Разработка месторождения кварцевого песка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Месторождения полезных ископаемых при сравнительно неглубоком их залегании разрабатываются открытым способом.

Открытыми горными работами называют совокупность работ, производимых с земной поверхности с целью добывания разнообразных горных пород и создания различных выемок и котлованов. На долю открытого способа разработки приходится более 70% общего объема ПИ.

В процессе производства открытых горных работ в земной коре образуются большие выемки, совокупность которых называют карьером. Карьер -- это горное предприятие, в котором все процессы, связанные с извлечением полезных ископаемых из недр, совершают на дневной поверхности. Выемка ПИ, покрывающих и вмещающих пород, производится слоями с опережением верхними нижних; в итоге разрабатываемый массив горных пород принимает форму уступов. Между смежными слоями оставляют площадки для размещения экскаваторов, транспортных коммуникаций и других производственных целей. В результате выемки в земной коре образуется ступенчатая поверхность уже выработанного пространства.

Работы по выемке и удалению пустых пород называются вскрышными, а работы по выемке полезного ископаемого -- добычными.

Горизонтальные или наклонные поверхности уступа, ограничивающие его по высоте, называют нижней и верхней площадками, а наклонную поверхность, ограничивающую уступ со стороны выработанного пространства -- откосом уступа. Линии пересечения откоса с верхней (нижней) площадками называют верхней (нижней) бровками. Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах производится выемка горных пород. Если на площадке располагается оборудование, необходимое для разработки уступа, она называется рабочей площадкой. Часть уступа по его длине, подготовленная для разработки называется фронтом работ уступа. Этот фронт делят на отдельные участки (блоки), которые разрабатываются самостоятельными средствами. Ступенчатые боковые поверхности, образованные откосами и площадками уступов и ограничивающие выработанное пространство, называются бортами карьера.

При ведении открытых горных работ выделяют пять этапов разработки месторождения:

1) ведут подготовку поверхности карьерного поля: вырубают леса, осушают болота, сносят сооружения и т. д.;

2) осуществляют вскрытие месторождения: проводят систематизацию горных выработок, осуществляют транспортную связь горизонта карьера с поверхностью;

3) проводят вскрышные работы, создавая доступ к ПИ;

4) ведут добычу ПИ;

5) восстанавливают нарушенную горными работами территорию.

Так же выделяют четыре периода разработки карьера:

? строительный;

? освоение проектной мощности;

? работа карьера с полной мощностью;

? погашение горных работ или период доработки.

Механизация вскрышных и добычных работ осуществляется выемочно-погрузочным и транспортным оборудованием: экскаваторы, локомотивы, автосамосвалы, буровые станки, отвальное оборудование и др.

Поверхность горных работ в массиве или развале, являющаяся объектом выемки, называется забоем. Различают торцовый, фронтальный, забой-площадка и комбинированный забои.

Выбор типа забоя зависит от свойств пород, условий их залегания и используемого выемочного оборудования.

В результате перемещения забоев в пределах забойного блока последовательно отрабатываются породные полосы, которые называются заходками. По расположению относительно фронта работ уступа заходки бывают продольные, поперечные и диагональные, а по ширине -- нормальные, узкие и широкие. По характеру движения транспортных средств при выемке пород заходки подразделяются на тупиковые и сплошные, а по структуре -- на однородные и разнородные.

1. Краткая характеристика месторождения и оценка сопротивления вскрышных пород и полезного ископаемого разрушению

месторождение вскрышной песок отвал

1. Вид полезного ископаемого -- кварцевый песок.

2. Вид породы вскрыши и ее мощность -- суглинок; . .

3. Свойства полезного ископаемого: --//--.

4. Эксплуатационные запасы ПИ -- 60 млн. ,

5. Коэффициент вскрыши --0,1.

6. Разработка пород вскрыши -- скреперная.

7. Разработка ПИ -- цепными экскаваторами.

8. Отвалы -- внутренние.

9. Отвалообразование -- скреперное.

10. Транспорт -- автомобильный.

11. Дальность транспортировки: вскрыши -- ; ПИ -- .

12. Срок эксплуатации карьера -- .

Кварцевый песок - рыхлая осадочная горная порода, состоящая из зерен кварца , полевых шпатов и других минералов и обломков горных пород размером 0,1-1 мм. Используется он в строительной, стекольной, керамической и др. промышленностях. Для кварцевых песков самым важным является химический состав с содержанием кварца > 90%. Вредными примесями являются глинистые и пылеватые частицы. В песках используемых в металлургической промышленности - фармовычных песках, содержание кварца > 97%. Кварцевые, фармовычные пески образуют промышленные залежи только на платформах.

Суглинки - пылеватые породы, содержащие до 20 - 30 % (реже до 60 % - жирные и тяжелые суглинки) глинистых, до 10-20 % мелкопесчаных частиц. Остальные части - пылеватые частицы. Суглинки образуются в результате деятельности дождевых струй, рек, ледников.

Технологические свойства горных пород, главным из которых является трудность их разрушения, определяют выбор способов извлечения и оборудования, схему комплексной механизации и экономическую эффективность разработки месторождения ПИ.

Пески является сыпучей породой, то силы сцепления между окатанными частицами практически отсутствуют, поэтому усилия копания в песках минимальное. Суглинок относятся к рыхлым мелкообломочным или пылеватым породам, он также не оказывает сопротивление воздействию внешних усилий.

2. Вскрышные работы

Вскрышные работы являются одним из этапов открытого способа разработки месторождений и в включают в себя:

· подготовку горных пород к выемке;

· выемочные и погрузочные работы;

· транспортировку вскрыши;

· отвалообразование.

2.1 Выбор системы разработки и механизация вскрышных работ

Разработка месторождения - это комплекс горных работ, связанных с извлечением полезного ископаемого из недр земли.

Система разработки - это определенный порядок осуществления горных работ в карьере и формирования карьерного пространства, характеризующийся упорядоченным развитием в карьере подготовительных, вскрышных и добычных работ.

По исходные данные на курсовой проект (внутреннее скреперное отвалообразование), выбираем по классификации систем разработки акад. Н.В. Мельникова специальную систему разработки, при которой выемочно-погрузочные работы, отвалообразование и складирование вскрышных пород производится скреперами, без участия транспорта.

По условиям задания разработка пород вскрыши -- скреперная.

Различают: прицепные и самоходные скреперы. Прицепные агригатируются с тракторами, а самоходные оснащены автономным двигателем.

Скрепер - самоходный или прицепной к тягачу агрегат, служащий для зачерпывания, перемещения и разгрузки породы.

Цикл работы скрепера состоит из операций: отделение породной стружки и заполнение ковша; перемещение породы к месту выгрузки; разгрузка с послойной укладкой породы в отвал ; возвратное движение в забой.

Выберем тип скрепера:

Учитывая, что дальность размещения отвалов =300 м [4, с.212 табл.3.21] и пользуясь табл.22 [5, с.26], емкость ковша = 3 , тогда по табл.21 [5, с.26] выбираем прицепной скрепер ДЗ-33.

Техническая характеристика скрепера ДЗ-33 [4, табл. 3.20, стр. 208]:

1. Вместимость ковша, -- 3.

2. Базовый трактор, тягач - ДТ-75П.

3. Мощность двигателя, -- 59.

4. Максимальная скорость движения, км/ч- 11,4.

5. Ширина резания, мм - 2100.

6. Глубина резания, мм -100.

7. Управление - гидравлическое.

8. Масса скрепера, т -- 2,8.

9. Масса скрепера с тягачом - 8,4.

Определим техническую производительность скреперов:

, [4, с.209]

где q - геометрическая емкость ковша,

- коэффициент наполнения ковша, для суглинка =1,1…1,2 [5, с.25 табл.20],

- коэффициент разрыхления породы в ковше, для суглинка =1,2…1,25 [5, с.25 табл.20],

- продолжительность цикла

[5, с.25]

- длина пути заполнения ковша скрепера, м

,м

-коэффициент, учитывающий потери грунта при образовании валика, =1,2;

- коэффициент, учитывающий неравномерность толщины стружки, =0,7;

а - ширина полосы резания, =2,1м [5, с. 26 табл.21];

h - глубина резания,=0,1…0,2 м [5, с. 26 табл.21];

- скорость скрепера при наборе грунта, =1,1м/с [5, с. 26 табл.21];

- дальность транспортировки грунта, =300 м;

- средняя скорость движения скрепера с грунтом, =1,5 м/с [5, с. 26 табл.21]; - длина пути разгрузки грунта, м;

м

в - средняя толщина слоя отсыпки,=1,35 м [5, с. 26 табл.21];



- скорость движения при разгрузке грунта, =1,5 м/с [5, с. 26 табл.21];

- длина пути порожнего скрепера, = м;

- скорость движения порожнего скрепера, =2,0 м/с[5, с. 26 табл.21] ;

-время одного разворота скрепера, =10…15 с[5, с. 26 табл.21];

-время переключения скоростей, =12 с [5, с. 26 табл.21];

Рассчитаем сменную производительность скрепера:

[5, с.24]

-продолжительность смены,=8ч;

-коэффициент использования скрепера во времени, равный для скреперов емкостью 3-0,8; 7-0,85

2.1.1 Расчет количества машин и схемы их работы

Так как система разработки в данном проекте выбрана без транспортная, то в этом пункте рассчитаем количество скреперов и необходимых тягачей, для их обслуживания, а также поместим схему производства вскрышных работ скреперами с транспортированием вскрыши на внутренние отвалы.

, шт. [5, с.28]

- сменная мощность карьера по вскрышным работам, ;

,

- средний годовой объем вскрышных работ,

, [1, с.13]

- мощность карьера по ПИ в год,

, [1, с.12]

-эксплутационные запасы ПИ,

- срок эксплуатации карьера, лет

- средний коэффициент вскрыши,

- коэффициент неравномерности вскрышных пород, = 1,1…1,3



- количество смен, =2

- количество рабочих дней в году

-сменная производительность скреперов,

Тогда необходимое число скреперов:

Общий парк скреперов с учетом резервных:

2.2 Отвалообразование вскрышной породы

Отвалообразование - это совокупность операций по размещению и приему вскрышных пород. В зависимости от месторасположения различают: внутренние (в выработанном пространстве карьера), внешние и комбинированные отвалы.

При возведении отвала вначале сооружают насыпь, высота которой зависит от способа ее возведения, а ширина поверху должна быть 5_10 м для размещения транспортных коммуникаций. Отсыпку отвалов ведут в один или несколько уступов _ ярусов. Высота уступа зависит от горнотехнических свойств пород, несущей способности основания и способа механизации отвальных работ. На равнине она составляет 10_30 м при отсыпке рыхлых песчаных и глинистых грунтов. На косогоре высота отвала может составлять 150_270 м.

Вид отвалообразования, а следовательно, и средства механизации для формирования отвала определяются способом перемещения вскрышных пород. В случае транспортировки вскрышных пород автотранспортом используются для формирования отвалов одноковшовые экскаваторы и бульдозеры. Весьма перспективно использование на отвальных работах бульдозеров, погрузчиков, скреперов. Это позволяет примерно в 1,5 раза снизить себестоимость работ.

В нашем случае отвалы внутренние, а отвалообразование скреперное.

Выбираем скрепер ДЗ-33.(Технические характеристики см.2.1)

2.3 Выбор месторасположения и расчет параметров отвала

При выборе места расположения отвалов необходимо учитывать:

1. расстояние транспортирования (оно должно быть наименьшим);

2.отсутствие в месте предполагаемого строительства отвала запасов полезного ископаемого (правилами безопасности и охраны труда запрещается строительство отвалов в пределах разведуемого месторождения, допускается размещение только временных отвалов (срок существования менее 10 лет)).

3. экологические последствия (в дали от жилых массивов, т.е. за приделами санитарно _ защитной зоны, на участках исключающих развитие оползней в карьере или отвале).

4. возможность использования под отвалы естественных выемок и выработанного пространства карьера.

В данном курсовом проекте используется внутреннее отвалообразование, т.е. в приделах выработанного пространства карьера. Тогда площадь выработанного пространства карьера можно рассчитать по формуле:

где

-эксплутационные запасы ПИ,

- мощность ПИ, м

2.4 Средства механизации для формирования отвала, расчет их количества и схемы работы

Скреперы также применяем при формировании отвала. При выемке горизонтальными слоями отвал насыпается равномерными слоями, постепенно достигая необходимой высоты. Ширина насыпного участка отвала равна ширине скреперного забоя.

Схема с размещением вскрыши на внутреннем отвале может быть применена при условии выемки полезного ископаемого на всю мощность. Эта схема экономична и создает условия для проведения рекультивации поверхности.

3. Подготовка полезного ископаемого к выемке и его добыча

Целью подготовительных работ является обеспечение безопасности горных работ, получение сырья необходимого качества, возможность применения машин и механизмов для выполнения технологических процессов.

Подготовка включает следующие виды работ: осушение горных пород, подлежащих извлечению, обеспечение устойчивости откосов уступов, разупрочнение и разрушение породного массива с целью облегчения их выемки, которые могут осуществляться путем механического рыхления, взрыва, насыщения водой, электромагнитным и термическим воздействием и т. д. Наиболее эффективны первые два способа разупрочнения и разрушения, а выбор того или иного способа в первую очередь зависит от физико-механических свойств пород в массиве, наличия на предприятии техники и ее мощности, природных условий, требований к качеству сырья и т. д.

Наибольшей подготовки требуют скальные, полускальные и мерзлые породы. Их подготавливают к выемке, как правило, взрывным способом. На мерзлых породах может применяться механический способ, предварительное оттаивание или предохранение от промерзания. Затраты на подготовку таких пород к выемке составляют 13 -- 28% от общих затрат по добыче полезного ископаемого.

Выемка мягких, плотных и мелкоразрушенных пород успешно проводится всеми видами выемочно-погрузочных машин. Отдельных подготовительных процессов здесь не требуется, за исключением выемки плотных пород, где необходимо применение выемочных машин с повышенными усилиями копания, например одноковшовых экскаваторов, оснащенных мехлопатами. Если усилия этих машин не достаточно, то проводится предварительное механическое рыхление горной породы.

3.1 Обоснование и выбор способа подготовки полезного ископаемого

Так как добываемое полезное ископаемое - кварцевый песок - сыпучая порода и силы сцепления между окатанными частицами практически отсутствуют, поэтому усилия копания в песках минимальное. Дополнительных работ по ее добыче не требуется. Таким образом выемку пород будем производить непосредственно из массива.

Поверхность горных работ в массиве или развале, являющаяся объектом выемки, называется забоем. Различают торцовый, фронтальный, забой-площадка и комбинированный забои.

Выбор типа забоя зависит от свойств пород, условий их залегания и используемого выемочного оборудования.

В результате перемещения забоев в пределах забойного блока последовательно отрабатываются породные полосы, которые называются заходками. По расположению относительно фронта работ уступа заходки бывают продольные, поперечные и диагональные, а по ширине -- нормальные, узкие и широкие. По характеру движения транспортных средств при выемке пород заходки подразделяются на тупиковые и сплошные, а по структуре -- на однородные и разнородные.

3.2 Выбор системы разработки и механизация добычных работ

Систему разработки, определяемую по направлению перемещения пустых пород и способу производства вскрышных работ, выбрали в пункте 2.1.

По заданию курсовой проект: разработка ПИ -- цепными экскаваторами, транспортировка ПИ автомобильным транспортом на расстояние 2 км.

На добычных работах используют цепные экскаваторы малой (до 990 /час) и средней (до 2000/час) производительности с нормальным (до 1 МПа) и повышенным (до 1,5 МПа) усилием копания. По конструкции ходового устройства их делят на: рельсовом, гусеничном, шагающем ходу. При разработке мягких, рыхлых пород используют меньший шаг цепи (4,6).

Для добычных работ выбираем цепной экскаватор ДС - 800.

Техническая характеристика цепного экскаватора ДС - 800 [3, табл. 3.6, стр. 26]:

1. Вместимость ковша, -- 2.

2. Высота (глубина) черпания, -- 22.

3. Производительность, /час-- 1050.

4. Скорость передвижения ковшей, -- 5-15.

5. Масса, т-- 1100.

Расчет количества машин и схемы их работы

Определяем техническую производительность цепного экскаватора:

, ,

где -- коэффициент забоя: во фронтальном забое при параллельных стружках = 1, при веерных стружках = 0,97; в торцевом забое при параллельных стружках = 0,8-0,87, при веерных стружках = 0,85, -коэффициент наполнения = 1,1-2,0; -- паспортная производительность = 1050; - коэффициент разрыхления,=1,15;

Определяем эксплуатационную сменную производительность цепного экскаватора:

,

где -- продолжительность смены, равная ;

- коэффициент потерь,=0,99-1;

- коэффициент управления,=0,93-0,98;

-коэффициент использования,=0,8-0,9.

Определяем годовую производительность экскаватора:

, ,

где -- количество рабочих дней в году, ;

-- коэффициент сменности, равный 0,9.

.

Количество цепных экскаваторов:

, ,

где -- годовой объем добычных работ, ;

,

-эксплутационные запасы ПИ, ;

-- время эксплуатации карьера, ;

;

Тогда количество цепных экскаваторов:

,

Количество экскаваторов с учетом резерва:

.

Высота разрабатываемого уступа не должна превышать глубины черпания цепного экскаватора, т. е.:

, .

Принимаем . Таким образом наш карьер состоит из трех уступов: одного вскрышного и двух добычных.

ПАСПОРТ ЗАБОЯ ЦЕПНОГО ЭКСКАВАТОРА

Ширина рабочей площадки экскаватора:

, ,

где -- ширина заходки экскаватора при нижнем черпании, ,

, ,

-- высота уступа, ;

-- ширина полосы безопасности, ,

,

-- угол устойчивости откоса, равный 30°,

-- угол рабочего откоса уступа, равный 45°;

-- ширина проезжей части, равная 4.

;

;

.

3.3 Транспортировка полезного ископаемого

Для перемещения ПИ на карьерах используют почти все известные виды и технические средства транспорта. Широкий диапазон горных пород существенно влияет на трудность их транспортирования. Пески относят к легко транспортируемым грузам.

Выбор рационального вида транспорта

Карьерный транспорт обеспечивает перемещение горной массы от забоев до пунктов приема, а также доставку вспомогательных грузов в карьер.

Характерные особенности карьерного транспорта:

- массовость и односторонняя сосредоточенная направленность основных карьерных грузов;

- относительно короткие расстояния перемещения;

- значительная плотность, повышенная прочность и образивность

На выбор рационального вида транспорта в карьере оказывают влияние условия залегания месторождения, запасы, физико-механические свойства пород, климатические условия, параметры забоя, масштабы работ и др. Основными факторами, влияющими на выбор вида транспорта, являются расстояние транспортирования, производительность карьера и рациональное сочетание вместимости ковша экскаватора и грузоподъемности автосамосвалов.

В нашем случае используется автомобильный карьерный транспорт. Дальность транспортирования 2 км.

С учетом производительности карьера, расстояния транспортирования горной породы, рационального сочетания вместимости ковша экскаватора и грузоподъемности автосамосвалов, выбираем автосамосвал КрАЗ-256 Б.

Техническая характеристика автосамосвала КрАЗ-256 Б

1. Грузоподъемность, -- 10.

2. Вместимость кузова, --6.

3. Максимальная скорость движения, -- 62.

4. Ширина, -- 2,65.

5. Длина, -- 8,2.

6. Мощность двигателя, -- 175.

7. Расход топлива на 100, -- 60.

8.Масса (без груза), -- 11,5

Расчет производительности и числа единиц транспорта

Сменная производительность одного автосамосвала:

где

- коэффициент использования смены,=0,9

- коэффициент использования грузоподъемности автосамосвала.

- коэффициент,, учитывающий неравномерность перевозок, = 0,8 - 0,95

- время одного рейса автосамосвала, мин.

-- грузоподъемность автосамосвала, ;

- геометрическая вместимость кузова автосамосвала, =6

-- плотность горной породы, равная 1.

-- коэффициент разрыхления породы в ковше экскаватора,= 1,5;

,мин

-- время погрузки автосамосвала, ;

-- время движения автосамосвала с грузом и без груза, ;

, ,

-- длина пути движения, равная 2;

-- скорость движения с грузом и без груза, ;

;

-- время маневров машины, =2-4 мин

-- время разгрузки,=1 мин;

- часовая производительность цепного экскаватора, =1050/час

мин

Количество машин:

,

где

-- коэффициент технической готовности парка, =0,94.

- суточный рабочий парк автосамосвалов.

-- количество рабочих дней в году, ;

- годовой объем перевозок,

Общий инвентарный парк:

Расчет пропускной и провозной способностей дорог

Пропускная способность автодороги определяется максимальным количеством машин, которые могут пройти через определенный пункт в единицу времени:

, ,

где -- расчетная скорость движения, равная 15-- 25;

-- коэффициент неравномерности движения, равный 0,5-- 0,8;

-- интервал следования машин, равный 50.

.

Провозная способность дороги определяется возможным объемом груза, перевозимого по дороге в единицу времени:

, ,

где -- фактический объем породы, перевозимой автосамосвалом, .

.

Провозная способность дороги:

,,

где -- грузоподъемность автосамосвала, ;

-- коэффициент резерва, равный 1,7-- 2,0.

.

Число полос движения:

полосы.

Литература

1. Проектирование карьеров: учебное пособие / С.Г. Оника. - Мн.: БНТУ, 2003. - 224 с.

2. Ржевский В. В. Процессы открытых горных работ.- М.: Недра, 1978 _ 543с.

3. Методические указания к выполнению курсового проекта "Процессы горного производства" / Ф.Г. Халявкин. - Мн.: БГПА, 1998 - 40с.

4. Добыча и переработка строительных горных работ / А.С. Чирков. - М.: МГГУ, 2001. - 623с.

5. Лабораторный практикум по дисциплине "Процессы горного производства" / Ф.Г. Халявкин. - Мн.: БНТУ, 2005 - 53с.

Приложение

Размещено на Allbest.ru