Институт горного дела и геосистем Кафедра открытых горных работ и электромеханики

ГЕОТЕХНОЛОГИЯ ОТКРЫТАЯ

Методические указания к выполнению курсовой работы

РАСЧЕТ ГЛАВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРА

Новокузнецк

2017

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Институт горного дела и геосистем

Кафедра открытых горных работ и электромеханики

ГЕОТЕХНОЛОГИЯ ОТКРЫТАЯ

Методические указания к выполнению курсовой работы

РАСЧЕТ ГЛАВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРА

для студентов, обучающихся по направлению подготовки (специальности) 21.05.04 Горное дело,

специализаций открытые горные работы, взрывное дело, подземная разработка рудных месторождений, подземная разработка пластовых месторождений, обогащение полезных ископаемых, горные машины и оборудование, электрификация и автоматизация горного производства, горно-промышленная экология

Новокузнецк

2017

УДК 622.(075)

П84

Рецензент

Кандидат технических наук, доцент,

заведующий кафедрой открытых горных работ СибГИУ

В.В. Чаплыгин

П84 Геотехнология открытая: Метод. указ. / Сост.: И.В. Машуков, Д.В. Малофеев: СибГИУ − Новокузнецк. 2017. – 34 с.

Изложены основные требования к содержанию объема курсовой работы, общие требования к оформлению пояснительной записки.

Предназначены для студентов, изучающих учебную дисциплину «Геотехнология открытая», обучающихся по направлению подготовки 21.05.04 Горное дело, специализации «Открытые горные работы», «Взрывное дело», «Подземная разработка пластовых месторождений», «Подземная разработка рудных месторождений», «Электрификация и автоматизация горного производства», «Горные машины и оборудование», «Обогащение полезных ископаемых», «Горно-промышленная экология»

СОДЕРЖАНИЕ

1 Общие положения
2 Состав курсового проекта
3 Содержание пояснительной записки
4 Методические указания к расчету главных параметров карьера
4.1 Методические указания к расчету главных параметров карьера для пологой залежи
4.2 Методические указания к расчету главных параметров карьера для крутой залежи
Приложение 1. Исходные данные для проектирования
Приложение 2. Пример оформления курсового проекта
Библиографический список

1 Общие положения

Курсовая работа по дисциплине «Геотехнология открытая» выполняется после прослушивания теоретического курса и выполнения практических заданий и является завершающим этапом изучения этой дисциплины в приобретении студентами умения применять полученные знания для решения инженерных задач по проектированию карьеров.

Студент выполняет курсовую работу самостоятельно в соответствии с индивидуальным заданием, выданным руководителем проектирования.

Законченная работа сдается руководителю на проверку. После проверки студент защищает курсовую работу. По результатам защиты студенту выставляется оценка.

2 Состав курсовой работы

Курсовая работа выполняется для заданных технологических параметров и параметров месторождения полезных ископаемых и состоит из пояснительной записки и графической части.

Пояснительная записка содержит следующие разделы: исходные данные для проектирования, расчет главных параметров карьера, результаты расчета главных параметров карьера, библиографический список использованной литературы.

Графическая часть состоит из чертежей:

1. Чертеж по определению углов откоса нерабочего борта карьера со стороны висячего и лежачего боков для каждого горизонта до конечной глубины карьера;

2. Чертеж поперечного разреза карьера с изображением граничных контуров для каждого горизонта и профиль борта с уступами для конечной глубины отработки;

3. Чертеж продольного разреза карьера.

Чертежи выполняются на листе размером А3 в масштабе, обеспечивающим размещение чертежей на листе и оформляются в соответствии с требованиями ГОСТа.

3 Методические указания к расчету главных параметров карьера

Главными параметрами карьера являются объем горной массы, конечная глубина, размеры по подошве (дна карьера), углы откосов уступа, бортов, запасы полезного ископаемого, объем вскрыши, размеры карьерного поля. Некоторые параметры определяются физико-механическими свойствами пород и полезного ископаемого, некоторые - системой разработки, выбранным технологическим оборудованием и заданной производительностью.

В курсовой работе определяются главные параметры карьера:

1. Контурные коэффициенты вскрыши К_к;

2. Конечную глубину карьера Н_к;

3. Количество уступов N_у;

4. Запасы полезного ископаемого Q_п.и;

5. Объем горной массы по вскрыше V_в;

6. Средний коэффициент вскрыши К_ср;

7. Ширину карьера на земной поверхности В_к;

8. Длину карьера на земной поверхности L_к;

9. Ширину дна карьера В_д;

10. Длину дна карьера L_д;

11. Построить поперечный и продольный профиль карьера;

12. Угол нерабочего борта карьера на предельном контуре _н.б..

Для определения основных параметров карьера выдаются исходные данные для проектирования: угол падения залежи α_п, мощность m, длина по простиранию L_пр месторождения полезных ископаемых (МПИ), высота уступа H_у, ширина площадки уступа В_пл, угол откоса уступа α_у, граничный коэффициент вскрыши К_гр, плотность полезного ископаемого ρ_п.и.. Рыхлые отложения отсутствуют. Исходные данные приведены в приложении 1.

3.1 Методические указания к расчету главных параметров карьера для пологой залежи

Главный параметр карьера - конечная глубина отработки, определяется величиной граничного коэффициента вскрыши и рассчитывается по экономическим показателям. Себестоимость добычи полезного ископаемого открытым способом не должна превышать себестоимость добычи подземным способом по формуле

К _гр  , (1)

где С_о – себестоимость добычи полезного ископаемого открытым способом;

С_п – себестоимость добычи подземным способом;

С_в – себестоимость вскрышных работ.

Величина граничного коэффициента вскрыши К_гр задается исходными данными и сравнивается с контурным коэффициентом вскрыши К_кi, который рассчитывается для каждого горизонта отработки. Горизонт отработки, на котором контурный коэффициент вскрыши равен или меньше граничного коэффициента вскрыши, определяет конечную глубину карьера.

Согласно индивидуальному заданию вычерчивается в масштабе геологический профиль месторождения. На профиле, с равнинной поверхностью, под слоем рыхлых отложений мощностью h_о залегают пласты полезного ископаемого под углом падения залежи α_п нормальной мощностью m.

Для определения границ карьера необходимо построить два профиля: поперечный и продольный для определения значений длин контуров карьера вкрест и по простиранию залежи. Графо-аналитический метод расчета контурного коэффициента вскрыши включает в себя деление залежи на профильном разрезе горизонтальными линиями по падению пласта (ниже рыхлых отложений (h_o) через расстояния (h₁, h₂, h₃, ...), которые равны высоте уступа H_у.

Эти линии являются горизонтами уступов карьера, для которых будут определяться контурные коэффициенты вскрыши (К_кi). Для определения контурных коэффициентов вскрыши (К_кi) из точек пересечения горизонтов с пластом со стороны висячего бока (0', 1', 2', ...) проводятся линии под углом нерабочего борта (γ_н.б.) до пересечения их с поверхностью (точки 0'', 1'', 2''...) (рисунок 1).

а)

б)

а) расчет контурных коэффициентов вскрыши;

б) определение основных параметров карьера;

Рисунок 1 – Определение границ карьера при разработке пологой залежи

Углы нерабочего борта (γ_н.б.) зависят от параметров нерабочего уступа: высоты уступа H_у, ширины площадки уступа В_пл, угла откоса уступа α_у, количества отрабатываемых уступов.

Угол нерабочего борта (_н.б.i) со стороны висячего борта определяется для каждого i-ого горизонта отработки графическим методом. Для первого горизонта угол нерабочего борта (_н.б.1) будет равен углу откоса уступа α_у. Для второго и последующих горизонтов в масштабе строится борт карьера с заданными параметрами нерабочего уступа и измеряется угол нерабочего борта.

Угол нерабочего борта со стороны лежачего борта (_л.б.i) для залежи с пологим залеганием принимается равным углу падения залежи α_п. Профиль лежачего нерабочего борта определяется графическим методом. От точки пересечения горизонта уступа с лежачим боком залежи проводится прямая под углом откоса уступа α_у до пересечения с нижележащим горизонтом. Ширина нижней площадки уступа определяется горизонтальной прямой от точки пересечения откоса уступа с линией горизонта до лежачего борта залежи.

Контурные коэффициенты вскрыши рассчитываются как отношение объемов вскрыши к запасам полезного ископаемого. Контурный коэффициент вскрыши для горизонта 1 определится отношением объемов вскрыши в контуре 0'-0''-1''-1' (∆V₁) к запасам полезного ископаемого в контуре 0'-0-1-1' (∆Q₁). Для горизонта 2 – отношение объемов вскрыши в контуре 2'-2"-1"-1' (∆V₂) к запасам полезного ископаемого в контуре 2'-2-1-1' (∆Q₂).

При выдержанном залегании полезного ископаемого объемы вскрыши можно рассчитывать на один метр длины простирания l₁ по формуле

∆V₁ = S_в1  l₁, м³. (2)

Аналогично рассчитываются объемы вскрыши для i-ого горизонта по формуле

∆V_i = S_вi  l₁, м³. (3)

Запасы полезного ископаемого можно рассчитывать на один метр длины простирания l₁ по формуле

∆Q₁ = S_пи  l₁  ρ_пи, (4)

где ρ_пи – объемная масса полезного ископаемого, т/м³.

Площадь полезного ископаемого S_пи определяется площадью параллелограмма с основанием, равной горизонтальной мощности и высотой, равной высоте уступа H_у и определяется по формуле

S_пи = m sin^-1α_п  H_у (5)

Площадь вскрышных пород для первого уступа определяется площадью треугольника 0'-1'-1''-0'' с высотой H_у и основанием H_у (ctg _н.б.i  ctg α_п) с учетом отсутствия наносов. Площадь вскрышных пород для второго уступа определяется разницей площади треугольника 0'-2'-2''-0'' с высотой 2 H_у и площади вскрышных пород для первого уступа треугольника 0'-1'-1''-0''. Площадь вскрышных пород для первого уступа определяется по формуле

S_в1 = 0,5  H_у²  (ctg _н.б.1  ctg α_п) (6)

Площадь вскрышных пород для второго уступа определяется по формуле

S_в2 = 2H_у²  (ctg _н.б.2  ctg α_п) – 0,5  H_у²  (ctg _н.б.1  ctg α_п)(7)

Для третьего уступа площадь вскрышных пород определяется разницей площади треугольника 0'-3'-3''-0'' с высотой 3H_у и площади треугольника 0'-2'-2''-0''.

В обобщенной форме площадь вскрышных пород для i-ого уступа определяется по формуле

S_вi =0,5(N_i  H_у)² (ctg _н.б.i  ctg α_п) – 0,5(N_(i-1)  H_у)² 

(ctg _н.б.(i-1)  ctg α_п) (8)

После определения объемов вскрышных пород и запасов полезного ископаемого для каждого горизонта определяются значения контурных коэффициентов вскрыши К_кi для каждого уступа по формулам

K_k1 = , K_k2 = , K_k3 = и т.д. (9)

Найденные значения ∆V_i, ∆Q_i, K_ki заносятся в таблицу 1 и для каждого горизонта величина K_ki сравнивается со значением К_гр.

Таблица 1 – Величины объемов вскрышных пород, запасов полезного ископаемого и контурных коэффициентов вскрыши для каждого горизонта

№ горизонта	∆Vi , м3	∆Qi , т	Ккi, м3/т	Сравнение Ккi и Кгр
1	∆V1	∆Q 1	Кк1	Кк1 < Кгр
2	∆V 2	∆Q 2	Кк2	Кк2 < Кгр
3	∆V 3	∆Q 3	Кк3	Кк3 < Кгр
4	∆V 4	∆Q 4	Кк4	Кк4 ≈ Кгр
5	∆V 5	∆Q 5	Кк5	Кк5 >Кгр

На горизонте, где K_ki будет равен К_гр. следует прекращать горные работы открытым способом и переходить на подземные. Этот горизонт определяет конечную глубину карьера. На примере показано, что на горизонте 4 от поверхности К_к4 ≈ К_гр. Конечная глубина карьера Н_к составляет 4H_у и для i-ого горизонта с N_i количеством уступов в обобщенном виде определяется по формуле

Н_к =N_i  H_у. (10)

Объем горной массы по вскрыше V_в определяется по формуле

V_в =(S_в1  S_в2  S_в3  S_в4  S_{в i} )  L_пр (11)

Запасы полезного ископаемого Q_пи, отрабатываемые открытым способом определяются по формуле

Q_п.и = S_п.и.  L_пр = (m  sin^-1α_п  N_i  H_у)  L_пр  ρ_пи (12)

Средний коэффициент вскрыши К_ср определяется по формуле

К_ср = V_в / Q_пи (13)

Линия нерабочего борта карьера 4'-4'' определит границу карьера со стороны висячего бока, линия 4'-4 является границей карьера по глубине (дно карьера), линии лежачего бока пласта (4-3-2-1-0) и нерабочего борта в рыхлых отложениях (0-0''') являются границей карьера со стороны лежачего бока.

Расстояние между точками пересечения нерабочего борта висячего бока (4") и нерабочего борта лежачего бока (0''') с поверхностью определит ширину карьера (В_к) и рассчитывается по формуле

В_к = m sin^-1α_п  H_к  (ctg _н.б.i  ctg α_п) (14)

Ширина дна карьера В_д определяется суммой горизонтальной мощности залежи и размером дополнительной площадки, необходимой для полной выемки полезного ископаемого с формированием уступа во вмещающих породах лежачего бока залежи и определяется по формуле

В_д = m sin^-1α_п  (ctg α_п – ctg α_у )  H_у (15)

С учетом безопасной выемки горных пород экскаватором и транспортировки ширина дна карьера В_д должна составлять не менее 30 м.

Необходимо вычертить продольный профиль для определения длины контура по простиранию L_к (рисунок 2).

Рисунок 2 – Продольный профиль карьера

Длина дна карьера L_д будет равна длине по простиранию L_пр месторождения полезных ископаемых. Длина карьера на земной поверхности L_к определяется по формуле

L_к = L_пр  2H_к  ctg _н.б. (16)