простирания залежи определяются 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 ctgр , м.
Где: р – угол наклона рабочего борта (угол погашения борта)
с висячей стороны пласта, 70-80 град.
Длина по поверхности:
LП = LД + 2 НК ctgр , м.
Где: Н к - конечная глубина карьера , м
Ширина по поверхности:
ВП = ВД + 2 НК ctgр , 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:
полезного ископаемого
,м3/год
вскрышных пород
, м3/год
где КТMAX – максимальный текущий коэффициент вскрыши равен граничному коэффициенту вскрыши(КТMAX = КГР), м3/т.
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).
Процессы открытых горных работ.
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).
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.)
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.
а
ось хода
экск-ра
б
ось хода
экск-ра
в
ось хода
экск-ра
>45о

рис.4.1: Общий вид технологической схемы работы экскаватора
а)
ось хода
экск-ра
б)
ось хода
экск-ра
в)
ось хода
экск-ра
>45о
45

Рис. 4.2. Общий вид технологической схемы работы экскаватора:а – торцевой; б – траншейный; в – фронтальный
Расчет параметров технологических схем выемки пород экскаваторами в торцевом забое при разработке рыхлых и скальных пород.
Ширина рабочей площадки уступа рассчитывается из условий свободного размещения, безопасной работы и передвижения горного и транспортного оборудования за пределами призмы обрушения и с учетом величины развала горной массы после взрыва.

Рис.4.3.: Элементы рабочей площадки уступа на карьере
А - ширина заходки по целику, м,
Вр - ширина развала горной массы после взрыва, м;
Т - ширина транспортной полосы, м;
С - безопасный зазор между нижней бровкой развала и транспортной полосой, м;
П - ширина полосы для размещения дополнительного оборудования и проезда вспомогательного транспорта, м;
Пб - ширина полосы безопасности (призмы обрушения),м;
Пб = Ну(ctgу - ctg) ,м
Ну - высота уступа, м;
- угол устойчивого откоса уступа, градус;
- угол рабочего откоса уступа, градус (65-80о для рабочих и 45-60о для нерабочих уступов).
Принять расчетную схему для определения ширины рабочей площадки для вскрышной и добычной рабочих площадок, используя графическое изображение площадки.
Пример:
Определяем расчетную схему для вскрышной рабочей площадки уступа

Рис. 4.4.: Рабочая площадка вскрышного уступа
Тогда, ширина вскрышной рабочей площадки будет ровна: Шр = с + А , м
Определяем расчетную схему для добычной рабочей площадки уступа

Рис. 4.5.: Рабочая площадка добычного уступа
Тогда, ширина добычной рабочей площадки для тупикового забоя будет ровна: Шр = с + А , м
Расчет параметров забоя технологических схем заключается в определении высоты уступа, ширины заходки, углов откоса уступа и параметров места расположения экскаватора.
Определение высот уступов карьера для вскрышных и добычных работ.
При разработке мягких (полускальных) пород с целью исключения образования нависей и козырьков высота уступа не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора:
,м
где – максимальная высота уступа, м;
– максимальная высота черпания экскаватора, м.
При разработке скальных пород высота уступа в массиве должна удовлетворять следующему условию:
,м
В то же время высота развала (при механическом рыхлении и при рыхлении с применением взрывных работ) в этом случае должна удовлетворять условию:
, м
где hр – высота развала, м
Выбор угла откоса для вскрышных и добычных уступов.
Углы откосов бортов карьера определяются условиями устойчивости пород прибортового массива и размерами транспортных коммуникаций, их принимают более крутыми для уменьшения объемов вскрышных работ.
Углы откосов уступа принимаются в следующих пределах:
в массиве мягких пород рабочий =35- 45;
устойчивый (угол естественного обрушения) β = 30- 35;
в массиве коренных ( полускальные) пород рабочий =75 - 80;
устойчивый (угол естественного обрушения) β = 60 - 70.
Паспорт забоя при бестранспортной системе разработке.
Расчет ширины рабочей площадки уступа.
Шр=с+А, м
где : А – заходка уступа, м


где - максимальный радиус черпания, м
- рабочий угол поворота экскаватора.
с – предохранительная берма, м
С=Ну(ctg-ctg), м
где - угол естественного обрушения породы
- угол откоса уступа
Расчет дополнительных элементов, для построения технологической схемы паспорта
Рассчитываем расстояние от забоя до расположения экскаватора.

l=(0,70,8) , м

Величина заложения откоса уступа.

Коэффициент переэкскавации при бестранспортной системе разработки:
КП = VП / (A * HB)
где : А - ширина заходки на уступе, м;
HB - мощности пустых пород, м;
VП - объем работ по переэкскавации на 1 м длины фронта работ, м3

Где: Б - ширина площадки на почве пласта (принимаем Б = 4 ÷ 6 м);
hП - высота подвалки уступа (работа без подвалки уступа hП = 0; работа с частичной подвалкой hП - 4; полная подвалка hП =6);
α - угол откоса уступа, град;
в - угол откоса отвала (угол естественного обрушения пород), град;
НО.В - высота временного отвала, м;
HO B = (RP max – B – (HB - H2) ctgα – m * ctgα + hП(ctgα + ctgβ)) * tgβ, м.
В - расстояние от оси экскаватора до верхней бровки уступа, м:
В = 1 / 2ШP, м;
ШP - ширина рабочей площадки уступа;
НB - высота уступа;
H2 - высота верхнего уступа (если он присутствует), не должна превышать (0,7 ÷ 0,8) максимальной высоты разгрузки вскрышного экскаватора;
H2 = (0.7 ÷ 0.8) HP max
Если отсутствует верхний уступ, Н2 = 0
α - угол откоса уступа, град;
β - угол естественного обрушения породы, град;
m - мощность пласта полезного ископаемого, м
Графическая часть паспорта забоя
Используя типовые технологические схемы выбрать и вычертить технологическую схему (карту) забоя в масштабе на листах формата А3 или А4
Изображение схемы возможно ( на выбор студента) одним из двух вариантов:
- компьютерная графика (в графических программах: Компас, Visio, CorelDRAW, AutoCAT)
- ручная работа
Паспорт забоя при транспортной системе разработке.
Расчет ширины рабочей площадки уступа
Шр=с+А, м
где А – заходка уступа, м
для автотранспорта: А=0,51Rч.у, м.
для железнодорожного транспорта: А = ( 1,5-1,7) Rч.у, м
где Rч.у. – максимальный радиус черпания на горизонте установки, м
с – предохранительная берма,м
С=Ну(ctg-ctg), м
где - угол естественного обрушения породы
- угол откоса
z – транспортная предохранительная берма, по условиям безопасности принимает более 2,5 м.
Т – ширина транспортной полосы, м
При двухполосном движении:
Т=2(Шт.с.+1), м.
где Шт.с. – ширина транспортного средства (колеи), м.
При однополосном движении:
Т=Шт.с.+1, м.
Расчет дополнительных элементов, для построения технологической схемы паспорта
Рассчитываем расстояние от забоя до расположения экскаватора.

l=(0,70,8) , м

Величина заложения откоса уступа.


Графическая часть паспорта забоя
Используя типовые технологические схемы выбрать и вычертить технологическую схему (карту) забоя в масштабе на листах формата А3 или А4
Изображение схемы возможно ( на выбор студента) одним из двух вариантов:
- компьютерная графика (в графических программах: Компас, Visio, CorelDRAW, AutoCAT)
- ручная работа
Таблица 4.1: Параметры для определения ширины рабочей площадки с применением автотранспорта
Марка
автосамо-свала Расстояние от нижней бровки
уступа до оси движения транспорта, м Расстояние
между осями автодорог, м Расстояние от оси автодороги до полосы размещения устройств электроснабжения, м Ширина полосы размещения устройств электроснабжения, м
С2 Е С1 ПЭ
БелАЗ-540А 3,5 5,0 3,0 3,0
БелАЗ-7548 3,5 5,5 3,0 3,0
БелАЗ-7509 5,0 6,5 3,5 3,0
БелАЗ-75191 7,0 7,0 4,0 3,0
БелАЗ-7521 9,0 9,0 5,0 3,0
Таблица 4.2: Рабочие параметры экскаваторов
Параметры Марка экскаватора
ЭКГ-5А ЭКГ-8И ЭКГ-8УС ЭКГ-10 ЭКГ-12 ЭКГ-15 ЭКГ-20А ЭКГ-5У
Вместимость ковша, м3 5,0 8,0 8,0 10,0 12,0 15,0 20,0 5,0
Максимальный радиус черпания RЧ MAX, м 14,5 18,4 19,8 18,4 22,5 22,6 22,1 23,7
Максимальный радиус разгрузки RР MAX, м 12,3 16,3 17,9 16,3 19,9 20,0 20,0 22,1
Максимальная высота черпания HЧ MAX, м 10,3 13,5 17,6 13,5 15,1 16,4 17,9 22,2
Максимальная высота разгрузки HР MAX, м 6,7 8,6 12,5 8,6 10,0 10,0 11,5 17,5
Радиус черпания на горизонте установки экскаватора RЧУ, м 9,04 12,2 13,5 12,6 14,8 15,6 15,2 14,5
Радиус вращения кузова RК, м 5,0 7,8 7,8 7,7 10,0 10,0 9,6 7,78
Радиус разгрузки при максимальной высоте разгрузки RPH, м 11,8 15,6 16,5 15,4 19,5 19,5 18,2 18,6
Частота вращения поворотной платформы, мин 3,0 2,8 2,8 2,8 2,6 2,8 2,5 2,8
Просвет под поворотной платформой, м 1,85 2,76 2,76 2,76 3,33 3,3 3,3 2,76
Ширина гусеничного хода ШХ, м 5,24 6,98 6,98 6,98 9,5 9,5 9,6 6,98

Таблица 4.3. : Техническая характеристика шагающих экскаваторов-драглайнов
Показатели ЭШ-4/45 ЭШ-10/60 ЭШ-10/70 ЭШ-15/90 ЭШ-15/90А ЭШ-25/100№1 ЭШ-25/100№2 ЭШ-40/851 ЭШ-80/100 ЭШ-125/1251
Ёмкость ковша, м3: Стандартного 4 10 10 15 15 25 25 40 80 125
Сменного 5 8,5 8,5 - - - - 46 100 160
Угол наклона стрелы, град. 30 30 30 30 30 30 32 - - -
Рабочие размеры, м: длина стрелы, А. 45 60 70 90 90 100 100 85 100 125
максимальный радиус разгрузки
39,5 57 66,5 83 83 95 94,65 - 98,5 -
максимальная высота разгрузки
Нр 19,5 21 27,5 42 42 46 43,6 32 41 52
максимальный радиус черпания
46 57 66,5 81 81 95 94,65 82 96 120
максимальная глубина черпания
26 35 35 41 42,5 47 49,8 40 47 63
Основные размеры. м: радиус вращения кузова - 13,2 15 18,5 18,5 25 25 ширина кузова 9 10 17,6 16,8 22 22 высота крыши кузова нк - 8,5 9,6 11,64 11,64 12,2 12,2 высота двуноги над уровнем земли
нд - 18,6 18,8 17,61 17,64 19 19 просвет под поворотной
платформой h - 1,278 1,278 1,65 1,613 2,23 2,23 высота оси пяты стрелы s - 2,5 2,15 5,45 6,02 6,7 6,7 расстояние от оси пяты до оси
вращения экскаватора t -- 5 5 5,784 5,784 8,3 8,3 - - -
длина опорных башмаков u - 11 11 13 13 20,5 18 - - -
ширина опорных башмаков - 1,25 1,8 2,5 2,5 3,5 3,75 - - -
диаметр базы 9,5 9,7 14 14 18 18 - - -
Конструктивные показатели: - - -
максимальное усилие подъёма.тс - 50 50 85 85 140 162 - - -
скорость подьёма ковша. м/с - 2,2 2,48 2,34 2,67 2,65 2,96 - 2,8 -
допустимая нагрузка на конце
стрелы. тс 12,5 28 31,5 45,5 45,5 84 90 120 520 394
максимальное усилие тяги ковша.
тс - 60 60 92 92 160 180 - 550 -
скорость движения тягового
каната. м/сек. - 1,97 2,22 2,13 2,67 2,4 2,3 - 2,7 -
скорость вращения платформы.
об/мин. - 1,95 1,37 1,42 1,18 1,28 1,4 - - -
скорость передвижения, км/ч. 0,45 0,2 0,2 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06
уклон, преодолеваемый при
передвижении, град. - 10 10 7 7 7 7 - - -
среднее удельное давление на
грунт, кгс/см2: при работе 0,41 0,84 0,9 0,9 1 1 1 1,05 2 2,3
при передвижении 1,05 1,2 1,3 2,2 2,5 1,5 1,8 2 2,3 -
Мощность сетевого двигателя, кВт. 425 860 1480 1680 1900 1680x
2 1680x
2 5200 14000 28200
Подводимое напряжение, В. - 6000 6000 6000 6000 6000 - - - -
Продолжительность цикла при средней глубине забоя с поворотом на 1350 в породах IV категории, сек. 45 54 55 70 602 72 69 60 60 60
Рабочая масса, т. 210 540 650 1400 1600 2600 2600 3200 10300 -
Завод-изготовитель Ново-Краматорский
им. В. И Ленина Уральский им. С. Орджоникидзе
Таблица 4.4. : Технологические характеристики карьерных прямых (ЭГ) и обратных (ЭГО) лопат (экскаваторов ) типа гидравлических на гусеничном ходу АО «УЗ

Таблица 4.5.: Технические характеристики универсальных полувагонов

Таблица 4.6. : Технические характеристики думпкаров


Таблица 4.7. : Технические характеристики специальных полувагонов

Таблица 4.8. : Технические характеристики электровозов и тяговых агрегатов



Таблица 4.9.: Технические характеристики тепловозов






Технология отвальных работ.
Выбор способа отвалообразования.
Выбрать и обосновать способ отвалообразования ( назвать и обосновать выбранный способ)
Экскаваторное отвалообразование: Сущность, область применения, достоинства и недостатки. Организация работ при данном отвалообразовании
Бульдозерное отвалообразование: Сущность, область применения, достоинства и недостатки, организация работ на отвалах
Площадь размещения отвала вскрышных пород.
Высота отвала.
Максимальная высота отвала принимаем равной максимальной высоте разгрузки экскаватора

Высоту отвалов выбирают в зависимости от способа механизации отвальных работ, физико-механических свойств горных пород и рельефа местности, отводимой под отвалы. Согласно технико-экономических показателей высота отвала на карьерах не должна превышать значений при породах.
Таблица 5.1 : Высота отвала.
Способ механизации отвалообразования Породы
скальные Плотные, устойчивые Рыхлые, глинистые
Плужное отвалообразование (отвальные плуги) 30 15 10
Экскаваторное отвалообразование (Одноковшовые экскаваторы) 40 30 15
Бульдозерное отвалообразование (Бульдозеры) 70-100 40-60 20-30
При необходимости создания большей высоты (при переэкскавации) отвалы располагаются в несколько ярусов (уступов).
Длина отвала .
При бестранспортной системе равен длине наибольшему параметру размера карьера по поверхности ( смотри п.3.2.)
При транспортной системе – принимаем длину отвала в соответствии со СНиПом равную 1.5 – 2 км (1500-2000 м)
Площадь и параметры поперечного сечения отвала.
Площадь отвала определяется по формуле:

где W - объем породы, подлежащей размещению в отвале за период его существования (объем вскрышных пород, смотри п.2.3.), м3;
КP - коэффициент разрыхления породы в отвале
(КP =1,2 ÷ 1.3);
НO – максимальная высота отвала , м
КО - коэффициент, учитывающий откосы и неравномерность заполнения площади
(для одноярусных отвалов КО = 0,8 ÷ 0,9;
для двухъярусных КО = 0,6 ÷ 0,7);
Площадь отвала за один год работы
Sо1 = Sо / Т , м2
где Т – срок службы карьера, лет (см п. 3.4.)
Ширина отвала поверху при его максимальной высоте:

где β- угол откоса отвала (принимаем равный углу естественного обрушения пород).
Если при расчетах во получается отрицательный результат, то поперечное сечение отвала имеет форму треугольника.
Определить ширину основания отвала при его максимальной высоте:
Во = во + 2Но.max ctgβ, м.
Минимально возможная высота отвала:
Но min = Sо / (Rp max – в – 1), м.
Ширина отвала поверху при его минимальной высоте:

Экскаваторное отвалообразование.
Радиус разгрузки экскаватора при максимальной высоте отвала.
Определить требуемый радиус разгрузки экскаватора при максимальной высоте отвала:

где в - расстояние от отвала до верхнего контура траншеи (равен
размеру предохранительной бермы уступа).
Сравнить величины: расчетный требуемый радиус разгрузки (RP) и максимальный радиус разгрузки экскаватора ( - техническая характеристика экскаватора).
Если выполняется условие RP < то проведение работ возможно без переэкскавации породы при прямолинейном движении экскаватора.
Экскаватор можно сместить вправо от первоначальной намеченной оси на расстояние до 1:
l = Rp.max – RP, м
Если выполняется условие RP > ,то проведение работ требует переэкскавацию, необходимо вводить дополнительное горное оборудование.
Предоставить вывод по месту установки экскаватора или требуемой переэкскавации.
Приёмная способность отвала.
Приемная способность отвала - количество породы, которое возможно разместить в отвале между двумя смежными передвижками путей.
Измеряют так же на 1 м отвального фронта работ.
Приемная способность отвального тупика определяется по формуле:
VП = HO BL, м3,
где НО - высота отвала, м;
В - шаг передвижки пути (25 - 30 м);
L - длина отвального тупика, м.
Приемная способность отвального тупика (в целике) между передвижками транспортной полосы определяется по формуле:

где КP - коэффициент разрыхления породы (КP = 1,2 ÷ 1,4).
Приемная способность на 1 м фронта отвальных работ равна:

Производительность отвала.
Производительность отвального тупика или отвала - количество породы, принимаемой тупиком или отвалом в единицу времени (смену, сутки и т.д.).
Производительность отвального тупика (по пропускной способности путей) равна при бестранспортной системе:

где nц - количество рабочих циклов в смену,

Tсм - продолжительность рабочей смены, мин:
tц - продолжительность рабочего цикла (смотри техническую характеристику экскаватора) , мин;
Еков - вместимость ковша экскаватора, м3 .
Kп.и - коэффициент полезного используемого тупика во времени (Kп.и = 0,85 ÷ 0,9),
tp - время на разгрузку одного ковша, мин;
tо - продолжительность рабочего цикла на отвальном тупике,
принимаем (tp + to) = [10 ÷ 20] мин.
КP - коэффициент разрыхления породы (КP = 1,2 ÷ 1,4)
При работе экскаваторов на отвале, производительность тупика, определенная по пропускной способности путей, должна соответствовать производительности экскаватора на отвале, т.е.
ПO ≥ ПЭ.О,
где ПЭ.О - производительность отвального экскаватора.
Если не выполняется данное условие, необходимо выбрать другой отвальный экскаватор с меньшей емкостью ковша и произвести повторный расчет.
Число отвальных тупиков.
Число отвальных тупиков в работе можно определить из выражения:

где ПВ - производительность карьера по вскрыше, м3 (объем
вскрышных пород).
Общее число тупиков на отвале с учетом тупиков, находящихся в передвижке, составит:

где tп - время в сменах, затрачиваемое на передвижку пути;
tс - время в сменах по приемке породы на отвальном тупике
между двумя передвижками;
По эмпирическим показателям карьеров величина принимается равной (1,25 ÷ 1,7).
Превышение отвальной насыпи и максимальная высота отвального забоя.
Определить превышение вновь отсыпаемой отвальной насыпи (h2) над старой и максимальную высоту отвального забоя на экскаваторном отвале.
Превышение отвальной насыпи:

где - коэффициент первоначального разрыхления породы в отвале
( =1,2 ÷ 1,3);
КP - коэффициент остаточного разрыхления (КP = 1,05 ÷ 1,15),
Максимальная высота отвального забоя:
h4 = HP.max – h2, м,
где НP.mах - максимальная высота разгрузки отвального экскаватора, м.
Бульдозерное отвалообразование.
Бульдозерное отвалообразование осуществляется двумя способами: периферийным и площадным.
При периферийном отвалообразовании автосамосвалы разгружаются по периферии отвала в непосредственной близости от его верхней бровки.
При площадном отвалообразовании разгрузка осуществляется по площади отвала, после чего бульдозером планируется отсыпанный слой породы. Этот способ применяют при складировании малоустойчивых пород и большой высоте отвала.
В связи со значительно меньшей потребностью в планировочных работах большее распространение получило периферийное отвалоообразование. При большом объеме планировочных работ и большой длине отвального фронта его делят на два или несколько участков, на которых последовательно осуществляют планировку, разгрузку, ремонт и устройство автодорог . Такая организация работ позволяет рассредоточить по фронту основные и подготовительные работы.
Автодороги на отвалах по своему назначению подразделяют на подъездные и отвальные. Подъездные дороги в виду длительной эксплуатации должны иметь улучшенное покрытие и водоотводные сооружения.
Для покрытия отвальных дорог применяют сборные железобетонные плиты. Их переукладка осуществляется с помощью автокранов. Применение железобетонного покрытия, в особенности мягких пород, повышает скорость движения автомашин на 10 - 15 %. Железобетонные плиты целесообразно ею применять при сроке службы временных дорог не менее 1,5 - 2 лет.
Принять и обосновать способ бульдозерного отвалообразования:
- Периферийное отвалообразование
- Площадное отвалообразование
Объем бульдозерных работ.
Число автосамосвалов, разгружающихся на отвале в течение часа :

где QК.Ч - часовая производительность карьера по вскрыше, т;
т.
Тсм - продолжительность рабочей смены, ч.;
nсм - число смен в сутки;
N - число рабочих дней в году;
- число лет отработки вскрышных уступов;
- вес вскрышных пород, т;
т;
VB - объем вскрышных пород, m3;
γ - плотность грунта (пустых пород), т/м3.
(при рыхлых породах γ = 1,1-1,3 т/м3;
при полускальных (разрыхленных) γ = 1,3-1,6 т/м3)
принимают по заданию;
gc - масса породы, перевозимая самосвалом, т;
gc = Екуз * γ, т.
Екуз - вместимость кузова, м3 (техническая характеристика автосамосвала; вагона);
Кпер - коэффициент неравномерности работы карьера по вскрыше
Длина фронта разгрузки:
LP = Na.o * ln, м,
где ln - ширина полосы по фронту» занимаемая одним самосвалом при маневрировании (20 - 40 м),
Na.o - число одновременно разгружающихся самосвалов;

tр.м - продолжительность разгрузки и маневрирования одного
самосвала tр.м = 1.5 - 2 мин).
Число разгрузочных участков, находящихся в одновременной работе:

где LP - длина фронта разгрузки, м.
Число участков, находящихся в планировке;
Nу.п = Nу.р., шт.
Число резервных участков:
Nу.рез = Nу.р(0,5 ÷1,0), шт.
Общее число участков:
Nу = Nу.п. + Nу.р. + Nу.рез, шт.
Общая длина отвального фронта:
HO = (2,0 ÷ 3,0)LP, м.
Объем бульдозерных работ:
Qб = Qк.ч. Kзав, м3/ч.
Qб = Qб * nчас, м3/см.
где Qк.ч.- часовая производительность карьера по вскрыше, м3/ч;
Kзав - коэффициент заваленности
(по практическим данным Kзав =0,5 ÷ 0,7).
Nчас - количество часов в смену
Заключение.
Выполнить сводную таблицу: Технологические показатели работ на горизонтах
Пример оформления:
Таблица 6.1.: Технологические показатели работ на горизонтах
Название элементов, параметров H1 H… HH
1 Система разработки (на каждом горизонте, по производству работ) 2. Количество подуступов (если приняты при проектировании) 3. Модель горных машин 4. Количество горных машин на горизонте 5. Модель карьерного транспорта 6. Параметры уступов: 6.1. Высота уступа Hy, м 6.2. Угол откoca α, град 6.3. Ширина рабочей площадки ШР, в том числе: 6.3.1. Предохранительная берма С, м 6.3.2. Ширина заходки А, м 6.3.3. Транспортная предохранительная берма Z, м 6.3.3. Транспортная полоса T, м 7. Способ отвалообразования 8. Количество горных машин на отвалообразовании В таблицу вписываются только необходимые элементы и параметры по выполненным расчетам.
Список используемой литературы.
1. Демин А.М., Зуев В.И., Пахомов Е.М, Сборник - задач по открытой разработке месторождений полезных ископаемых: Учебное пособие для техникумов. - М,: Недра; 2005 г.
2. Хохряков B.C. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1974 г., 2011 г.
3. Астафьев Ю.П. Горное дело. - М.: Недра, 2010 г.
4. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. - М.: Недра. 1982 г,
5. Ржевский В. В. открытые горные работы. ч.1, ч.2 - М.:Недра, 2008 г.
6. Мельников А.С. Краткий справочник по открытой разработке месторождений. - М.: Недра. 2012 г.
7. Хохряков ВС. Проектирование карьеров. - М.; Недра, 2012 г.
8. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. - М.: НПО ОБТ, 2003 г.
9. Шмырина О.Б. Методика выполнения курсового проекта, - г. Благовещенск, БПТ,2014
10. Ялтанец И.М. Практикум по открытым горным работам, М.: Гориздат, 2009
11. Ашихлин А.А. Разработка и принятия управленческих решений: формирование модели и метода выбора, М.: Гориздат,2011
12. Н.Я. Репин Практикум открытые горные работы, М.: Гориздат,2010
13. Н.Я Репин Перемещение и складирование горных пород/ Процессы открытых горных работ, М.: Гориздат,2013
14. Шестаков В.А. Проектирование горных предприятий, М.: Гориздат,2013
15. Н.Я Репин Выемочно-погрузочные работы/ Процессы открытых горных работ, М.: Гориздат,2012