Обоснование параметров открытой геотехнологии разработки месторождений полезных ископаемых

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Тульский государственный университет

Кафедра геотехнологий и строительства подземных сооружений

Специальность 21.05.04 «Горное дело»

Модуль «Открытая геотехнология»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основы горного дела»

Тема:

Обоснование параметров открытой геотехнологии разработки месторождений полезных ископаемых

Исполнитель: Козлов А.И.

Студент группы 360281

Руководитель проф. Коновалов О.В.

Тула - 2020 г.

Исходные данные для курсовой работы

№ основного варианта	6
Наименование пород	Базальт
Угол падения залежи, град	0
Мощность породы, м	15
Плотность породы, кг/м3	3000
Предел прочности на сжатие, МПа	150
Коэффициент трещиноватости	0,9
Производительность карьера, тыс. м.куб. в год	600
Подготовка горных пород к выемке	БВР
Тип и модель выемочного оборудования	ЭГ
Средства транспортировки	Автомоб.
Дальность транспортирования пород, км	0,9
Размеры карьерного поля, км	2,8х4
Режим работы:
Кол-во дней в году	260
Кол-во смен в сутки	1
Продолжительность смены, час	8

Оглавление

Введение

1. Подготовка горных пород к выемке

2. Выбор и обоснование выемочного оборудования

3. Транспортировка горной массы

4. Мероприятия по охране недр и окружающей среды

5. Рекультивация нарушенных земель

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Открытый способ разработки полезных ископаемых является наиболее перспективным в технологическом, экономическом отношениях, благодаря развитой индустриальной базе и значительным запасам полезных ископаемых, расположенных близко к дневной поверхности. Этим способом в настоящее время добывается примерно ѕ общего объёма твердого минерального сырья, потребляемого народным хозяйством страны. Прогрессивный открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых получает развитие при значительном улучшении экономических показателей на основе совершенствования техники, технологии и организации горного производства, внедрения передового отечественного и зарубежного опыта, природоохранных и ресурсосберегающих технологий.

При работе над проектом была использована разнообразная горно-технологическая литература, научные статьи, опубликованные в специфических изданиях, информация, взятая с Интернет сайтов по горному делу.

В работе рассмотрен буровзрывной способ подготовки пород, выемка и погрузка, транспортирование и отвалообразование, также рекультивация.

1. Подготовка горных пород к выемке Общие сведения

Горные породы, слагающие месторождения полезных ископаемых, разделяются на коренные (магматические, метаморфические и осадочные), залегающие в толще земной коры по месту своего образования, и наносы (переотложенные или перенесенные измельченные породы), покрывающие коренные породы. Горные породы могут находиться в естественном (нетронутый массив) или искусственно измененном (посредством взрыва, механическим или химическим способом и др.) состоянии. При разработке горные породы подвергаются различного рода воздействиям (удару, сдвигу, уплотнению, перемещению и др.), в результате чего изменяется их состояние.

К физико-техническим характеристикам горных пород, характеризующим их как объект открытой разработки, относятся плотность, пористость, влажность, сопротивление различным усилиям, абразивность, вязкость, хрупкость, устойчивость, увеличение объема при разрушении и др.

Таблица 1

Коэффициент крепости (f) пород по шкале Протодьяконова

Категория	Степень крепости	Порода	f
I	В высшей степени крепкие породы	Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы.	20
II	Очень крепкие породы	Очень крепкие гранитовые породы: кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки.	15
III	Крепкие породы	Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды.	10
IIІа	То же	Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчеданы. Обыкновенный песчаник.	8
IV	Довольно крепкие породы	Железные руды. Песчанистые сланцы.	6
IV	То же	Сланцевые песчаники	5
V	Средние породы	Крепкий глинистый сланец. Некрепкий глинистый сланец и известняк, мягкий конгломерат	4
		Разнообразные сланцы (некрепкие). Плотный мергель	3
VI	Довольно мягкие породы	Мягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт: антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, каменистый грунт	2
VIa	То же	Крепкий каменный уголь	1,5
VII	Мягкие породы	Глина (плотная). Мягкий каменный уголь, крепкие наносы (глинистый грунт)	1
VIIа	То же	Легкая песчанистая глина, лесс, гравий	0,8
VIII	Землистые породы	Почвенно-растительный грунт. Торф. Легкий суглинок. Сырой песок	0,6
IX	Сыпучие породы	Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпной грунт, добытый уголь	0,5
X	Плывуны	Плывун, болотистый грунт, разжиженный лесс и др. разжиженные грунты	0,3

По трудности разрушения породы разделяются на пять классов. Каждый класс включает пять категорий:

I класс - полускальные, плотные и связные мягкие породы с 1-й по 5-ю категорию (П_р = 1-5).

II класс - легкоразрушаемые скальные породы с 6-й по 10-ю категорию (П_р = 5,1/10).

III класс - скальные породы средней трудности разрушения с 11-й по 15-ю категорию (П_р = 10,1-15).

IV класс - трудноразрушаемые скальные породы с 16-й по 20-ю категорию (П_р = 15,1-20).

V класс - весьма трудноразрушаемые скальные породы с 21-й по 25-ю категорию (П_р = 20,1-25).

Редко встречающиеся породы с показателем П_р> 25 относятся к внекатегорийным.

Общий показатель трудности разрушения породы П_р определяет относительное сопротивление горных пород при воздействии внешних усилий и предназначен для общей технической оценки горной породы как объекта разработки.

Вскрытие горизонтальных и пологих месторождений

Этапы вскрытия при разработке горизонтальных и пологих месторождений включают обычно проведение одной или двух внешних капитальных траншей, разрезных траншей по вскрышным породам и по полезному ископаемому. После проходки разрезной траншеи по вскрышным породам отрабатывают две-три заходки и создают тем самым необходимое опережение вскрышных работ для проходки разрезной траншеи по полезному ископаемому.

Последовательность развития работ при вскрытии горизонтального пласта:

· с поверхности до кровли пласта проводят наклонную капитальную траншею;

· затем горизонтальную разрезную траншею;

· один борт траншеи разносят, освобождая рабочую площадку, ширина которой должна обеспечить размещение оборудования и возможность проведения разрезной траншеи по пласту;

· проведение второй капитальной траншеи, которая опускается на почву пласта, проведение разрезной траншеи по пласту, в результате создается фронт вскрышных и добычных работ.

Обоснование главных параметров карьера

Главными параметрами карьера являются объем горной массы, конечная глубина, размеры по подошве, углы откосов бортов, запасы полезного ископаемого, объем вскрыши и полезного ископаемого, высоты уступов, размеры на уровне дневной поверхности.

Углы откосов бортов карьера на момент погашения горных работ определяются конструкцией бортов и условиями устойчивого равновесия слагающих его пород. В конструктивном отношении борта карьера могут включать откосы уступов, предохранительные и транспортные бермы, основания капитальных траншей.

Запасами полезного ископаемого определяются возможный масштаб добычи, срок существования карьера и экономические показатели разработки. Запасы полезного ископаемого, разведенные в контурах месторождения, называются геологическими. Геологические запасы полезного ископаемого по их народнохозяйственному значению разделяются на балансовые и забалансовые.

Балансовыми называются запасы, удовлетворяющие требованиям кондиций. Их разработка в данное время экономически целесообразна.

Забалансовыми называются запасы, разработка которых в данное время экономически нецелесообразна вследствие малого количества, малой мощности залежи, сложных условий эксплуатации и др.

Промышленные запасы - это часть балансовых запасов, подлежавшая извлечению из недр за время существования карьера. Промышленные запасы карьера определяются путем исключения проектных потерь из балансовых запасов. Проектные потери - это часть балансовых запасов, проектируемая к безвозвратному оставлению в недрах. Часть промышленных запасов, извлеченная из недр в период строительства карьера, называется попутной добычей, а разность между промышленными запасами и попутной добычей - эксплуатационными запасами.

Запасы полезного ископаемого в установленных контурах при заданной мощности и размерах контура подсчёта запасов составляют:

Vпи = SпЧHпи, м³,(1.1)

где Sп - площадь контура, м²;

Sп = 2800Ч4000 = 11200000 м².

Нпи - средняя мощность полезного ископаемого, м.

Vпи = 11200000*15 = 168000000 м³.

Производственная мощность, срок службы, режим работы карьера

· число рабочих дней в году - 260;

· число рабочих дней в неделю - 5;

· количество смен в сутки - 1;

· продолжительность смены - 8 час.

Срок службы карьера:

Р = Vпи_./Аг, год (1.2)

Vпи - запасы полезного ископаемого в контурах карьера, 168000000 м³;

Аг - годовой объем добычи, 800000 м³/год

Р = 168000000/800000 = 210

Срок эксплуатации карьера 210 лет.

2. Выбор и обоснование выемочного оборудования

Качество полезного ископаемого и динамика его колебаний зависят от двух основных показателей: геологического строения месторождения и технологии производства добычных работ.

Стандартное выемочное оборудование для производства открытых горных работ не обеспечивает эффективную селективную разработку сложноструктурных залежей минерального сырья, что приводит к его потерям и разубоживанию в процессе выемки, увеличению масштабов производства работ и, как следствие, увеличению площадей нарушенных земель.

Для обеспечения эффективности взрывной отбойки пород заряды ВВ необходимо размещать внутри массива горных пород в искусственно создаваемых полостях (зарядные камеры).

В качестве зарядных камер используют в основном скважины различных размеров. При диаметре скважин до 75 мм и глубине до 5 м их называют шпурами, при более значительных размерах - взрывными скважинами (относительно редко ВВ размещают непосредственно в специальных горных выработках, называемых минными).

Определенное количество ВВ, подготовленное к взрыву, называют зарядом ВВ. В зависимости от типа взрывных камер различают методы отбойки пород зарядами, которые расположены в шпурах (шпуровые заряды), во взрывных скважинах (скважинные заряды) и в минных выработках (камерные заряды).

При проведении разведочных выработок почти во всех случаях порода отбивается шпуровыми зарядами. Область распространения отбойки скважинными зарядами при разведке месторождений ограничивается проведением в некоторых случаях открытых и иногда подземных горных выработок. Отбойку пород, выполняемую взрыванием камерных зарядов, используют только на горных предприятиях (при разведке месторождений она практически не применяется).

Таким образом, при горно-разведочных работах взрывной отбойке предшествует в основном бурение шпуров. При бурении происходят последовательные разрушения поверхности забоя шпура или скважины и извлечение продуктов разрушения на поверхность. Рассматриваемый процесс состоит из следующих основных операций: подготовка и установка бурильной машины, бурение с очисткой скважины от продуктов разрушения, наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборки после окончания работ, смена изношенного бурового инструмента.

Таблица 2.1

Параметры шпурового метода

Высота уступа	ЛСПП, м	Глубина шпура, м	Расстояние между	Масса заряда в шпуре, кг
			шпурами в ряду, м	рядами шпуров, м
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0	0,5 0,9 1,2 1,55 1,6 1,6	0,5 1,1 1,6 2,2 2,7 3,3	0,55 1,0 1,4 1,9 1,9 1,9	0,5 0,9 1,2 1,55 1,6 1,6	0,2 0,5 0,85 1,5 2,0 2,5

По характеру разрушающего воздействия способы бурения шпуров и скважин можно разделить на механические, немеханические (физико-химические) и комбинированные (рис. 1.1).

В условиях геолого-разведочных работ породу при бурении разрушают с помощью передачи на забой через буровой инструмент механических нагрузок, т.е. механическими способами. При таких способах бурения на забой передают сжимающие нагрузки, вызывающие в породе напряжения сжатия, которые трансформируются в напряжения сдвига, среза, растяжения. Когда эти напряжения превышают предел прочности, порода на забое разрушается. В табл. 1.1 приведены области применения способов бурения в зависимости от крепости горных пород.

В крепких породах применяют ударные способы бурения. В мягких породах эффективнее применять способы, в которых преобладает резание.

Важной операцией при бурении является удаление шлама из шпура (скважины), которое осуществляется водой, воздушной струёй или механически.

Различают колонковое бурение с отбором керна, когда по периферии сечения забоя выбуривается кольцевое углубление, а центральная неразрушенная часть породы (керн) извлекается с помощью специальных керноподъёмников на поверхность, и бурение сплошным забоем, когда буровой инструмент разрушает всю площадь забоя.

По способу удаления продуктов разрушения с забоя различают периодическую (с помощью желонок, различных буров и грунтоносов) и непрерывную очистку. Последняя осуществляется механически с помощью витых штанг и шнеков (при вращательном бурении) и циркулирующим жидким аэрированным или газообразным агентом (при вращательном и ударном бурении).

По способу подачи промывочного агента к забою различают прямую очистку, при которой агент движется внутри бурового става, омывает забой и вместе с продуктами разрушения поднимается по затрубному пространству на поверхность, и обратную очистку, при которой промывочный агент подается по затрубному пространству, поступает вместе с продуктами разрушения внутрь бурового става и поднимается на поверхность.

Рис. 1.1 Классификация способов бурения шпуров и скважин

По виду используемой энергии различают ручное бурение, когда все операции выполняются вручную, и машинное (с помощью электрической, пневматической и гидравлической энергии), когда все процессы бурения выполняются с применением различных механизмов для разрушения горной породы и транспортировки продуктов разрушения на поверхность.

Бурение скважин и шпуров осуществляется разнообразными бурильными молотками, буровыми станками и установками, которые характеризуются разными принципами воздействия бурового инструмента на забой и очистки скважин или шпуров при бурении от продуктов разрушения.

Производительность бурильной машины характеризуют числом метров скважин, пробуренных машиной за рабочую смену. Время (мин) на бурение 1 м скважины:

Т = Тп.з. + Т0 + Тв.с. + Тр.п.,

где Тп.з. - продолжительность подготовительно-заключительных операций (прием и сдача смены, приведение забоя в безопасное состояние и др.), отнесенная к 1 м скважины (шпура), мин; Т0 - продолжительность основной операции - бурение 1 м скважины, мин; Тв.с - продолжительность вспомогательных операций, отнесенная к 1 м скважины (шпура), мин; Тр.п - продолжительность регламентированных перерывов (отдых и др.), мин.

Сменная производительность (м/смену) бурильной машины по бурению

L = 60 · Tсм / Т,

Как видно из формул (1.1) и (1.2), производительность буровых машин повышается при уменьшении времени на подготовительно-заключительные и вспомогательные операции, которые в общем балансе времени составляют иногда значительную долю. Продолжительность подготовительно-заключительных операций можно уменьшить, например, вследствие сокращения времени на подготовку к бурению путём автоматизации управления буровыми машинами и установки их на самоходные платформы. Вспомогательное время в основном складывается из времени на наращивание става штанг, смену инструмента и спускоподъемные операции, вызываемые необходимостью смены инструмента.

Механическая скорость бурения хмех (м/мин) выражается длиной скважины, пробуренной в единицу чистого времени бурения:

хмех = 1/Т0.

Механическая скорость бурения зависит от свойств горных пород, конструкции инструмента, некоторых энергетических и режимных параметров буровых машин.

При рассмотрении процесса разрушения следует учитывать волновые явления при передаче энергии и разрушении породы.

В процессе разрушения время внедрения инструмента на глубину 3…5 мм составляет 200…400 мс. В течение этого времени начальный импульс распространится в породу на 80…160 см при средней скорости распространения волн в породе 4 км/с.

На рис. 1.2 приведён график изменений усилий в зоне разрушения

При динамических воздействиях максимальная глубина внедрения инструмента значительно меньше глубины разрушения, поскольку в процессе разрушения между породой и инструментом образуется зона разрушенной породы, через которую передается энергия.

При малых скоростях внедрения инструмента картина несколько меняется, поскольку инструмент, внедряясь, разрушает отдельные выступы и кристаллы породы, дробит их на мелкие частицы и тем самым создает хороший контакт инструмента с породой. Постепенно происходит нагружение породы под всей рабочей поверхностью инструмента. При его дальнейшем внедрении нормальные напряжения в породе будут увеличиваться до тех пор, пока их критическое значение не распространится на слой толщиной, равной среднему размеру кристаллов, образующих породу.

Рис. 1.2. График изменения усилий с увеличением глубины внедрения инструмента в породу при малых (1) и больших (2) скоростях

Рис. 1.3. Схема разрушения породы при вращательном бурении: а - внедрение резца в породу и её скол; б - колебание потребляемой мощности двигателем вращателя при бурении

Рис. 1.4 Схема разрушения породы при ударном бурении: 1 - зона дробления; 2 - зона скола; Р_уд - усилие удара

Рис. 1.5 Схема разрушения пород при ударно-вращательном (а) и вращательно-ударном (б) бурении; F - крутящий момент; P - статическое усилие; h - углубление внедрения резца

Процесс разрушения породы на забое вращающимся резцом включает два повторяющихся цикла: вдавливание режущих лезвий под действием осевого усилия Рос с образованием перед ними определённого объёма тонкоизмельченной породы и скола породы под действием крутящего момента Мкр в виде стружки перед режущим лезвием (рис. 1.3, а).

В процессе разрушения породы перед передней гранью резца сопротивление продвижению лезвия и потребляемая мощность двигателя сверла N увеличиваются до максимума, а после скола породы - снижаются до минимума. Цикличность этого процесса во времени и показана на рис. 1.3, б. Таким образом, происходит объёмное разрушение слоя породы. Следующий слой разрушается при новом нагружении породы до предельного состояния.

Если скорости внедрения инструмента большие, то частицы очередного разрушенного слоя породы не успевают существенно переместиться в стороны из-под лезвия инструмента вследствие больших сил трения, возникающих между отдельными частицами. Поэтому сила сопротивления, обусловленная деформированием горной породы, практически не изменится после объемного разрушения её очередного слоя, что подтверждается плавным характером графика.

В процессе динамического внедрения инструмента в породу (рис. 1.4) вначале происходит её разрушение на мелкие частицы, затем при дальнейшем продвижении инструмента вглубь пласта появляются трещины. При дальнейшем внедрении инструмента послойно образуется зона объёмного разрушения. На контакте инструмента с породой возникают трещины, которые распространяются по пласту, вследствие чего по краям зоны разрушения происходит откол породы (рис. 1.4).

В зависимости от способа бурения и породоразрушающего инструмента существуют различные схемы взаимодействия инструмента с породой. На рис. 1.5 приведена схема процесса разрушения породы при ударном бурении. Профессор А.Ф. Суханов рассматривал систему сил сопротивления породы внедрению в неё инструмента клиновидной формы при ударном бурении без учёта механизма разрушения породы. При внедрении в породу поршня под лезвием инструмента с определенной поверхностью притупления формируется зона тонкоизмельченной породы. После завершения разрушения лезвие следует повернуть на такой угол, чтобы при следующем внедрении произошел скол секторов породы между смежными ударами (см. рис. 1.6).

Рис. 1.6 Схема механизма разрушения породы при ударном бурении: 1 - зона дробления; 2 - разрушенный слой; 3 - зона растрескивания; 4 - зона скола

В процессе нескольких ударов разрушается большой объём породы.

При вращательном бурении разрушение горных пород производит резец, который под действием осевого усилия внедряется в породу, перемещается поступательно и, вращаясь, разрушает ее по площади забоя шпура. Резец, пройдя определённый путь до соприкосновения с ненарушенным массивом породы, наносит по породе удар. Сопротивление движению резца резко возрастает, перед режущей гранью образуется разгруженный слой, и цикл разрушения повторяется вновь.

Оптимальные режимы бурения для конкретных условий работы устанавливают в основном экспериментально.

При использовании шарошечного долота происходит поступательное движение его зубка с переменной скоростью (от максимального значения до нуля), а также вращательное движение зубка в процессе внедрения в породу и скольжение его по забою, т. е. движение шарошки подобно движению по плоской поверхности катка с острыми зубьями.

При скольжении по забою, вследствие того, что глубина разрушения породы всегда больше глубины внедрения зубка, последний не производит дополнительного разрушения, а только способствует очистке забоя от продуктов разрушения.

При разработке месторождений полезных ископаемых основными и наиболее распространенными способами бурения взрывных скважин (шпуров) являются ударный, вращательный и ударно-вращательный.

При бурении крепких и весьма крепких пород, имеющих коэффициент крепости по шкале профессора М.М. Протодьяконова от 10 до 20 (VIII-XII категории буримости по шкале ЕНВ), преимущественное применение имеют буровые машины ударного действия. Вращательные буровые машины в зависимости от рабочих качеств породоразрушающих инструментов применяются для бурения горных пород самых различных физико-механических свойств, от самых мягких до самых твёрдых.

Буровые машины ударно-вращательного действия применяются при бурении горных пород с коэффициентом крепости f = 6…16.

Буровые машины, используемые при проведении буровзрывных работ, нашли применение на геолого-разведочных работах, при эксплуатационной разведке. Применение высокопроизводительных горнобуровых машин для проходки разведочных скважин взамен проведения горноразведочных выработок ускорило темпы геолого-разведочных работ при снижении их стоимости.

Большие возможности для ускорения разведочных работ даёт метод бескернового бурения с применением каротажа скважин.

Понятие о взрыве и взрывчатых веществах

Выделяют четыре основных условия, которым должна удовлетворять химическая реакция для того, чтобы она могла протекать в форме взрыва: экзотермичность (выделение тепла), образование газов, большая скорость реакции, способность к самораспространению.

Первое условие - любое превращение, протекающее с поглощением тепла, не может быть взрывом.

Разогрев газообразных продуктов взрыва до температуры в несколько тысяч градусов и их последующее расширение происходит за счёт тепловой энергии реакции. Чем больше теплота реакции и скорость её распространения, тем больше механическое действие взрыва. Теплота реакции является критерием работоспособности современных ВВ и она составляет 3760…7500 Дж/кг.

Второе условие определяет особенности использования выделяющейся энергии. Если вся энергия выделяется в виде тепла, то переход происходит путём медленного процесса теплопередачи. Это характерно для горения вещества, когда повышение давления при отсутствии оболочки незначительно и механическое действие продуктов реакции невелико. Газы и пары воды, находясь в начальной стадии взрыва в чрезвычайно сжатом состоянии, расширяясь, переводят потенциальную энергию ВВ в механическую работу. При нормальных условиях (давление 101,3 кПа; Т = +15°С) 1 кг промышленных ВВ образует 700…900 л газов, температура которых 3000…4000°С. Максимальные давления в месте взрыва достигают сотен тысяч атмосфер, что на два-три порядка превышает предел прочности горных пород. Кроме того, резкий скачок давления приводит к образованию в горной породе ударной волны, переходящей затем в волну напряжения, распространяющуюся со скоростью звука.

Третье условие - большая скорость реакции - определяет скорость энерговыделения, т.е. ту огромную мощность, которая характерна для взрыва. Переход к конечным продуктам реакции происходит при взрыве за стотысячные или даже миллионные доли секунды, что и определяет его энергетические преимущества по сравнению с обычным горением химических веществ. Критерием быстроты протекания процесса взрывчатого превращения служит линейная скорость распространения взрыва по заряду, которая для современных ВВ составляет 2…9 км/с.

Способность к самораспространению - четвёртое условие взрыва - обеспечивает превращение всего вещества при локальном его возбуждении.

Известно, что в реакциях участвуют только активные молекулы, тогда как обычные неактивные молекулы химически инертны. Активируют молекулы, расходуя так называемую энергию активации. Способность реакций к самораспространению зависит поэтому от соотношения между энергией реакции Q и энергией активации Е (рис. 2.2). Вещество может быть взрывчатым, если теплота реакции больше энергии активации, т. е. больше той энергии, которая затрачивается на возбуждение реакции. Природа возбуждения реакций тепловая, хотя источники инициирования взрыва могут быть механические, электрические, взрывные, тепловые и др.

Элементарный состав ВВ представлен, как правило, углеродом, водородом, кислородом и азотом. Соответственно, продукты взрыва могут состоять из следующих газов: СО2; СО; Н2; О2; СН4; NН3; NO; NO2.

Кроме того, в продуктах взрыва могут находиться и твёрдые вещества, углерод, оксиды металлов, их соли и т.п.

На карьерах разрешается применять ВВ с кислородным балансом, отличным от нулевого, однако при крупных взрывах и при взрывании на глубоких горизонтах карьеров при определении опасной зоны необходимо учитывать направление движения газового облака после взрыва, чтобы избежать случаев отравления рабочих. С увеличением глубины карьеров целесообразность применения ВВ с нулевым кислородным балансом с точки зрения санитарно-гигиенических условий атмосферы и охраны окружающей среды увеличивается.

Для придания определённых свойств при изготовлении смесевых ВВ в их состав вводят следующие компоненты: горючие вещества, окислители, сенсибилизаторы, стабилизаторы, флегматизаторы и пламегасители (последние только в составе предохранительных ВВ).

Горючие вещества вводятся в состав ВВ для увеличения количества энергии, выделяемой при взрыве. В качестве горючих веществ применяют твёрдые или жидкие компоненты (как правило, невзрывчатые, типа тонкоизмельченного угля, древесной муки, солярового масла), богатые углеродом и водородом, или пудры (алюминия, магния и т.д.), способные легко окисляться и выделять большое количество тепла и газов. Роль горючих веществ выполняют также некоторые взрывчатые компоненты (тротил, гексоген и т.п.), имеющие в своём составе недостаточное количество кислорода для полного окисления углерода. При этом часть углерода реагирует с избыточным кислородом окислителя, повышая тем самым общую энергию взрыва.

Окислители содержат избыточный кислород и вводятся в состав ВВ для окисления горючих элементов. В качестве окислителя применяют аммиачную, калиевую и натриевую селитры, перхлораты калия и натрия, жидкий кислород и т.д.

Детонация - чрезвычайно быстрое распространение ударной волны по ВВ с постоянной сверхзвуковой скоростью порядка нескольких тысяч метров в секунду.

Ударная волна характеризуется скоростью распространения, превышающей скорость звука, и резким скачкообразным изменением параметров вещества - давления, плотности, температуры.

Формирование и характер распространения ударных волн определяются фундаментальными законами физики о сохранении массы вещества, изменении количества движения и энергии частицы. Совокупность ударной волны и прилегающей к ней зоны взрывчатого химического превращения ВВ называется детонационной волной.

3. Транспортировка горной массы

взрывной горный порода выемка отвалообразование

Карьерный транспорт задействован на перевозках базальта из забоя на ДСФ, вскрышных пород на отвалы, первичных отходов и отсевов от ДСФ на отвалы, плодородного слоя на временные склады. Специфику горных работ обусловливает следующие основные особенности работы карьерного транспорта:

1 - значительный объем и сосредоточенная (односторонняя) направленность перемещения карьерных грузов при относительно небольшом расстоянии транспортирования;

2 - периодическая передвижка транспортных коммуникации в связи с постоянным изменением положения пунктов погрузки (забоев) и разгрузки горной массы;

3 - движение в грузовом направлении происходит, как правило, с преодолением значительных подъемов;

4 - повышенные прочность и мощность двигателей транспортного оборудования, что вызвано большой плотностью, повышенной крепостью, абразивностью, неоднородной кусковатостью горной массы.

Интенсивность работы карьерного транспорта характеризуется грузооборотом карьера, который определяется количеством груза (в кубометрах или тоннах), перемещаемого в единицу времени (час, смена и т.д.). Масштаб горных работ на карьере определяется величиной грузооборота. Он слагается из объемов перевозок вскрыши, полезного ископаемого и хозяйственно-технических грузов. Основной объем в грузообороте обычно составляет вскрыша. Минимальный объем приходится на хозяйственно-технические грузы.

Грузооборот (или часть его), характеризуемый устойчивым во времени направлением перемещения, называется грузопотоком. Грузопоток называется сосредоточенным, если все грузы перемещаются из карьера на поверхность в одном направлении по одним транспортным коммуникациям, в противном случае грузопоток называется рассредоточенным.

С точки зрения лучшего использования транспортных коммуникаций и оборудования минимальное число грузопотоков является более желательным. Однако при значительном грузообороте, большой протяженности карьерного поля, наличии нескольких пунктов разгрузки и их разобщенности, а также в некоторых других случаях рассредоточение потока является технически необходимым и экономически целесообразным.

При формировании грузопотоков обычно стремятся к разделению грузов по качественному признаку (вскрыша и полезное ископаемое) и пунктам назначения. Грузооборот карьера и отдельные грузопотоки изменяются по мере развития горных работ.

Вопрос о выделении отдельных грузопотоков решается при проектировании карьера на основании технико-экономических расчетов (с учетом схемы вскрытия месторождения).

В зависимости от принципа действия различают транспорт цикличного (прерывного) и непрерывного действия.

Продолжительность цикла оборота складывается из продолжительности погрузки, продолжительности движения с грузом к пункту разгрузки, продолжительности движения к месту погрузки и продолжительности пауз между перечисленными операциями.

При цикличном транспорте (железнодорожный, автомобильный) погрузка, движение с грузом, разгрузка и движение без груза осуществляются последовательно. При транспорте непрерывного действия (конвейерный, гидравлический) эти операции совмещаются.

Модели автосамосвалов приняты исходя из рационального соотношения ёмкости кузова автосамосвала и ковша экскаватора. На вскрышных работах и на добыче базальта будут приняты в качестве основного звена цикличного транспорта автосамосвалы Komatsu HD325-6.

Таблица 3.1

Исходные данные по автотранспорту

Наименование	Ед. изм.	Добыча базальта	Вскрыша внешняя	Отходы от ДСФ
1. Режим работы:
А) количество рабочих дней в году	дней	260	200	260
Б) количество смен в сутки	смен	1	1	1
В) количество рабочих дней в неделе	дней	5	5	5
Г) продолжительность смены	час	8	8	8
2. Группа пород по СНиП
3. Объемная масса	т/м3	3	1,9	1,6
4. Коэффициент разрыхления в транспортном сосуде		1,4	1,25	1,5
5. Тип погрузочного механизма		Экскаватор Komatsu PC1250-7	Экскаватор Komatsu PC400-7	бункер
6. Емкость ковша	м3	5,9	2,0	-

Определение необходимого числа автосамосвалов

В качестве основного звена цикличного транспорта будут приняты автосамосвалы Komatsu HD325-6 на вскрышных работах и на добыче базальта.

Перевозка отходов дробления базальта предусматривается автосамосвалами Komatsu HD325-6.

Расчет количества автосамосвалов, обслуживающих грузопотоки, выполнен с учетом коэффициента суточной неравномерности перевозок (К_н = 1,1) и коэффициента технической готовности (К_т = 0,8).

Сменная норма выработки на один автосамосвал определена согласно ЕНВ-79 по формуле:

Т_см-Т_п.з-Т_л.н

Нв = ------------------------ х Qа, м³/см

Т_об

Расчет времени одного оборота (рейса) выполнен по формуле:

60

Тоб. = 2 х Р х ------ х Тпогр. + Тразгр. + Тож.

V

Потребное количество автосамосвалов в работе определено как:

Пк х Кн

Nр = ----------------------, шт

Нв х Ки х Ксм

Где: Кн = 1,1; Ки = 0,94;

Ксм = 0,86. При расчете Ксм применялись следующие поправочные коэффициенты:

0,97 - учитывающий подчистку подъездов к экскаватору;

0,97 - учитывающий очистку и профилактическую обработку кузова;

0,91 - среднегодовой зимний коэффициент.

Инвентарный парк автосамосвалов определен по формуле:

Np

Nинв. = -------, шт

Кт

Где Кт - коэффициент технической готовности, равный 0,8 - для 2-х сменного режима работы, 0,85 - для односменного, 0,7 - для трехсменного.

Карьерные автодороги

Проектом предусматриваются дороги на транспортных бермах, на съездах, на горизонты отработки и в забоях, въездах на внешние отвалы и на отвалах.

По своему назначению автодороги, согласно СНиП 2.05.02-85, отнесены к производственным постоянным и временным дорогам.

На рабочих площадках предусматривается устройство временных профилированных дорог, которые по мере продвижения фронта работ, заменяются на постоянных участках щебеночным покрытием с поверхностной обработкой вяжущими материалами.

Для обеспечения безопасности движения автомобильные дороги оборудуются ограждениями и дорожными знаками в соответствии со СНиП 2.05.02.02-85.

Конструкция карьерных автодорог на проектируемом карьере двух типов. Дорога первого типа проходит во въездной траншее, на транспортных бермах, въездах на отвал и характеризуется следующей конструкцией.

В основание дороги отсыпается мелкозернистый песок толщиной 30 см. Выше отсыпается щебень фракционный, уложенный по способу заклинки и обработанный жидким битумом методом смешения на дороге (толщиной слоя 24 см). Обочина укрепляется россыпью щебня толщиной 10 см.

Дороги второго типа проходят на рабочих площадках.

Дороги этого типа отсыпаются отходами дробления толщиной 20 см.

Таблица 3.2

Основные технические условия, принятые для проектирования внутрикарьерных автодорог

№п/п	Показатели	Един. изм.	Наименование автодороги
			На съездах	На рабочих площадках	На постоянных участках
1	Категория дороги	-	III-K	III-K	III-K
2	Расчетная скорость движения, средняя	км/час	15	15	25
3	Число полос движения	пол.	2	2	2
4	Ширина проезжей части	м	11	11	11
5	Ширина обочины	м	1,5	1,5	1,5
6	Ширина земляного полотна	м	14	14	14
7	Наименьший радиус кривых в плане	м	25	25	25
8	Наибольший профильный уклон	%о	80	80	80
9	Радиусы вертикальных кривых: а) выпуклых б) вогнутых	м м	200 50	200 50	500 100
10	Расчетные расстояния видимости: а) поверхности б) встречного автомобиля	м м	30 60	30 60	40 80

Электроснабжение на карьере

Токоприемниками на карьере являются:

- отопительные и осветительные приборы вагончиков промплощадки

- наружное освещение промплощадки

- рабочих мест производства горных работ

По степени надежности электроснабжения указанные токоприемники относятся к потребителям III категории. Будет применена система сети с изолированной нейтралью.

Для местного освещения применяются прожектора и светильники, установленные на машинах.

Кабельные линии прокладываются по поверхности на деревянных козлах.

Подключение кабельных линий производится при помощи автоматических выключателей типа АП-50Б, которые служат одновременно аппаратами управления освещением и защитой электроприемников от коротких замыканий.

Конкретные площадки для размещения указанного оборудования определяются по месту работ персоналом карьера с учетом обеспечения наилучшей освещенности фронта горных и отвальных работ.

Для защиты людей от поражения электрическим током устанавливаются реле утечки УАКИ, автоматически отключающие сеть при опасных токах утечки.

Заземление

В соответствии с РД 06-572-03, ПБ 03-498-02 и ПУЭ все металлические нетоковедущие части электроустановок и оборудования подлежат заземлению. Для создания безопасных условий эксплуатации электрооборудования проектом предусмотрено выполнение центрального заземляющего устройства (ЦЗУ) в районе передвижной дизельной электростанции и местных заземляющих устройств.

Монтаж заземления выполняется согласно требованиям ПУЭ.

Расчет производительности экскаватора Komatsu PC1250-7.

Теоретическая производительность:

, мі/ч, где

E - емкость ковша, м³- 6,5 м³;

A - число разгрузок в минуту, 22,0;

kр - коэффициент разрыхления породы;

60*1,4*6,5*22,0 = 12012 мі/ч

Техническая производительность:

, мі/ч

Где - коэффициент управления (0,74-0,76);

- коэффициент просыпей (0,9/0,97);

- коэффициент, учитывающий селективную выемку (0,9/0,95);

- коэффициент управления качества полезного ископаемого(0,51);

12012·0,75·(0,9/0,97)·(0,9/0,95)·0,51 = 4059,3 мі/ч

4. Мероприятия по охране недр и окружающей среды

Охрана недр

Предусматривается выполнение следующих мероприятий:

- рациональное использование минеральных ресурсов - суглинка;

- комплексное использование и переработка сырья, соблюдение проектного уровня выхода суглинка, снижение уровня выхода отходов переработки ДСУ;

- сокращение потерь до минимума при зачистке на контактах в кровле и почве полезной толщи;

- применение оптимальных способов отработки;

- максимальная экономия отчужденных земель под горные разработки;

- соответствие границ отработки контурам подсчета запасов;

- комплексное использование сырья, исключающее его нецелевое использование;

- горнотехническая и биологическая рекультивация, в том числе по предотвращению водной и ветровой эрозии отвалов;

- недопущение отработки вскрышных уступов без предварительного удаления плодородного слоя, используемого при рекультивации поверхности карьера.

- мониторинг поверхности горного отвода на предмет выявления самовольной застройки площадей залегания полезного ископаемого;

- ограничение застройки территории горного отвода в соответствии с Законодательством РФ.

За производством горных работ, деятельностью маркшейдерской службы предприятия должен вестись постоянный инспекторский контроль со стороны межрегионального отдела по надзору за охраной недр и геолого-маркшейдерскому контролю Управления по технологическому и экологическому надзору РосГостехнадзора.

Контроль за содержанием вредных примесей в воздухе ведется экологической службой предприятия, либо на договорной основе специализированной организацией, имеющей право выполнения данного вида работ. Для пылеподавления на карьерных дорогах должны применяться поливальные машины.

Все механизмы машин, работающих в карьере, должны быть исправными и не допускать протечек нефтепродуктов.

Геолого-маркшейдерское обеспечение горных работ

Число работников геолого-маркшейдерской службы определяется по методике, приведённой в «Инструкции по производству маркшейдерских работ».

Маркшейдерскому учёту и надзору подлежат следующие работы:

- обслуживание работы экскаваторов на добыче и вскрыше при нормативе 6 экскаваторов на одного маркшейдера, следовательно, потребуется 1 маркшейдер;

- контроль за устойчивостью бортов карьера и откосов отвалов по норме 5 постов на 1 маркшейдера;

- обслуживание рекультивационных работ при нормативе 50га на 1 маркшейдера (годовая площадь рекультивации составит 13,5га);

- геологическое обслуживание приравнивается к маркшейдерскому обслуживанию экскавации.

Общие затраты на геолого-маркшейдерское обслуживание составят 1чел.

Оперативный учёт добычи и вскрыши ведётся начальником карьера или горным мастером ежемесячно с занесением в журнал номеров самосвалов и количеством сделанных ими рейсов.

Периодичность маркшейдерских съёмок на карьере устанавливается 1 раз в месяц с одновременной корректировкой данных оперативного учёта. Комплект обязательной геолого-маркшейдерской документацией включает в себя следующее:

1. Нормативные документы (инструкции, ГОСТы);

2. Технический (рабочий) проект на разработку месторождения;

3. Лицензионные, горноотводные и землеотводные документы;

4. Первичную маркшейдерскую и геологическую документацию;

5. Журналы измерений и вычислительную документацию;

6. Планы горных работ, поуступные планы и профильные разрезы масштаба 1:2000 или 1:1000.

Производство маркшейдерских работ, подготовка форм маркшейдерского учёта объёмов работ, горно-графическая документация должны выполняться с учётом требований и норм для горной документации и ведения маркшейдерских работ.

Охрана окружающей природной среды

Основные источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от производства работ в карьере:

- взаимодействие гусеничного транспорта с землей;

- пыль породы, сдуваемая при движении с перегрузчиков, ленточных конвейеров, отвалообразователей; сжигание топлива машинами, работающими в карьере;

- погрузочные работы и дефлирующие поверхности отвала (плодородный грунт). Карьер рассматривается как единичный источник, равномерно распределенный по площади выбросов. Проектируемый карьер не имеет объектов, способных вызывать гибель животных. Мероприятиями, предотвращающими пагубное влияние карьера на животный мир предусматриваемыми в проекте, являются:

- выполаживание откосов до угла в 18-20 градусов;

- рассеивание вредных выбросов в атмосферу в приземном слое атмосферы до предельно допустимых концентраций (ПДК), требуемых санитарными нормами;

- вывоз использованной ветоши, нефтепродуктов и других отходов на территорию завода для дальнейшей утилизации.

Охрана почвы, водоёмов и атмосферного воздуха

Воздействие на почвенно-растительный покров будет осуществляться в процессе механического нарушения целостности естественного ее состояния в процессе срезки, складирования и последующего нанесения на рекультивированную поверхность. При этом происходит изменение морфологического строения почвенного профиля. Для снижения влияния на почвенный покров рекомендуется:

- выполнение природоохранных требований при отводе земель.

- соблюдение санитарных норм при разработке карьера.

- снятие и хранение плодородного слоя почвы при разработке карьера согласно проекту.

- не допускать подработку уступа отвала ПРС уступом основной вскрыши.

- предотвращение загрязнение территории карьера и прилегающих площадей производственными и бытовыми отходами.

- производить контроль за исправностью горных машин и целью исключения загрязнения почвы отходами ГСМ.

Питание водоносного горизонта повсеместно осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков и за счет перетока из подстилающих горизонтов. Для предотвращения попадания в карьер поверхностных вод с прилегающей территории по периметру карьера отсыпается породный вал. В технологии горно-добычных работ техническая вода не используется, за исключением полива автодорог для пылеподавления.

Охрана труда

Все горные работы предприятия ведутся в соответствии с Едиными правилами безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, «Правилами техники безопасности» и «Правилами противопожарной безопасности».

Каждое горное предприятие должно иметь:

1. Утвержденный проект разработки месторождения, подверженный соответствующим экспертизам в соответствии с Законодательством РФ.

2. Установленную нормативными документами геолого-маркшейдерскую документацию.

3. План развития горных работ, утвержденный руководителем предприятия и согласованный с местными органами Госгортехнадзора России.

4. Лицензию на пользование недрами.

5.Лицензию на производство маркшейдерских работ.

Ведение горных работ

Запрещается загружать поверхность призмы безопасности (обрушения) материалами, породой и въезжать на них машинам и механизмам. С паспортами бульдозерных работ и экскаватора под расписку должны быть ознакомлены машинисты и горный мастер.

Высота уступов определяется рабочим проектом с учетом физико-механических свойств пород и горнотехнических условий залегания полезного ископаемого.

Горнотранспортное оборудование, транспортные и инженерные коммуникации располагаются на рабочих площадках за пределами призмы обрушения, ширина рабочих площадок определяется расчетом в соответствии с нормами технического проектирования.

Отвальное хозяйство

Высота временного отвала вскрышных пород определяется проектом с учетом физико-механических свойств складируемых пород и не превышает 4 м. Автосамосвалы и другие транспортные средства следует разгружать на отвалах в местах, предусмотренных паспортом - за пределами призмы обрушения. При планировке отвала бульдозером, подъезд к бровке откоса разрешается только ножом вперед.

Механизация горных работ

Находящиеся в работе горные, транспортные и строительно-дорожные машины, находящиеся в эксплуатации, должны быть исправны, оснащены сигнальными устройствами, тормозами, ограждениями доступных движущихся частей механизмов (муфт, передач, шкивов и т.п.) и рабочих площадок, противопожарными средствами, иметь освещение, комплект исправного инструмента, приспособлений, защитных средств от поражения электрическим током и необходимую контрольно - измерительную аппаратуру, а также исправно действующую защиту от перегрузок и переподъема.

Скорость перемещения ленты конвейера устанавливаются администрацией с учетом параметров карьера.

Противопожарные мероприятия

Каждая машина должна быть обеспечена углекислотными огнетушителями. В связи с тем, что карьер работает в одну смену и теплое время года при максимальной продолжительности светлого времени суток, освещение карьера не предусмотрено проектом, работа в карьере в темное время суток запрещается

Все горные работы в карьере должны вестись в соответствии с «Едиными правилами безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом» утвержденными Госгортехнадзором, а также правилами техники безопасности при обслуживании соответствующих машин и механизмов.

Номенклатура и количество противопожарных средств для каждого типа машин должны быть согласованы с Госгортехнадзором России.

5. Рекультивация нарушенных земель

Рекультивация земель включает комплекс инженерных, горнотехнических, мелиоративных, сельскохозяйственных, лесохозяйственных и других работ, направленных на восстановление нарушенных горными разработками земель. Цикл рекультивации имеет два этапа: горнотехническая рекультивация и биологическая. Основная задача горнотехнической рекультивации - создание благоприятных условий для освоения нарушенных земель (формирование рельефа местности, покрытие поверхности потенциально плодородными породами, устройство дренажа и др.). Биологическая рекультивация заключается в восстановлении плодородия нарушенных земель, растительного покрова и возобновления фауны. При проведении горно-подготовительных работ на площади, отведенной под строительство карьера, необходимо снять потенциально плодородный слой земли, для последующего укрытия им спланированных на этапе технической рекультивации отвалов пустых пород. Его срез и укладка производятся бульдозерами на базе трактора ДЭТ-250 в навалы, которые затем перегружаются в средства транспорта и перевозятся в специальные отвалы, которые затем присыпаются пустой породой для предотвращения почвы от выветривания и размыва.

Заключение

В данной курсовой работе произведено обоснование и расчет производительности ЭГ комплекса при взрывной выемке при ведении открытых горных работ.

Базальт - твердая порода с коэффициентом крепости f = 20; по трудности разрушения относится к V классу - весьма трудноразрушаемые скальные породы.

При расчете процесса подготовки горных пород к выемке, учитывая горно-геологическую характеристику пород, выбран экскаватор Komatsu PC1250-7.

Транспортирование кусков горных пород будет осуществлено автосамосвалами Komatsu HD325-6.

Также был произведен расчет необходимого количества автосамосвалов. При расчете отвалообразования были определены основные параметры отвала. Были выбраны средства механизации вспомогательных работ, выбран способ рекультивации нарушенных земель.

Список использованной литературы

Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть 1. Производственные процессы: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М., Недра, 1985. - 509 с.

Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть 2. Технология и комплексная механизация. 4-е изд., перераб. и доп. - М. Недра, 1985. - 549 с.

Справочное руководство по составлению планов развития горных работ на карьерах по добыче сырья для производства строительных материалов. М., Недра, 1988г. - 142 с.

А.И. Арсентьев «Вскрытие и системы разработки карьерных полей». М., Недра, 1981, 278 с.

Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом.- 3-е изд., и перераб. и доп.// Росгортехнадзор РФ. -М., НПО ОБТ, 1992. - 109с.

Карьерный транспорт./МГ.Потапов. М., Недра, 1980 - 190 с.

Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. - М., Недра, 1982.-414 с.

Новожилов М.Г., Кучерявый Ф.И., Хохряков В.С. «Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых» Часть 1,2. «Недра», 1971.

Теория и практика открытых разработок / Н.В. Мельников, Э.И. Реентович, Б.А. Симкин и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1979.-636 с.

Техника и технология рекультивации на открытых разработках. М.: Недра, 1977. 214 с.Авт.: А.К. Полищук, A.M. Михайлов, И.И. Заудальский и др.

Томаков П.И., Наумов И.К. «Технология, механизация и организация открытых горных работ»: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Недра, 1986. - 312 с.