Технология вскрышных и добычных работ на Амазарканском месторождении

Размещено на http://www.allbest.ru/

0

Введение

Горная промышленность - основная сырьевая и топливная база современной индустрии. Главный источник для энергетики и других отраслей народного хозяйства, сырья для черной и цветной металлургии, химической промышленности, для производства удобрений, строительных материалов, применяемых при сооружении промышленных и жилых зданий, дорог и др. Около 70% общего объема природных ресурсов, используемых в народном хозяйстве, приходится на минеральное сырье.

Преимущественное развитие открытого способа разработки объясняется тем, что он по сравнению с подземным во много раз производительнее, экономичнее и безопаснее. Производительность труда при открытом способе разработки в 5-8 раз выше, а себестоимость в 2-4 раза ниже, чем при подземном. И этот разрыв за последние, 30-40 лет продолжает увеличиваться.

Во всех горнодобывающих отраслях ведутся и все больше интенсифицируются работы по рекультивации отвалов, по предупреждению загрязнения атмосферы пылящими поверхностями отвалов и продуктами массовых взрывов, по уменьшению размеров депрессионных воронок в результате осушения карьеров, по сокращению занимаемых земельных площадей, по строительству очистных сооружений.

Работы по охране окружающей среды в производственном процессе открытых горных разработок входят в число основных. Для этой цели на карьерах выделяются значительные средства, создаются специальные службы и развертываются научно-исследовательские изыскания.

Развитие открытых разработок в ближайшие 10-15 лет определяется не только все возрастающими потребностями общества в минеральном сырье и конкурентоспособностью с подземным способом разработки, но также все увеличивающимися экологическими ограничениями. Поэтому в число важнейших первоочередных задач совершенствования технологии открытых разработок на первые места выходят кардинальное снижение негативного воздействия горных работ на окружающую среду и одновременно значительное повышение роли всех звеньев производственного процесса.



1. Общая часть

1.1 Общие сведения об объекте разработки

Амазарканское золоторудное месторождение расположено в верховьях р.Амазаркан Могочинского района Забайкальского края. Расстояние от месторождения до г.Могоча 32 км по грунтовой дороге. Ближайший населенный пункт разъезд Раздольный Забайкальской железной дороги находится на расстоянии 21 км.

Рельеф района месторождения хорошо расчленен, среднегорный и выположенный, с абсолютными отметками от 800 до 1250 м, в районе месторождения - 800-985 м. Превышение относительно р.Амазаркан - 170-185 м. Склон района месторождения ступенчатый, под углом от 8 до 20°, в среднем 8-9°.

Гидросеть района месторождения представлена верхним течением р.Амазаркан с ее боковыми притоками: рч.Безымянный, Саввиха и правая Саввиха. Режим реки и ручьев непостоянный и находится в полной зависимости от количества атмосферных осадков. В зимнее время реки и ручья полностью промерзают.

Растительность района горно-таежная, в районе месторождения без луговых сенокосных угодий. На площади развиты горно-таежные почвы, не пригодные для сельскохозяйственной обработки.

Климат района резко континентальный и характеризуется значительными амплитудами колебаний суточных, месячных и годовых температур - от +18 до - 33°С (среднемесячные), среднегодовая температура воздуха - 5,5°, почвы - 5°С. Количество атмосферных осадков составляет: зимой (ноябрь - март) - 27 мм; весеннее - летнее - осенний период (апрель - октябрь) - 400-450 до 582 мм (среднемноголетние данные).

Низкие среднегодовые температуры и другие факторы способствуют развитию многолетней мерзлоты. Мощность многолетнемерзлых пород колеблется от одного-двух десятков метров до 100-150 м, в районе месторождения от 20 до 70 м, распространяясь от дневной поверхности. Мощность сезонного деятельного слоя характеризуется: глубина сезонного промерзания - от 2,5 до 6,5 м; протаивания - от 3,2 (в нижних) до 7 м (верхних частях склонов).

Месторождение находится в экономически слабо развитом районе. Промышленность представлена предприятиями Забайкальской железной дороги, золотодобывающими старательскими артелями, небольшими предприятиями по заготовке деловой и дровяной древесины, охотничьим промыслом пушного зверя.

Транспортные условия района характеризуются наличием Забайкальской железной дороги (21 км к югу - разъезд Раздольное), грунтовыми дорогами ??? категории между ближайшими населенными пунктами и бездорожьем до месторождения от разъезда Раздольное, а также южнее г.Могоча в 8 км федеральной дорогой, которая открылась в 2004 году. В районном центре г. Могоча в прошлом имелся аэропорт местного назначения, связанный с г.Чита - ныне не действующий.

Строительными материалами - песок, глина, бутовый камень и щебень район обеспечивается за счет местных ресурсов. Разведанных месторождений строительного сырья, в непосредственной близости от месторождения, нет. Ближайшее месторождение кирпичных глин находится в окрестностях г.Могочи. В качестве строительного материала могут быть использованы отвалы пустых (вскрышных) пород при разработке месторождения и отсортированные отвалы при разработке россыпных месторождений золота в долинах рек. Лесостроительным и крепежным материалом объект может быть обеспечен за счет местных ресурсов.

Расположение района показано на рис. 1.



Масштаб 1: 200 000

ОАО ГК «Амазаркан»

Рис. 1. Обзорная карта месторождения



1.2 Геологическая и горнотехническая характеристика месторождения

В схеме структурного районирования Забайкальского края Амазарканское месторождение расположено в юго-западной части Становой складчатой области раннего протерозоя, в пределах Урюмо-Нюкжинской зоны, центральной части Могочинского выступа архейских пород.

В схеме металлогенического районирования район находится в пределах золото-молибденового пояса Восточного Забайкалья, центральной части Итака-Могочинской золоторудной зоны, восточной части Верхнеамазарского рудного узла и центральной части Амазарканского рудного поля.

В геологическом строении района месторождения выделяют два структурных этажа: нижний сложен высоко метаморфизованными стратифицированными архейскими образованиями; верхний - интрузивными и вулканогенно-осадочными породами палеозойского и мезозойского возраста.

Площадь Амазарканского месторождения составляет около 10 км², а непосредственно участка в пределах которого разведаны золоторудные тела - 1,6 км².

Амазарканское золоторудное месторождение находится в южной части Амазарканского рудного поля в бассейне реки Амазаркан. Положение месторождения контролируются зоной интенсивного тектонического дробления в полосе пересечения северо-восточных субмеридиональных нарушений с субширотным поперечным разломом. Вмещающие породы склонны к скарнообразованию и представляют собой благоприятную среду для рудоотложения.

Стратифицированные образования представлены архейскими метаморфическими породами и рыхлыми четвертичными образованиями. Общая мощность архейской толщи 6800-8800 м. Амазарканская свита существенно гнейсогранулитовая с прослоями кристалло-сланцево-основного состава.

Амазарканская свита, сложена преимущественно железомагнезиальными породами биотит-пироксеновыми и дву-пироксеновыми гнейсами.

Четвертичные отложения представлены элювиально-делювиальными отложениями склонов (Кайнозойская группа) мощность 2-4 м. Аллювиальные отложения днищ долин мелких водотоков (мощность 4-6 м) в той или иной степени золотоносные. Дизъюнктивные нарушения являются основной рудогенерирующей системой, одним из главных факторов локализации рудных тел.

В целом площадь месторождения представляет собой тектонический блок ослабленных пород с высокой проницаемостью на глубину и на значительной площади.

На месторождении распространены два типа рудных тел: линейно-вытянутые («Широтная»), прожилково-вкрапленные и линейно жилообразные минерализованные зоны («Северная»). Рудные тела с промышленными концентрациями золота не имеют четких геологических границ и ограничиваются по результатам опробования.

«Северная» рудная залежь простирается на 330 м, мощность залежи 3-5 м на флангах и до 60 м в центральной части, по простиранию - 330 м, по падению до - 150 м (до выклинивания не изучена). Падение на северо-восток под углом 50-75?. «Широтная» рудная залежь линзообразной формы. Простирание широтное с падением на север под углом 60-75?. Мощность от 130 до 70 м., протяженность 408 м. Выклинивание установлено только по простиранию. По падению изучена на 116 м. Мощность рудных полос от 2 до 30 м. Безрудные полосы линзующиеся, мощностью от 3 до 25 м и протяженностью 80-350 м.

Площадка работ расположена на левом борту правого притока р. Амазаркан на склоне юго-западной экспозиции. Местность залесенная, поверхность сухая, каменистая. Район сложен среднезернистыми гранитами, гранито-гнейсами, кровля которых на глубину 3-4 м скрыта элювиальными отложениями дресвяно-щебнистого состава с твердым супесчано-глинистым заполнителем. С поверхности мощность супесчано-глинистых отложений 0,5-1,5 м. Почвенно-растительный слой мощностью 0,1-0,3 м.

На всей площади развита многолетняя мерзлота. Криогенная текстура пород массивная, относительная осадки их при оттаивании не превышает 0,01 м. Пучинистые грунты отсутствуют.

Месторождение относится к золото-свинцово-цинковой формации, собственно сульфидно-кварц-золоторудному типу. Руды малосульфидные, с содержанием сульфидов 8-12 %. Среднее содержание золота в первичных сульфидных рудах 2,5 г/т, серебра 4,7 г/т. Среднее содержание золота и серебра в балансовых окисленных рудах соответственно 2,48 и 5,62 г/т.

Основная масса золота (по классификации Зеленова) относится к мелкому (размер золотинок менее 0,071 мм) - 76%; крупному (размер золотинок более 0,071 мм) - 24%. Золото в окисленных рудах свободно амальгамируемое, с чистой поверхностью 58,2-1,3 %, кварце и породообразующих минералах до 0,3 %. Пробность золота изменяется 803 до 931.

По результатам технологических исследований окисленных руд методом КВ, выполненных в лабораторных условиях, приближенных к полупромышленным, институтом АООТ «Иргиредмет» извлечение золота в раствор составило более 80 %, сквозное извлечение -75% при содержании золота в хвостах выщелачивания 0,45 г/т и времени выщелачивания - 32 суток. По результатам технологических исследований разработан и составлен регламент КВ золота из окисленных руд, разработан проект промышленной установки КВ с извлечением золота в раствор в промышленных условиях не менее 75 %.

Одним из природных факторов, осложняющим инженерно-геологические условия разработки месторождения является наличие многолетнемерзлых пород (ММП). Мощность многолетнемерзлых пород оценивается от 30 до 70 м; кровля устанавливается на глубинах 0,6 до 20 м, подошва - 70-80 м. Температуру мерзлых пород, следует ожидать от - 0,1° до - 1,1°С. Глубина сезонного промерзания составляет 2,5-6,5 м, протаивания - 3,2 до 7,0 м.

Породы, вмещающие рудные тела, характеризуются интенсивной трещиноватостью ??? категории. Оценка показателей категории пород по буримости ?V. Коэффициент крепости по шкале М.М.Протодьяконова равен 10. Коэффициент разрыхления горной массы - 1,72. Насыпная плотность окисленной руды на фракции 1 мм составила 1,30 г/см³, на фракции - 10+0 мм - 1,6 г/см³. Объемная масса руды с естественной влажностью: первичные - 2,86 т/м³. Объемная масса вмещающихся пород - 2,6-2,88 т/м³. Рудные образования и скальные породы относятся к среднеслеживаемым. Коэффициент уплотняемости (слеживаемости) может быть принят равным 0,8. Руды слабоглинистые 1-3%, кроме руд Широтной залежи, где глинистость резко увеличивается. Размокаемость руд установлена только в окисленных рудах.



2. Горная часть

2.1 Обоснование способа разработки

Открытым способом разрабатываются месторождения полезных ископаемых любой формы, залегающие в разнообразных природных условиях. В каждом отдельном случае, выбор открытого способа разработки обосновывается возможностью получения более высоких технико-экономических показателей по сравнению с показателями при подземной разработке. Основное влияние на выбор технологии и механизации горных работ и на общие технико-экономические показатели, оказывает условие залегания месторождения. Несмотря на большее разнообразие этих условий, все они могут быть разделены на характерные типы по наиболее отличительным признакам. Полезные ископаемые добывают из недр земли двумя способами - открытым и подземным.

Открытая разработка ведется непосредственно с земной поверхности и включает два основных вида работ - вскрышные и добычные. Вскрышные работы заключаются в удалении пустых пород, вмещающих полезное ископаемое. Они должны обеспечить доступ к полезному ископаемому и создать условия для его безопасной добычи. В результате вскрышных и добычных работ образуется карьер. Карьером называется комплекс открытых горных выработок, предназначенных и оборудованных для открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Вскрышные и добычные работы ведутся на месторождении совместно, с некоторым опережением во времени и пространстве вскрышными работами добычных.

Добыча полезных ископаемых может производиться лишь после удаления пустых пород, вмещающих полезное ископаемое. Объем удаляемых пустых пород (вскрыши) обычно в 3 - 5 раз превосходит объем добываемого полезного ископаемого. Поэтому основные затраты при открытом способе разработки связаны с вскрышными работами.

Размеры открытых горных выработок по всем направлениям значительны и позволяют применять оборудование больших размеров и мощные заряды взрывчатых веществ. Горнотранспортное оборудование, применяемое при открытой разработке месторождений, характеризуется значительными размерами и высокой производительностью.

Для выемки и погрузки горной массы применяются одноковшовый экскаватор типа KOMATSU PC-750-7 на гусеничном ходу с вместимостью ковша 3 м³ и самоходный погрузчик типа DRESSTA 534 E. Горная масса, разрыхленная в результате проведения буровзрывных работ, грузится экскаваторами и погрузчиками в транспортные средства и вывозится из карьера на поверхность.

Буровые работы производятся станками ударно-вращательного бурения типа СБУ-125. Диаметр скважин 125 мм, глубина скважин 6 м, масса заряда в скважине 195 кг. Перевозка горной массы осуществляется автосамосвалами БелАЗ-540 грузоподъемностью 30 т. Кроме того применяются бульдозеры типа KOMATSU D-355.

На карьерах обеспечиваются более высокая безопасность труда и лучшие производственные условия. Производительность труда на карьерах, как правило, в 5-8 раз выше, а себестоимость в 2-4 раза ниже, чем в шахтах. При этом на карьерах более высокие темпы роста производительности труда.

Сроки строительства карьеров меньше сроков строительства шахт равной производственной мощности. Удельные капитальные затраты на строительство карьеров в 2-4 раза меньше, чем на строительство шахт. При открытой разработке меньше потери полезного ископаемого и легче производить раздельную добычу различных сортов руд.

В данных условиях наиболее выгодно разрабатывать открытым способом, далее в случае надобности увеличить производственную мощность предприятия.



2.2 Границы ОГР

Пользуясь рис. 2 определяем объем карьера

V_к = S_д • Н_к+ ? • P_к • H_к² • ctg?_ср + ?/3 • Н_к³ • сtg?_ср , (1)

где S_д - площадь дна карьера, м²;

H_к - глубина карьера, м;

P_к - периметр дна карьера, м;

?_ср - усредненный угол откоса нерабочих бортов карьера, градус.

Принимаем H_к = 90 м, ?_ср = 45°. Определяем площадь дна карьера

S_д = L • B, (2)

где - длина дна карьера, м;

B - ширина дна карьера, м.

Принимаем = 330 м, B = 60 м.

S_д = 330?60 = 19800 м²

Определяем периметр карьера

P_к = 2(L+B), (3)

P_к = 2?(330+150) = 960 м

Найденные значения подставляем в формулу определения объема карьера.

V_к = 19800?90 + ?9?609?0²?1+1,05?90³?1 = 6435450 м³.

Определяем объем полезного ископаемого

V_п.и. = m_р.т.• L_р.т • В_р.т, (4)

где т_р.т. - мощность рудного тела, м;

L_р.т. - длина рудного тела, м;

В_р.т - ширина рудного тела, м.

Принимаем т_р.т. = 60 м, L_р.т = 330 м, В_р.т = 150 м.

V_п.и. = 60?330?150 = 2970000 м³

Определяем запасы полезного ископаемого по формуле

З = V_п.и. • ? (5)

Принимаем ? = 2,7

З = 2970000?2,7 = 8019000 т

Определяем объем пустых пород

V_п.п. = V_к - V_п.и. (6) V_п.п. = 6435450 - 2970000 = 3465450 м³

Определяем коэффициент вскрыши

K_в. = V_п.п. /V _п.и. (7)

K_в. = 3465450/2970000 = 1,16

Определяем производительность по полезному ископаемому

П_п.и.= З/N, (8)

где N - срок эксплуатации карьера.

П_п.и.= 8019000/6 = 1336500 м³/год

Определяем производительность по вскрыше

П_в.=П_п.и.•К_ср.•К_и (9)

П_в.= 1336500?0,53?1,2 = 850014 м³/год

Рассчитываем производительность по горной массе

П_г.м.=П_п.и.+П_в. (10)

П_г.м.=1336500+850014 = 2186514 м³/год

2.3 Обоснование и выбор системы разработки. Расчет параметров системы разработки

Система разработки наряду со вскрытием является важнейшей составной частью технологии горного производства при открытом способе добыче. месторождение траншея горный добыча

Рациональная, правильно выбранная для данных горно-геологических и организационно-экономических условий система разработки во многом определяет экономичность горных работ, а также их воздействие на окружающую среду.

На данном предприятии применяется нисходящая, по уступная, горизонтальными слоями система разработки. Высота вскрышного и добычного уступа равна 5 м., угол откоса рабочего уступа равен 75°, минимальная ширина рабочей площадки равна 30 м.

Такая система разработки используется с применением автомобильного транспорта. Автомобильный транспорт особенно эффективен при разработке штокообразных залежей при ограниченных размерах карьера в плане. Использование автомобильного транспорта может сочетаться с любой системой разработки. Эффективность применения выбранной системы разработки определяется правильным сочетанием ее основных элементов: высоты уступа, ширины заходки и рабочих площадок, протяженности действующего фронта работ и длины экскаваторных блоков.

Рис. 3 Схема рабочей площадки.

Пользуясь, рис. 3 определяем ширину рабочей площадки по формуле

Ш_р.п.=В_р+С₁ + Т + С₂ + z, (11)

где В_р - ширина развала, м;

С₁ - расстояние от проезжей части до бровки развала, м;

Т - ширина проезжей части, м;

С₂ - расстояние от проезжей части до призмы обрушения, м;

z - ширина призмы обрушения, м.

Принимаем C₁ = 1 м, Т = 6 м, С₂ = 1м, В_р = 43,8 м [формула (24)]

Определяем ширину призмы обрушения

z = H_у (сtg ?_у - ctg ?_р),(12)

где ?_у - угол устойчивого откоса уступа, градус;

?_р - угол откоса рабочего уступа, градус.

Принимаем ?_у = 60°, ?_р = 75°

z = 5(сtg 60° - сtg75°) = 1,5 м

Найденную величину ширины призмы обрушения подставляем в формулу определения ширины рабочей площадки

Ш_р.п. = 43,8+1+6+1+1,5 = 53,3 м.

Определяем высоту разрабатываемого уступа

Н_у<(1,5?1,7) Н_ч.mах, (13)

где Н_ч.mах - максимальная глубина черпанья отвального экскаватора, м.

Принимаем Н_ч.mах = 9,75 м

Н_у< (1,5?1,7)9,75 Н_у < 14,6?16,5 м.

Определяем число добычных горизонтов

N_д.г = m_р.т. / (Ш_р.п.+Н_у (сtg ?_у ± сtg ?)),(14)

где m_р.т. - мощность рудного тела, м;

?_у - устойчивый угол откоса уступа, градус;

? - угол падения залежи, градус.

N_д.г = 60/ (53,3+5(сtg 60°±сtg 70°)) = 0,9?1,1

Принимаем N_д.г = 1

Определяем суммарную длину фронта работ

L_ф.р. =N_д.г. • L_р.т.,(15)

где L_р.т - длина рудного тела, м.

L_ф.р. = 1?330 =330 м

Определяем скорость продвигания фронта работ на уступе

V_ф. = N_э П_э.г / (L_ф.р. • Н_у),(16)

где П_э.г - годовая производительность экскаватора, м³ (формула 55);

N_э - количество экскаваторов на добыче, (N_э. =N_д.г.).

V_ф. = 1?579744 / (330?5) = 351 м/год.

Определяем длину экскаваторного блока, обеспечивающую требуемую скорость подвигания фронта работ

L_б<П_э.г / (Н_у V_ф.),(17)

L_б<579744/(5?351) = 330 м.

2.4 Вскрытие месторождения

Вскрытие месторождения полезного ископаемого - это проведение капитальных горных выработок, открывающих доступ с поверхности ко всему месторождению или его части и обеспечивающих возможность проведения подготовительных работ, необходимых для обслуживания добычных забоев.

Главные цели вскрытия месторождения - создание транспортных связей между очистными забоями и пунктами приема его на поверхности, обеспечение условий для безопасного перемещения людей.

Вскрытие месторождения включает проведение наклонных (капитальных) открытых выработок с поперечным сечением ступенчатой формы или в виде трапеции (траншеи) с поверхности земли или от разрабатываемой части карьера к вновь создаваемым рабочим горизонтам. Непосредственным продолжением капитальной траншеи является горизонтальная выработка с трапецеидальным поперечным сечением - разрезная траншея, проводимая для создания первоначального фронта работ.

Способ вскрытия на данном карьере - временными заездами непосредственно с нулевых отметок поверхности до горизонта 900 м. и далее капитальной траншеей внутреннего заложения в виде спирального съезда.

Вскрытие внутренними траншеями является распространенным при разработке наклонных и крутых месторождений с большой глубиной залегания. Вскрытие внутренними траншеями позволяет значительно сократить объемы выемки пород вследствие расположения траншеи внутри контуров карьера. Внутренние траншеи (съезды) могут быть отдельными для каждого горизонта и общими для всех горизонтов.

Трасса внутренних капитальных траншей располагается на бортах карьера в виде спирали огибающий контур залежи. По мере углубления горных работ трасса принимает форму спирали, по которой можно организовать непрерывное движение транспорта без маневров и остановок. Благодаря этому при спиральных съездах может быть достигнута высокая производительность транспорта и большая пропускная способность траншей.

Место заложения капитальных и разрезных траншей выбирают таким образом, чтобы обеспечить минимальный объем горно-капитальных работ, избежать оставления целиков полезного ископаемого под капитальными траншеями, сократить до минимума дальность транспортирования полезного ископаемого и пустых пород и получить наилучший календарный график по добыче и вскрыше. Капитальные траншеи направляют в сторону расположения отвалов пустых пород или пунктов приема полезного ископаемого. Разрезные траншеи проводят по простиранию залежи на участках, где она ближе всего выходит к поверхности.

2.4.1 Параметры открытых горных выработок

К вскрывающим выработкам относят въездные траншеи (капитальные). Въездные траншеи (капитальные) - это горная выработка, проводимая под наклоном, служащая для доставки людей, оборудования, материалов и вывода пород вскрыши и полезного ископаемого из карьера.

Разрезная траншея - это горизонтальная горная выработка, служащая для создания первоначального фронта работ, проводимая по пустым породам или полезным ископаемым и является продолжением капитальной траншеи.

Отдельной называется траншея, вскрывающая один уступ, групповой несколько уступов, а общей - все уступы карьера. Если направление перемещения горных пород из карьера разное, каждый уступ может вскрываться отдельной капитальной траншеей. Групповые траншеи применяются для разделения грузопотоков вскрышных пород и полезного ископаемого.

Определяющими элементами траншеи является ее глубина, продольный уклон подошвы, ширина основания, длина, углы откосов бортов карьера. Глубина капитальных траншей равна высоте одного или нескольких уступов. На подошве траншеи размещаются транспортные коммуникации, и ширина основания траншеи определяется габаритами транспортных сосудов (например, думпкаров, автосамосвалов). Ширина траншеи понизу определяется двумя условиями: размерами транспортного пути и безопасным расположением оборудования при проведении траншей. В климатических зонах с обильными снегопадами ширину траншеи необходимо увеличивать на 7-10 м, для создания резервных полос движения снегоочистителя и для временного складирования снега.

Углы откосов бортов капитальных траншей зависят от степени устойчивости пород. В крепких скальных породах они принимаются равными 65-75⁰, а в скальных породах трещиноватых 55-60⁰, в осадочных породах 35-55⁰, а в слабосвязанных глинистых 25-40⁰.

Величина уклона капитальной траншеи зависит от величины уклона грузотранспортных путей, которые ограничиваются требованиями безопасного движения транспорта, а также техническими возможностями локомотивов.

Параметры поперечного сечения траншеи: ширина нижнего основания В_т = 30 м; глубина Н_т= Н_у = 5 м; угол откоса бортов ? = 60°; длина траншеи L_тр. = 400 м.

Определяем площадь поперечного сечения разрезной траншеи

S_т = Н_т (В_т+Н_т сtg ?)(18)

S_т = 5(30+5сtg60°) = 162,5 м²

Определяем объем разрезной траншеи

V_р.тр. = Sт ? Lтр.(19)

V_р.тр. = 162,5?400 = 65000 м³

Площадь поперечного сечения капитальной траншеи принимаем равной 162,5 м².

Определяем объем одной капитальной траншеи

V_к.тр. = (Н_т²/ i) (В_т/2+Н_т/3tg ?),(20)

где ? - угол откоса бортов, градусы.

Принимаем i = 0,1; ? = 60 .

V_к.тр. = (5² /0,1)?(30/2+5/3tg60°) = 4458 м³

Определяем общий объем капитальных траншей

V_к.общ. = 2V_к.тр.(21)

V_к.общ. = 24?458 = 8916 м³

2.5 Подготовка горных пород к выемке

Принимаем модель экскаватора, который осуществляет выемку горных пород, KOMATSU PC-750-7, с емкостью ковша 3 м³; коэффициент крепости пород по классификации профессора Протодъяконова 10; трещиноватость горных пород III категории; высота уступа карьера 5 м, угол откоса ? = 60°.

1. Определяем требуемые параметры развала, вынимаемого за три заходки. Определяем ширину экскаваторной заходки

А=1,5R_ч.у.,(22)

где R_ч.у. - радиус черпанья, м.

Принимаем R_ч.у. = 9,75 м.

А =1,5?9,75 = 14,6 м.

Определяем требуемую ширину развала

Вр = А? n_з,(23)

где n_з - кратное число заходок.

В_р = 14,6?3 = 43,8 м.

Определяем ожидаемую высоту развала

h_р ~ (1,2?1,25)Н_у(24)

h_р ~ (1,2?1,25)5 = 6?6,5 м.

2. Определяем параметры скважинного заряда. Выбор диаметра скважины и ВВ.

Принимаем в качестве ВВ граммонит 79/21 , диаметр скважины 125 мм.

Определяем размер кондиционного куска по вместимости ковша экскаватора

d_к =0,75• k_п • Е, (25)

где k_п - поправочный коэффициент;

Е - вместимость ковша экскаватора, м³

d_к = 0,75?1,26?3 = 2,8 м³.

Рассчитываем удельный расход ВВ

q= qэ • k₁ ? k₂, (26)

где qэ - удельный расход ВВ, кг/м;

k₁ - поправочный коэффициент на размер кондиционного куска, м;

k₂ - коэффициент относительной работоспособности для граммонита 79/21

q = 0,98?1,26?1,03 = 1,3 кг/м³

Определяем вместимость 1 м скважины

р =7,85d² ??,(27)

где d - диаметр скважины с учетом разбуривания, дм;

? - плотность заряда в скважине, кг/дм.

р = 7,85?1,25²?0,9 = 11 кг/дм.

Определяем линию сопротивления по подошве уступа

W = 0,9vр/q(28)

W = 0,9?v11/1,3= 4,6 м.

Определяем ЛСПП по условиям безопасности при бурении первого ряда скважин

W_б = Н_у сtg ? + с (29)

W_б = 5?0,5 + 3 = 5,5 м

Условие W >W_б не выполняется. Из условия безопасности, расчетную ЛСПП принимаем W_Р = 6 м.

Расстояние между скважинами в ряду определяем исходя из принципа пропорциональности заряда объему разрушаемой породы

а = 0,8 (р/ q • W_р)(30)

а = 0,8(11/1,3?6) = 5 м

Принимаем расстояние между скважинами в ряду 5 м. Определяем относительное расстояние при принятых параметрах сетки скважин

m = а /W_р(31)

m = 5/6 = 0,83

Полученное значение расстояние сетки скважин не соответствует опыту работы в карьере (т = 0,8-4,4).

Определяем расстояние между рядами скважин при многорядном КЗВ

b = W_Р = 6 м.

Пересчитываем расстояние между скважинами в ряду по формуле

а = b • m (32)

а = 6?0,83 = 5 м.

Глубину перебура определяем по формуле

h_пер = 0,2Н_у (33) (34)

h_пер = 0,2?5 = 1 м.

Принятый перебур соответствует условию

h_пер = (5?10)d (34)

h_пер = (5?10)0,125 = 0,65?1,25 м

Определяем глубину скважины

= Н_у + h_пер (35)

= 5 + 1 = 6 м.

Определяем массу заряда в скважине по формуле

Q_з = q?Н_у?W•а (36)

Q_з = 1,3?5?6?5 = 195кг.

Длину забойки определяем по формуле

l_заб = 20d, (37)

где d - диаметр скважины, м.

l_заб = 20?0,125 = 2,5 м

Длину заряда в скважине определяем по формуле

l_зар = l_c - l_заб (38)

l_зар = 6 - 2,5 = 3,5м.

3. Определяем параметры блока и развалы породы.

Ширину развала породы от первого ряда скважин определяем по формуле

В_р.1 = k_в k_кзvqН_у (39)

где k_в - коэффициент взрываемости породы;

k_кз - коэффициент дальности отброса породы.

В_р.1 = 1?6,2?v0,5?5 = 22 м (40)

Принимаем 22 м. Определяем ширину взрываемого блока

Ш_б = В_р - В_р.1+W_р (41)

Ш_б = 43,8 - 22 + 6 = 27,8 м

Рассчитываем число рядов скважин при b = W_р

n_р = Ш_б /W_р (42)

n_р = 27,8/6 = 4,6

Принимаем n_р = 5 рядов.

Определяем фактическую ширину взрываемого блока

Ш_б.ф = n_р • W_р (43)

Ш_б.ф = 5?6 = 30 м

Определяем фактическую ширину развала взорванной породы

В_р.ф = В_р1+(n_р-1)b (44)

В_р.ф = 22 + (5 - 1)?6 = 46 м

Определяем фактическую ширину экскаваторной заходки

А_ф = В_р.ф / n_к (45)

А_ф = 46 / 3 = 15,3 м

Объем взорванного блока определяем по формуле

V_б = L_б • Ш_б.ф • Н_у , (46)

где L_б - длина взрываемого блока, м.

V_б = 330?30?5 = 49500 м³

Определяем суммарную длину скважин в блоке

?l_с = (L_б/а)n_р ? l_с (47)

?l_с = (330/5) 5?6 = 1980 м.

Определяем выход взорванной горной массы с 1 м скважины

q_г.м = V_б/ ?l_с (48)

q_г.м = 49500/1980 = 25 м³.

Определяем количество ВВ на взрыв блока

Q_б.ф = Q_з•L_б/(а•n_р) (49)

Q_б.ф = 195?330/ (5?5) = 2574 кг.

2.6 Выемочно-погрузочные работы. Выбор оборудования. Расчет потребного количества на вскрыше и добыче

Подготовка к выемке скальных пород осуществляется с помощью буровзрывных работ.

Рыхлые и мягкие породы разрабатываются непосредственно из массива экскаватором или погрузчиком. Однако в мерзлом состоянии они становятся настолько прочными, что разработка их без предварительного рыхления оказывается весьма затруднительной, а иногда невозможной. Обычно механической лопатой с ковшом вместимостью 3 м³ можно разрабатывать без предварительного рыхления слой мерзлой породы мощностью до 0,7 м.

В комплекс работ по подготовке мягких и рыхлых пород к выемке в зимнее время входят: а) предотвращение промерзания площадок и откосов уступов, выемка которых намечена в такое время года (обычно декабрь-март), когда толщина слоя мерзлых пород превышает величину, допустимую для непосредственной выемки; б) оттаивание мерзлых пород путем электрообогрева, поверхностного пожога с помощью горючих газов, пара, воды и т. п.; в) рыхление слоя мерзлых пород посредством буровзрывных работ или механическими рыхлителями.

Определим теоретическую паспортную производительность экскаватора

П_э.п = 60Е?n, (50)

где Е - геометрическая вместимость ковша экскаватора, м;

п - конструктивно-расчетное число циклов в минуту.

П_э.п = 60?3?2 = 360 м³/ч.

Определяем техническую производительность экскаватора

П_т = 3600?Е?kн / (t_ц k_р), (51)

где k_н - коэффициент направления ковша экскаватора;

t_ц - техническая продолжительность цикла;

k_р - коэффициент разрыхления породы в ковше экскаватора.

П_т = 3600?3?0,8/(27?1,52) = 210 м³/ч.

Определяем эксплуатационную производительность экскаватора

П_э = (3600Е/t_ц)(( k_н / k_р ) k_ч.р), (52)

где k_ч.р - коэффициент использования чистого сменного времени работы экскаватора.

П_э = (3600?3/27) ? ((0,8/1,52)0,58) = 122 м³/ч.

Определяем сменную производительность экскаватора

П_см = П_э ? t, (53)

где t - число часов сменного времени.

П_см = 122?11 = 1342 м³/смен.

Определяем суточную производительность экскаватора

П_сут = П_см ? n_см , (54)

где п_см - число рабочих смен в сутки.

П_сут = 1342?2 = 2684 м³/сут.

Определяем годовую производительность экскаватора по формуле

П_г = П_сут • N (55)

П_г = 2684?216 = 579744 м³/год.

На работу экскаватора в скальных породах влияют: качество предварительного разрыхления пород буровзрывным способом; значительные ударные нагрузки на рабочие органы экскаватора; сложность устройства ровных площадок для расположения экскаватора при плохо взорванном забое, вследствие чего появляются неравномерные нагрузки на ходовые устройства, часто приводящие к их излому; неодинаковая высота забоя (развала) в пределах одной заходки.

Схема поперечного сечения и план забоя показаны на рис. 4.

Рис.4 Схема поперечного сечения и план забоя

2.7 Транспортирование горной массы. Выбор оборудования. Расчет потребного количества на вскрыше и добыче

В технологическом комплексе открытых горных разработок транспортировка вскрышных пород и полезного ископаемого является одним из наиболее трудоемких процессов, а по расходам в среднем составляет около 50-60% общей стоимости вскрышных работ на карьере.

Назначением карьерного транспорта является перемещение пород и полезного ископаемого от забоев в карьере до пунктов разгрузки на поверхности. К карьерному транспорту предъявляются следующие требования: обеспечение заданного грузооборота; бесперебойность работы; невысокая трудоемкость работ и высокая их экономичность; безопасность движения и выполняемых работ. Исходя из физико-механических свойств горной массы, условий залегания полезного ископаемого (мощность залежи, конфигурация карьерного поля и др.), расстояния транспортировки, объемов перевозок и других факторов используется автосамосвал типа БелАЗ-540 с грузоподъемностью 30 тонн и вместимостью кузова 15 м³.

Автомобильный транспорт отличается большей маневренностью, поэтому его целесообразно применять при разработке месторождений с извилистыми контурами и небольшим сроком эксплуатации карьера. Целесообразно применение автотранспорта при разработке с высокой скоростью продвигания фронта работ залегающих горизонтально маломощных пластов, проходке траншей и при строительстве карьера.

Определяем число ковшей, разгружаемых экскаватором типа KOMATSU PC-750-7 в кузов автосамосвала типа БелАЗ-540

п_к= V_а /(Е•k_н), (56)

где V_а - вместимость кузова автосамосвала, м³;

Е - вместимость ковша экскаватора, м³;

k_н - коэффициент наполнения ковша экскаватора.

Принимаем, Е = 3 м³;V_а= 15м³; k_н= 0,8.

n_к = 15/(3?0,8) = 6

Общее число рабочих автосамосвалов определяем по формуле

N_р.а = k_нр. • W_с /(П_а.см • n_см),(57)

где k_нр. - коэффициент неравномерности работы; W_с - суточный грузооборот карьера, т; П_а.см - сменная эксплуатационная производительность автосамосвала, т; п_см - число смен в сутки.

Принимаем k_нр. = 1,1; W_с = 2700 т; П_а.см = 450 т; п_см = 2.

N_р..а = 1,1?2700/(450?2) = 3,3

Определяем время погрузки автосамосвала

t_п = n_к ? t_ц, (58)

где t_ц - продолжительность рабочего цикла экскаватора, мин.

t_п = 6?0,27 = 2,42 мин.

Так как часть автосамосвалов постоянно находится в ремонте и проводится техническое обслуживание, то инвентарное число автосамосвалов определяем по формуле

N_и = N_р.а /k_г, (59)

где k_г - коэффициент технической готовности парка.

Принимаем k_г = 0,7?0,8.

N_и = 3,3/0,75 = 4,4

Число автосамосвалов, которые можно эффективно использовать в комплексе с одним экскаватором, определяем по формуле

N_р =T_р / t_п, (60)

где Т_р - время рейса, мин.

Определяем время рейса по формуле

Т_р = t_п + t_дв + t_р + t_м , (61)

где t_п, t_дв, t_р, t_м - время на погрузку, движение, разгрузку и маневрирование автосамосвалов.

Принимаем t_п = 2,42 мин.; t_дв = 5,3 мин.; t_р = 1 мин.; t_м = 0,21 мин.

Т_р= 2,42+5,3+1+0,21 = 9,33 мин.

Полученную величину времени рейса подставляем в формулу определения числа автосамосвалов в комплексе с одним экскаватором

N_р = 9,33 / 3,36 = 2,7.

Принимаем N_р = 3.

2.8 Отвалообразование

Отвалообразование в комплексе вскрышных работ является важным процессом потому, что, во-первых, объем отвальных пород очень значителен (в несколько раз больше объемов добываемого полезного ископаемого), во-вторых, от организации отвальных работ зависит успешность работы вскрышных экскаваторов и транспорта вскрыши.

В настоящее время расходы на отвалообразование составляют 12-15% расходов на вскрышные работы.

Способы отвалообразования зависят, прежде всего, от вида применяемого транспорта и типа рабочего оборудования.

Отвал по своей конструкции представляет собой насыпь горной массы, состоящую, как правило, из нескольких слоев (ярусов) и имеющую в плане в общем случае криволинейную форму или чаще близкую к прямоугольнику.

В один отвал может быть раздельно уложено два-четыре вида пород или некондиционных полезных ископаемых.

Для уменьшения затрат на землю рекомендуется применять поэтапное развитие отвалов, при котором отчуждение земельных площадей под постоянные отвалы производится не сразу в конечных границах, а по очередям.

Существенно важным является то обстоятельство, что средства, сэкономленные в первый период, эффективно используются в течение длительного периода времени в народном хозяйстве, принося ежегодно дополнительный эффект.

Формирование отвала осуществляется в течение всего периода его эксплуатации и завершается, когда в плане он достигает отведенных ему границ (предельных контуров), а в высоту -- проектных отметок.

Процесс формирования отвала начинается с создания пионерной насыпи первого яруса. При автомобильном транспорте пионерная насыпь имеет овальную форму и ограничивается размерами площадки для свободного маневрирования автосамосвалов (приблизительно 100?200 м).

По мере отсыпки пород площадь яруса расширяется до размеров, которые позволяют начать работы и строительство пионерной насыпи на следующем ярусе.

Для отвалообразования при автомобильном транспорте используются в настоящее время бульдозеры KOMATSU D-355.

Автосамосвалы разворачиваются на временной автодороге и задним ходом подъезжают к месту разгрузки. Разгрузка автосамосвалов небольшой грузоподъемности до 30 т. производится на расстоянии 1-2,5 м от верхней бровки отвала. При этом часть выгружаемой породы скатывается непосредственно под откос отвала.

Планировка поверхности производится бульдозерами, которые сдвигают под откос выгруженную на ней породу.

По условиям безопасности на верхней бровке отвала необходимо постоянно устраивать предохранительный вал породы или применять стопорное устройство в виде, например, ограничительного деревянного или металлического бруса.

Разгрузка машин и планировка отвальной бровки производятся обычно на различных участках. Это создает большие удобства в работе машин и повышает безопасность труда. При работе ночью отвальная площадка освещается прожекторами или лампами.

Площадь, требуемую для размещения отвала вскрытых пород, определяем по формуле

S_о =V_п ? k_р / (?₁?Н₁), (62)

где V_п - объем пород, подлежащих укладке в отвал, м;

k_р - коэффициент, учитывающий заполнение площади отвала при отсыпки I яруса;