Практическое занятие № 2 Тема: «Определение главных параметров карьера. Расчет производственной мощности и срока службы карьера»

Цель работы - научиться определять главные параметры, производственную мощность и срок службы карьера. Работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, приведенным в приложении.

Работа выполняется на примере угольной залежи, представленной одним пластом при его пологом, наклонном и крутом залегании (рис. 2.1).

Главными параметрами карьера являются глубина карьера, его длина и ширина по поверхности и по дну.

Глубина карьера Н_к определяется условием экономической эффективности разработки данного месторождения открытым способом.

В данной учебной работе глубина карьера Н_к задана.

Задачами практической работы являются:

• построение поперечного профиля карьерного поля;

• определение его ширины по поверхности (B_к) и по дну (B_д);

• расчет объемов вскрышных пород и запасов полезного ископаемого в карьерном поле, а также коэффициентов вскрыши;

• определение годовой производственной мощности и срока службы карьера.

Исходными данными для выполнения работы являются:

мощность наносов - h₀ (м);

нормальная мощность пласта - m (м);

угол залегания пласта - α_пи (град);

длина дна карьера L_д (м);

углы откоса нерабочего борта с висячего и лежачего бока пласта ɣ_в и ɣ_л, град (рис. 2.1-а, б).

Исходные данные приведены в Приложении 1.

Последовательность построения поперечного профиля карьера состоит в следующем (рис. 2.1-а).

1. В выбранном масштабе (рекомендуется принимать 1:500, 1:1000, 1:2000) от горизонтальной поверхности откладывается мощность наносов (изображается штриховой линией).

3. От нижней границы наносов чертится пласт мощностью m и углом падения α_пи до конечной глубины карьера Н_к.

Откладывается ширина дна карьера В_д. Для этого сначала определяют горизонтальную мощность пласта т_г:

m_г = , м (2.1)

В том случае, если т_г < 30 м, ширина карьера по дну принимается равной 30 м (рис. 2.1). Это минимальная допустимая ширина дна по условию технологической возможности работы выемочно-погрузочного и транспортного оборудования. Для этого от почвы пласта (т. 4) откладывается 30 м (рис. 2.1-а). Если т_г > 30 м, то В_д = т_г (рис. 2.1-а).

3. Из точек 5 (рис. 2.1-а) или 3 (рис. 2.1-б) проводится линия нерабочего борта карьера с висячей стороны пласта под углом ɣ_в до пересечения с поверхностью (отрезок 5-6 на рис. 2.1-а или 3-5 на рис. 2.1 -б).

При крутом залегании пласта из точки пересечения его почвы (т. 4 на рис. 2.1-а) с дном проводится линия нерабочего борта карьера с лежачей стороны под углом ɣ_л до пересечения с поверхностью (отрезок 4-7, рис. 2.1-а). При наклонном залегании пласта нерабочим бортом является почва пласта (отрезок 4-6 на рис. 2.1 -б).

3. Определяется ширина карьера по поверхности В_к.

Для крутого залегания пласта:

B_к = H_к · (ctg γ_в + ctg γ_л) + B_д, м (2.2)

Для наклонного:

B_к = H_к • (ctg γ_в + ctg α_пи) + B_д, м (2.3)

Далее производится определение объёмов горной массы (V_гм), геологических (Q_гео) и промышленных (Q_пр) запасов угля и среднего коэффициента вскрыши.

Объем горной массы равен, млн.м³:

V_гм = [L_д • В_д • H_к + (L_д + B_д) • H_к² • ctg + • π • H_к³ ctg² ] • 10^-6 (2.4)

Объем геологических запасов угля:

Qгео = m_г • (H_к – h₀) • [L_к – (H_к + h₀) • ctgγ_т] • 10^-6, млн м³ (2.5)

где L_к - длина карьера поверху, м.

Lк = Lд + 2 • Hк • ctgγ_т (2.6)

где γ_т - угол откоса борта карьерного поля в торце, град, принимаем 40°.

Рис. 2.1 - Поперечные профили карьерного поля:

а - при крутом залегании пласта; б - при наклонном

Промышленные запасы полезного ископаемого составляют:

Q_пр = Q_гео • n_из • ρ_пи, млн т (2.7)

где р_пи - плотность угля, т/м (в среднем по Кузбассу р_пи = 1,35);

n_из - коэффициент извлечения полезного ископаемого, принимаем 0,95.

Объем вскрышных пород в конечных контурах карьера равен,:

Vв = Vгм – Q_гео , млн м³ (2.8)

Средний промышленный коэффициент вскрыши:

Кср = , м³/т (2.9)

Объем рыхлых отложений:

V₀ = [(B_к – h₀ • ctg ) • (L_к – h₀ • ctg ) • h₀] • 10 ^-6, млн м³ (2.10)

Объем скальной вскрыши:

V_к = V_и – V₀, млн м³ (2.11)

Под проектной производственной мощностью (А_год) понимается максимально возможная расчетная добыча полезного ископаемого в карьере в год. Для угольных разрезов она устанавливается в весовой норме (в млн.т или в тыс.т в год).

В угольной промышленности производственная мощность разреза зависит от промышленных запасов угля и сроков амортизации основных зданий и сооружений или основного горнотранспортного оборудования (табл. 2.1).

A_год = (2.12)

где Т - продолжительность срока службы карьера с учетом освоения производственной мощности (строительства карьера) и затухания горных работ лет:

T = T_а + T_зат + T_стр (2.13)

где Та – срок эксплуатации карьера (амортизации основных производственных фондов) при набранной производственной мощности (табл. 2.1), лет;

Т_стр - срок освоения производственной мощности, лет;

Т_зат - период затухания горных работ, лет.

Срок освоения производственной мощности (строительство карьера) и период затухания горных работ в учебных расчетах принимать равными соответственно 2 и 1 году.

Таблица 2.1 - Ориентировочные значения производственной мощности разрезов по добыче угля и сроки службы карьеров

Разрезы	Промышленные запасы(Qпр), млн.т.	Производственная мощность (Aгод), млн.т.	Срок амортизации зданий, сооружений, горно-транспортного оборудования. T, лет
Крупные	250 – 1000	8 - 35	25 - 70
Средние	75 - 250	3 - 10	25 - 40
Мелкие	20 -75	2 - 5	10 - 25
	10 – 20	1 - 3	8 - 20
	до 5 - 10	0,5 – 1,5	5 - 10

В последующих расчетах для определения парка бурового и выемочно-погрузочного оборудования необходимо знать годовые объемы скальной вскрыши, наносов и их суммарный объем.

Годовой объем скальной вскрыши V_год.ск необходим при расчете годового объема бурения и количества буровых станков:

V_год.ск = • К_нг, млн/год (2.14)

где К_н.г - коэффициент неравномерности распределения объемов вскрыши по годам, принимаем 1,1÷1,3

Суммарный годовой объем вскрыши – скальных пород и наносов используется для определения количества экскаваторов.

V_год = V_год.ск + , млн м³/год (2.15)

Пример расчета приведен ниже.

Пример расчёта

Исходные данные:

Hк = 170м; h₀ = 12м; m = 27м; αпи = 62 ̊; γ_в = 39̊, γ_л = 34̊, Lд = 2600м, марка экскаватора – ЭКГ – 12.

Горизонтальная мощность пласта:

mг = = = 30,6 м.

Принимаем ширину дна: В_д = 30,6 м.

Пласт имеет крутое залегание, следовательно, ширину карьера по поверхности определим по формуле (2.2):

В_к = Н_к •(ctg γ_в + ctg γ_л) + В_д = 170 -(ctg39 + ctg 34) + 30,6 ≈ 493м.

Объем горной массы:

Vгм = [L_д • В_д • H_к + (L_д + B_д) • H_к² • ctg + • π • H_к³ ctg² ] • 10^-6 = 2600 • 30,6 •170 + (2600 + 30,6) • 170² • ctg + • 3,14 • 170³ • ctg = 125,7 млн м³

Длина карьера поверху:

Lк = Lд + 2 • Hк • ctgγ_т = 2600 + 2 • 170 • ctg 40 = 3005 м.

Геологические запасы угля:

Q_гео = m_г • (H_к – h₀) • [L_к – (H_к + h₀) • ctgγ_т] • 10^-6 = 30,6 (170 -12) • 3005 - (170 +12) • ctg 40 = 13,5 млн.м³

Промышленные запасы угля:

Q_пр = Q_гео • n_из • ρ_пи = 13,5 • 0,95 1,35 = 17,3 млн.т.

Объем вскрышных пород:

Vв = Vгм – Q_гео = 125,7 -13,5 = 112,2 млн м³

Объем рыхлых отложений:

V₀ = [(B_к – h₀ • ctg ) • (L_к – h₀ • ctg ) • h₀] • 10 ^-6 = [(493 – 12 • ctg ) • (3005 – 12 • ctg ) • 12] • 10^-6 = 17,1 млн м³

Объем скальной породы:

V_ск = V_в -V₀ = 112,2 – 17,1 = 95,1 млн м³.

Средний промышленный коэффициент вскрыши

Кср = = = 6,5 м³/т

Согласно данных табл. 2.1 разрез относится к малым. Следовательно, принимаем время Т_а - 13 лет. Общая продолжительность работы карьера:

T = Т_а + Т_стр + Т_зат = 13 + 2 +1 = 15 лет.

Определим годовую производственную мощность:

A_год = = = 1,15 млн т/год

Годовой объем скальной вскрыши:

V_год.ск = • К_н.г = = 7,04 млн м³.

Общий годовой объём вскрыши:

V_год = V_год.ск + = 7,04 + = 9,3 млн. м³

Контрольные вопросы:

1. Что относят к главным параметрам карьера?

2. Чему равна минимальная ширина дна карьера?

3. Чем определяется глубина карьера?

4. Что такое проектная производственная мощность карьера?

5. Назовите основной фактор, определяющий А_год.