Разработка угольных и рудных месторождений

ВВЕДЕНИЕ

Данный курсовой проект по дисциплине специализации "Разработка угольных и рудных месторождений" является завершающим этапом теоретического изучения дисциплины.

Целью выполнения данного курсового проекта является приобретение навыков принятия технически обоснованных решений и расчетов по выбору комплексов механизации, систем разработки и вскрытия, способов отвалообразования при проектировании разработки рудных месторождений открытым способом в конкретных условиях.

В процессе выполнения курсового проекта для технико-экономического обоснования принимаемых решений и в расчетах применяются методики и рекомендации, отраженные в технических правилах ведения горных работ, правилах безопасности при ведении открытых горных работ, правилах технической эксплуатации оборудования, нормах технического проектирования и других нормативных документах.

Использовалась справочная и учебная литература, в которой отражен опыт разработки подобных месторождений в аналогичных горно-геологических, горнотехнических, погодно-климатических и географо-экономических условиях.

Задачи проекта:

• Дать общую характеристику горно-геологических и горнотехнических условий месторождения, характеристику и области использования полезного ископаемого, необходимость его переработки или обогащения, а так же указать возможных потребителей.
• Определить главные параметры карьера, производственную мощность предприятия (по вскрыше и добыче) и время отработки месторождения.
• Выбрать комплекс механизации ОГР, рассчитать производительность и определить парк машин (выемочно-погрузочных, транспортных, отвальных и вспомогательных работ) принятого комплекса оборудования.
• Выбрать способ вскрытия месторождения, места расположения вскрывающих выработок, определить их основные параметры и объемы работ по сооружению.
• Выбрать систему разработки и определить параметры ее основных элементов (уступы, рабочие площадки, транспортные и предохранительные бермы, фронт работ уступа и карьера, транспортные коммуникации).
• Выбрать способ отвалообразования, места расположения отвалов и рассчитать их объемы.
• Выбрать комплекс мероприятий по осушению месторождения.
• Выбрать направление и способ рекультивации нарушенных земель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА  И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО

Данное железорудное месторождение представлено вмещающими породами – кварцит крепостью по шкале М.М. Протодьяконову f = 14 и полезным ископаемым – гематитовые железные руды f = 16. Объемный вес глинистых сланцев равен 2,6т/м³ и мягкого бурого железняка 3т/м³. Длина залежи составляет 300м, ширина 200м. Мощность залежи составляет 6 метров, залежь является горизонтальной. Запасы полезного ископаемого составляют 224640000 тонны. Породы вскрыши на данном месторождении сильно обводнены, вследствии чего установлен комплекс мероприятий по осушению данного месторождения.

Бурый железняк одна из наиболее распространенных руд  подгруппы железа. Основная область  применения бурого железняка – металлургическая промышленность, откуда готовое железо поступает в другие отрасли: машиностроение, медицина и т.д.

Запасы железных руд по месторождениям России на 2004г. Составляют 105,6 млрд. т, в том числе: балансовых 76,4 млрд. т., и забалансовых 29,2 млрд. т.  

К наиболее крупным  районам добычи железных руд в России относятся:

• Центральной России (Тульское, Липецкое, Лебединское, Южно-Лебединское, Михайловское, Белгородское, Ярославское месторождения).
• Северо-Западный район (Дашкесанское месторождение).
• Урал (Магнитогорские месторождения).
• Сибирь и Дальний Восток (Темирское, Таштагольское, Шерегешевское, Шалымское, Абаканское, Тейское, Анзасское, Белорецкое, Амналыкское, Коршуновское, Рудногорское, Татьянинское, Нижнее-Ангарское, Удоронговское, Ишимбинское, Сиваглинское, Таежное, Березовское, Гаринское, Кимканское).

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРА

К основным параметрам карьера относятся: конечная глубина карьера, размеры карьера по простиранию и вкрест простирания (на уровне поверхности и по подошве), углы откоса нерабочих бортов, запасы полезного ископаемого и объемы вскрышных пород в контурах карьера.

Конечная  глубина карьера для горизонтальных и пологопадающих залежей определяется природными условиями - глубиной залегания полезного ископаемого.

Глубину карьера  определяют следующими методами:

• Метод вариантов.
• Графический метод.
• Аналитический метод - является наиболее подходящим для практического применения, так как позволяет быстро найти конечную глубину карьера.

Глубина карьера, м:

где:

H_вск – мощность вскрышных пород, м;

H_пл – мощность залежи, м;

Размеры карьера  по подошве - устанавливают при оконтуривании залежи на отметке, соответствующей конечной глубине карьера. Минимальные размеры карьера по подошве принимают из условий безопасной выемки пород с нижнего уступа (по ширине 3200м, по длине 3900м).

Ширина целика, м:

где:

α – угол откоса уступа, (для мягких связных пород с высотой уступа 45м - 55°) °;

 

Размеры карьера на уровне дневной поверхности зависят от размеров по подошве, конечной глубины и углов откоса его уступов.

Определяем длину L_к (м) и ширину В_к (м) карьера на уровне дневной поверхности, м:

 

 

Запасы  полезного ископаемого и общий  объем горной массы в контурах карьера определяют производственную мощность карьера, срок его существования и основные технико-экономические показатели открытой разработки.

Объем горной массы, м³:

где:

S_зал – площадь залежи, м²;

B_ц – ширина целика, м:

Объем полезного  ископаемого, м³:

Объем вмещающих пород, м³:

Запасы полезного  ископаемого, т:

Учитывая полученные запасы полезного ископаемого (мягкий бурый железняк), потребность в данном виде сырья, максимально возможную интенсивность развития горных работ, производительность применяемого оборудования, а так же учитывая, что в рудной промышленности при таких запасах полезного ископаемого минимальный срок эксплуатации карьера с учетом времени на развитие и затухание горных работ составляет в среднем 20-25 лет¹.

Производственная  мощность карьера по полезному ископаемому, т/год:

Полученная  производственная мощность полностью  удовлетворяет нашим условиям и  выбранному сроку эксплуатации данного  месторождения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВЫБОР И РАСЧЕТ КОМПЛЕКСА МЕХАНИЗАЦИИ ОГР

На выбор  типа и мощности оборудования при формировании структур комплексной механизации ОГР основное влияние оказывают: физико-механические свойства покрывающих и вмещающих пород; физико-механические свойства полезного ископаемого; элементы залегания и параметры залежи полезного ископаемого; объемы вскрышных пород и запасы полезного ископаемого. Ведущими звеньями комплекса, как правило, являются выемочно-погрузочные или транспортирующие машина. Более эффективна комплексная механизация горных работ на карьерах, машинами непрерывного действия.

3.1. Выемочно-погрузочные работы

3.1.1. Расчет производительности экскаваторов на вскрышных работах

На открытых разработках рудных месторождений с мягкими вмещающими породами (f=3÷4), и большой производственной мощностью, наибольшее распространение получили многоковшовые (роторные и цепные экскаваторы), из-за высокой производительности, достигающейся непрерывностью технологического процесса. На сегодняшний день резко возрасли возможности применения роторных экскаваторов в различных горно-геологических и климатических условиях, за счет значительной вариации рабочих параметров и принципиальных конструктивных схем².

Производительность  роторных экскаваторов колеблется от 200 до 19000м³/ч по разрыхленной горной массе, высоты отрабатываемых уступов – от 6 до 50м.

Доля вскрышных работ роторными  экскаваторами на железорудных месторождениях на 2004г. достигла почти 56% общего объема рис.1.

рис. 1. Доля роторных экскаваторов применяемых на железорудных

месторождениях на 2004г.

 

Учитывая физико-механические свойства пород (f=4; σ_раст=6МПа; σ_сж=18МПа; ρ=2,6т/м³)³, объем вмещающих пород и их мощность, для ведения вскрышных работ на данном месторождении, принимаем роторный экскаватор SRs-6300.50/15.0+VR* рис.2. германской фирмы «Такраф» с фактической годовой производительностью на карьерах России 21838 тыс.м³ при среднегодовом коэффициенте использования оборудования равном 0,28⁴. Данная производительность полностью удовлетворяет производственной мощности разрабатываемого карьера.

Расчетная высота уступа отрабатываемая данным роторным экскаватором составляет 50м, что удовлетворяет нашему условию, высоте вмещающих пород 45м.

 

рис. 2. Роторный экскаватор «Такраф» SRs-6300.50/15.0+VR*.

Техническая характеристика роторного  экскаватора «ТАКРАФ»

SRs-6300.50/15.0+VR*

Установленная мощность привода ротора, кВт………………………………………………1890

Удельная сила копания, МПа…...……………………………………………………………..0,51-0,33

Диаметр ротора, м……………………………………………………………………………………17,0

Число ковшей, шт………………………………………………………………………………………..18

Расчетная высота уступа, м………………………………………………………………………..50,0

Вылет оси ротора, м………………………………………………………………………………….77,5

Вылет оси разгрузочного желоба от оси экскаватора, м…………………………………...157,0

Глубина нижнего черпания, м………………………………………………………………………..15,0

Ширина конвеерных лент, м…………………………………………………………………………..2,5

Среднее давление на грунт, МПа……………………………………………………………………0,14

Масса экскаватора, т………………………………………………………………………………..9000

Теоретическая производительность экскаватора, м³/ч:

где:

V₀ – номинальная (расчетная) вместимость ковша, м³;

s – частота ссыпок, мин^-1 (при разработке мягких пород 30-36);

где:

V_к и V_п – геометрическая вместимость ковша и подковшевого

пространства, м³;

Техническая производительность экскаватора, м³/ч:

где:

k_р – коэффициент разрыхления – 1,25;

h_F≤1,0 – коэффициент влияния физико-механических свойств разрабатываемых пород;

где:

k_F0 и k_Fi – удельная сила копания соответственно паспортная и для конкретной разрабатываемой породы, МПа;

g₀ и g_I – плотность соответственно расчетной и разрабатываемой горной массы, т/м³;

D_p – диаметр ротора, м;

Расчетная величина забойной производительности, м³/ч:

где:

k_з – коэффициент забоя – 0,70÷0,80;

k_упр – коэффициент качества управления экскаватором – для роторных экскаваторов 0,92÷0,96;

k_з – коэффициент потерь экскавируемого материала – 0,93;

Сменная производительность, м³/смену:

где:

Е – емкость черпака, м³;

s – частота ссыпок, мин^-1;

t_см – продолжительность смены, ч - 12;

k_и.э. – коэффициент использования экскаватора во времени (0,9 при конвеерном транспорте);

k_н.к. – коэффициент наполнения ковша - 1;

k_р.к. – коэффициент разрыхления породы в ковше – 1,3;