Определение контуров и этапов отработки глубоких карьеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

14

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАУО ВПО «Северо-восточный Федеральный университет им. М.К. Аммосова»

Горный институт

Кафедра Открытые горные работы

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Проектирование карьеров»

Тема: «Определение контуров и этапов отработки глубоких карьеров»

Якутск 2016 г.

Оглавление:

1. Исходная информация

2. Определение граничного коэффициента вскрыши

3. Определение конечной глубины карьера

4. Обоснование устойчивого угла наклона борта карьера по методике ВНИМИ

5. Определение конструктивного угла наклона борта карьера

6. Отстройка борта с горизонтальным расположением предохранительных берм

7. Расчеты этапов отработки карьера

8. Режим горных работ карьера

9. Календарный план горных работ

10. Основные показатели проекта

Вариант №4

Диаметр рудного тела - 100 м;

Высота рабочего уступа - 10 м

Высота уступа погашения - 40 м

Угол откоса уступа - 70°

Ширина съезда - 20 м

Ширина бермы безопасности - 10 м

Уклон съезда - 10%

Угол внутреннего трения - 35°

Себестоимость, долл./т, м3:

- 1 т. руды подземным способом - 50 долл.

- 1 т. руды открытым способом - 30 долл.

- 1 м3 вскрыши открытым способом - 2,5 долл.

1. Исходная информация

Таблица 1

№№ п/п	Наименование показателей	Обозначения	Ед. измерения	Значения показателей
1	Себестоимость добычи подземным способом	Сп	Долл./т	50-70
2	Себестоимость добычи открытым способом без учета затрат на вскрышные работы	Со	Долл./т	20-30
3	Себестоимость вскрышных работ	Св	Долл./м3	2,5-5,0
4	Плотность пород	гп	т/м3	2,5
5	Плотность кимберлитов	гк	т/м3	2,4
6	Угол откоса борта карьера: - со стороны висячего бока - со стороны лежачего бока	вв вл	Град.	40-55 40-55
7	Угол внутреннего трения пород	ц	Град.	5-35
8	Высота рабочего уступа	hу	М	10-15
9	Высота уступа погашения	Нуп	М	30-45
10	Ширина бермы безопасности	ШБ	М	10-20
11	Ширина транспортной бермы	Шс	М	17-36,5
12	Количество этапов отработки карьера: - при глубине до 500 м - при глубине выше 500 м	nэ nэ	Шт	2 3
13	Глубина этапов отработки	Hэ	М	100-250
14	Скорость углубки карьера - промежуточный контур (1 этап) - конечный контур (2 этап)	Vу Vу	м/год	20-30 40-60

2. Определение граничного коэффициента вскрыши

Граничный коэффициент вскрыши рассчитывают по общеизвестной методике с использованием формулы, которая учитывает достигнутые стоимостные показатели открытых и подземных технологий:

,

где, КГ - граничный коэфф. вскрыши, м3/м3, м3/т;

СП = 50 долл./т. - Себестоимость добычи единицы полезного ископаемого подземным способом;

СО = 30 долл./т. - Себестоимость добычи единицы полезного ископаемого открытым способом без учета затрат на производство вскрышных работ;

СВ =2,5 долл./м3 - себестоимость вскрышных работ;

3. Определение конечной глубины карьера

При предварительной оценке конечной глубины карьера учитывают фактически достигнутые углы погашения нерабочих бортов для аналогичных горнотехнических условий.

Для новых месторождений углы устойчивых откосов уступов и бортов часто принимают на основе опыта их отстройки на действующих горнодобывающих предприятиях.

По формуле проф. Б.П. Боголюбова вычисляют ориентировочную глубину карьера:

,

где Нк - глубина карьера, м;

Кизвл = 0,95 - 0,96 - коэфф. извлечения руды из слоя;

М - горизонтальная мощность карьера;

вв = вл = 40° - углы откоса бортов карьера соответственно со стороны висячего и лежачего боков залежи, град.

Среднюю горизонтальную М мощность залежи определяют по формуле равновеликих площадей. То есть, например, круглую форму месторождения кимберлитовой трубки в плане, заменяют равновеликим квадратом, используя следующие формулы:

, ,

где d = 100 м - диаметр кимберлитовой трубки;

тогда,

4. Обоснование устойчивости угла наклона борта карьера по методике ВНИМИ

Инженерные методы расчета, используемые при проектировании откосов бортов карьеров, базируются на теории предельного равновесия сдвигающих и удерживающих откос сил.

Согласно данной теории при обосновании устойчивого угла откоса борта, вначале вычисляют глубину трещины отрыва Н90 согласно расчетной схемы, приведенной на рис. 1, а затем по графику плоского откоса ВНИМИ (рис. 2) устанавливают предельно устойчивый угол откоса ву,

,

где гп = 2,5 т/м3 - плотность пород;

См = 80 МПа - уд. сила сцепления пород в массиве;

ц = 35° - угол внутреннего трения пород.

,

Для правильного пользования графиком плоского откоса вычисляют коэфф. высоты Н/,

Затем по графику плоского откоса (рис. 2) находят расчетное значение угла нерабочего борта вр = 45,5, соответствующее углу внутреннего трения в массиве ц.

Расчетные значения угла нерабочего борта вр всегда больше принятых в предварительных расчетах вв (вр = 45,5° > вв = 40°) для того, чтобы обеспечить достаточный запас устойчивости.



5. Определение конструктивного угла наклона борта карьера

Элементами нерабочего борта карьера являются уступы погашения, наклонные и горизонтальные бермы, капитальные спиральные съезды и др.

Вначале определяем параметры уступа погашения и бермы безопасности:

,

Затем принимаем ширину транспортной бермы Шс в зависимости от грузоподъемности автосамосвала. Для карьеров Севера рекомендуемые значения параметров следующие (табл. 2).

Ширина транспортной бермы

Таблица 2

№ п/п	Грузоподъемность автосамосвала	Ширина бермы, м
1	27,0	17,0
2	40,0	20,0
3	75,0	25,0
4	120,0	30,0
5	150,0	36,5

Принимаем автосамосвал фирмы Comat'su - HD 1200 грузоподъемностью 120 т., и ширина транспортной бермы будет Шс = 30 м (по вышеуказанной таблице).

По известным значениям Нуп, ШБ, Шс производим отстройку нерабочего борта карьера, схема которой приведена на рис. 3 (расчетная схема).

Согласно расчетной схемы, конструктивный угол откоса борта карьера вк определяется в следующей последовательности:

,

а - проекция наклонного борта карьера на горизонтальную плоскость, м.

,

где nуп = 10 - количество уступов погашения на нерабочем борту карьера;

б = 70° - угол откоса уступа погашения;

nБ - количество берм безопасности на нерабочем борту.

Тогда вк найдется через:

,

,

= 9

nв - число витков спирали транспортной бермы, шт.

Количество витков спирали до конечной глубины вскрытия для любой формы карьера приближенно может быть установлено путем деления общей длины трассы на средний периметр контура карьера:

,

,

где Lтр - общая длина трассы спирального съезда, м;

РД = 2 Ч р ЧRД = 314 м - периметр дна карьера;

Рп = 2 Ч р ЧRП = 2432 м - периметр карьера по дневной поверхности;

Ку = 1,15 - коэфф. удлинения трассы;

ip = 10 уклон спирального съезда, %;

;

Отсюда вк = 45°

Конструктивный угол наклона борта карьера вк, должен соответствовать устойчивому углу вр рассчитанному по методике ВНИМИ, т. е.

вр = 45,5° ? вк = 45°

6. Отстройка борта с горизонтальным расположением предохранительных берм

Отличительным признаком данной конструкции борта карьера является горизонтальное расположение предохранительных берм, положение которых не увязывается с транспортными бермами. На рис. 4 приведен план карьера на конец отработки с горизонтальным расположением предохранительных берм. Исходными данными для графического построения плана карьера с выездными и внутренними траншеями, горизонтальным расположением предохранительных берм являются:

- глубина карьера (Нк);

- ширина горизонтальных предохранительных и транспортных берм (ШБ, ШС);

- параметр дна карьера (dк);

- средний диаметр рудного тела (d);

- угол откоса уступа погашения (б);

- высота рабочих и нерабочих уступов (hу, Hуп);

- уклон траншеи (i %);

- длина горизонтальных площадок примыкания (ДL);

- масштаб чертежа (1:1000, 1:2000, 1:5000);

После построения плана карьера в отработанном виде определяют его основные параметры по графику. Вычисление объемов вскрыши в контуре карьера производится по формуле усеченного конуса, руды - по формуле цилиндра, т. к. карьер в пространстве представляет геометрическую фигуру, подобную форме усеченного конуса, а кимберлитовая трубка - форму цилиндра.

И так, сначала найдем весь объем породы в карьере:

где Rэ = 387,5 м - радиус карьера по дневной поверхности;

r = 50 м - радиус дна карьера;

Находим объем полезного ископаемого:

Тогда объем вскрышных пород будет:

Основные параметры карьера с горизонтальным расположением предохранительных берм

Таблица 3

№ п/п	Наименование параметров	Ед. изм.	Значения
1	Глубина карьера	м	280
2	Объем вскрыши в контуре карьера	Млн. м3	36,296869
3	Объем добычи руды	Млн. м3	2,221550
4	Коэффициент вскрыши	м3/т	8
5	Угол откоса борта карьера	Град.	45
6	Длина спирального съезда	Км.	3,255

7. Расчеты этапов отработки карьера

Этапную отработку карьера применяют, когда глубина его составляет 300 м и более. Опыт показал, что при глубине разработки крутопадающего месторождения до 500 м целесообразно применять отработку карьера в 2 этапа, свыше 500 м - в три этапа. В нашем случае карьер имеет глубину 280 м, что приблизительно равно 300 м и мы принимаем двухэтапную отработку с глубиной первого этапа 150 м и второго 130м.

Расчетная схема этапной отработки глубокого карьера приведена на рис. 8. условные обозначения на рисунке приняты следующими:

вк - угол откоса борта конечного контура карьера, град.; ( вк = вэ = 45° );

вэ - угол откоса борта промежуточного (этапа) контура карьера, град.;

Шэ - ширина зоны разноса при этапной разработке месторождения, м;

Rк - радиус карьера по дневной поверхности (конечный контур), м;

Rэ - радиус карьера по дневной поверхности промежуточного этапа, м;

Hэ - глубина этапа отработки карьера, м;

d - диаметр рудного тела, м

Определим основные параметры этапов отработки карьера.

1. Объем полезного ископаемого первого этапа отработки:

где: Н1 = 150 м - глубина первого этапа отработки карьера;

d = 100 м - диаметр рудного тела;

2. Объем вскрышных пород первого этапа отработки карьера:

где: Rэ = 200 м - радиус карьера первого этапа отработки;

r = 50 м - радиус дна карьера;

3. Объем полезного ископаемого второго этапа отработки:

4. Объем вскрышных пород второго этапа отработки карьера:

Объемы добычи за весь период существования карьера составляют:

Объем карьера по вскрыше: Vк = V1 + V2 = 7,065 + 29,231869 = 36,3 млн. м3;

Объем карьера по добыче: QK = Q1 + Q2 = 1,177500 + 1,04405 = 2.22 млн. м3;

8. Режим горных работ карьера

вскрыша карьер горный

Расчет режима горных работ преследует цели установления предельных значений колебания объемов работ при отработке карьера с максимальными (вmах) и минимальными (вmin) углами погашения в пределах его конечного контура. В первом варианте в отработке находится максимальное количество рабочих уступов, во-втором - постоянно отрабатывается один уступ, который перемещается до конечного контура карьера. Лишь после достижения уступом конечного контура начинается зарезка нижележащего уступа и т. д.

Для построения графиков режима горных работ Vmax = f(H), Vmin=f(H) необходимо вычислить объемы горных работ с шагом углубки, равным высоте уступа погашения Нуп (30 м), в нарастающем порядке. При этом значения угла вmax определяется согласно схемы (рис. 10),

где: Нуп = 30 м;

б = 70° - угол откоса рабочего уступа;

Шmin= 40 м - минимальный размер рабочей площадки;

;

вmax = 18°

Минимальный угол погашения определяется из выражения:

где: Rк = 333 м - радиус карьера;

r = 50 м - радиус дна карьера;

тогда, вmin= 6°;

Найдем объемы, извлекаемые из карьера при отработке карьера с минимальным углом погашения, т.е. когда вmin= 6°;

сократим выражение

А теперь найдем объемы извлекаемые из карьера при отработке карьера с максимальным углом погашения, т.е. когда вmах= 18°:

При этом пользуемся теми же формулами. Условные обозначения примем такими же, радиусы горизонтов не изменятся.

Для того чтобы найти четвертый объем делаем следующее:

Vвскр = 36,2968 млн. м3;

Vп.и. = 2.22 млн. м3;

Расчеты объемов сводим в таблицу 4.

Нарастающие объемы вскрышных работ по глубине при отработке карьера с вmax и вmin углами рабочего борта

Таблица 4

№ п/п	Горизонты карьера, м	Нарастающие объемы вскрыши, млн. м3
		Vmax	Vmin
1	30	0,7	3,85
2	60	1,94	12,74
3	90	4,42	19,73
4	120	22,11	25,24
5	150	27,08	29,43
6	180	30,79	32,47
7	210	33,41	34,53
8	240	35,11	35,79
9	270	36,06	36,41
10	283	36,28	36,52

9. Календарный план горных работ

В отличие от режима горных работ V=f(H), разработка календарного плана преследует цели получения графиков V=f(Т), т. е. распределения объемов вскрышных работ во времени. По сути, календарный план получается в результате трансформации графика режима горных работ.

Исходными данными для расчета календарного плана являются промежуточные и конечные контуры карьера, в пределах которых производится распределение объемов по годам отработки.

Скорость углубки карьера в контуре 1 равен 30 м/год, в контуре 2 - 50 м/год. Первый этап разработки достигнет глубины 150 м за 5 лет, второй этап достигнет 280 м за 4,3 лет, карьер будет существовать не более 10 лет.

Расчеты отработки по годам (по горизонтам).

Календарный план вскрышных работ карьера

Таблица 5

Годы эксплуатации	Горизонты карьера	Объемы производства вскрышных работ, млн. м3	Всего
		Промежуточный контур	Конечный контур
1г	10	2,995560	-	2,995560
	20
	30
2г	40	2,034720	-	2,034720
	50
	60
3г	70	1,243440	10,085523	11,328963
	80
	90
4г	100	1,533328	7,997423	9,530751
	110
	120
5г	130	0,169560	5,909323	6,078883
	140
	150
6г	160	-	2,430266	2,430266
	170
	180
7г	190	-	1,56551	1,56551
	200
	210
8г	220	-	0,870314	0,870314
	230
	240
9г	250	-	0,344678	0,344678
	260
	270
10г	280	-	0,02218	0,02218
	Итого	7,976608	28,225217	36,201825

В табл. 5 обозначения приняты следующими:

V'3, V'4, V'5 - соответственно, объемы работ по реконструкции карьера третьего, четвертого, пятого года эксплуатации карьера.

Календарный график вскрышных работ нагляднее всего строить по пятилеткам, для чего нужно вычислить средние значения объемов за каждые 5 лет, но вместо 5 лет берем 3 года:

Тогда график вскрышных работ будет представлен в виде ступенчатой линии.

10. Основные показатели проекта

Таблица 6

№ п/п	Наименование показателей	Ед. изм.	Значение
1	Граничный коэффициент вскрыши	м3/м3	8
2	Глубина карьера	м	280
3	Угол наклона борта карьера	Град.	45
4	Объем вскрышных работ в контуре карьера, всего	Млн. м3	37,2
	В т. ч. 1 - го этапа	Млн. м3	7,976608
	2 - го этапа	Млн. м3	29,225217
5	Длина спирального съезда	м	3255
6	Среднегодовые объемы производства вскрышных работ	Млн. м3

Список литературы:

1. Справочник. Открытые горные работы. - М.: «Горное бюро», 1994 год.

2. А.Д. Андросов. Технология разработки глубоких карьеров Якутии. - Новосибирск, «Наука», Сиб. Изд. Фирма РАН, 1996.

3. А.М. Галкин, В.А. Галкин, В.Н. Попов. Опыт проектирования и строительства карьеров с наклонными предохранительными бермами. - М.: Обзорная информация ЦВЕТМЕТ, Серия: гонное дело.

Размещено на Allbest.ru