Расчет параметров технологических схем выемки пород экскаваторами в торцевом забое при разработке рыхлых и скальных пород.

Ширина рабочей площадки уступа рассчитывается из условий свободного размещения, безопасной работы и передвижения горного и транспортного оборудования за пределами призмы обрушения и с учетом величины развала горной массы после взрыва.

Рис.4.3.: Элементы рабочей площадки уступа на карьере

А - ширина заходки по целику, м,

В_р - ширина развала горной массы после взрыва, м;

Т - ширина транспортной полосы, м;

С - безопасный зазор между нижней бровкой развала и транспортной полосой, м;

П - ширина полосы для размещения дополнительного оборудования и проезда вспомогательного транспорта, м;

П_б - ширина полосы безопасности (призмы обрушения),м;

П_б = Н_у(ctga_у - ctga) ,м

Н_у - высота уступа, м;

j - угол устойчивого откоса уступа, градус;

a - угол рабочего откоса уступа, градус (65-80^о для рабочих и 45-60^о для нерабочих уступов).

Принять расчетную схему для определения ширины рабочей площадки для вскрышной и добычной рабочих площадок, используя графическое изображение площадки.

Пример:

Определяем расчетную схему для вскрышной рабочей площадки уступа

Рис. 4.4.: Рабочая площадка вскрышного уступа

Тогда, ширина вскрышной рабочей площадки будет ровна: Ш_р = с + А , м

Определяем расчетную схему для добычной рабочей площадки уступа

Рис. 4.5.: Рабочая площадка добычного уступа

Тогда, ширина добычной рабочей площадки для тупикового забоя будет ровна: Ш_р = с + А , м

Расчет параметров забоя технологических схем заключается в определении высоты уступа, ширины заходки, углов откоса уступа и параметров места расположения экскаватора.

4.2.1. Определение высот уступов карьера для вскрышных и добычных работ.

При разработке мягких (полускальных) пород с целью исключения образования нависей и козырьков высота уступа не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора:

, м

где – максимальная высота уступа, м;

– максимальная высота черпания экскаватора, м.

При разработке скальных пород высота уступа в массиве должна удовлетворять следующему условию:

, м

В то же время высота развала (при механическом рыхлении и при рыхлении с применением взрывных работ) в этом случае должна удовлетворять условию:

, м

где h_р – высота развала, м

4.2.2. Выбор угла откоса для вскрышных и добычных уступов.

Углы откосов бортов карьера определяются условиями устойчивости пород прибортового массива и размерами транспортных коммуникаций, их принимают более крутыми для уменьшения объемов вскрышных работ.

Углы откосов уступа принимаются в следующих пределах:

§ в массиве мягких пород рабочий a=35°- 45°;

устойчивый (угол естественного обрушения) β = 30°- 35°;

§ в массиве коренных ( полускальные) пород рабочий a=75° - 80°;

устойчивый (угол естественного обрушения) β = 60° - 70°.

4.2.3. Паспорт забоя при бестранспортной системе разработке.

4.2.3.1. Расчет ширины рабочей площадки уступа.

Ш_р=с+А, м

где : А – заходка уступа, м

где - максимальный радиус черпания, м

w - рабочий угол поворота экскаватора.

с – предохранительная берма, м

С=Н_у(ctgb-ctga), м

где b - угол естественного обрушения породы

a - угол откоса уступа

Расчет дополнительных элементов, для построения технологической схемы паспорта

Рассчитываем расстояние от забоя до расположения экскаватора.

l=(0,7¸0,8) , м

Величина заложения откоса уступа.

Коэффициент переэкскавации при бестранспортной системе разработки:

К_П = V_П / (A * H_B)

где : А - ширина заходки на уступе, м;

H_B - мощности пустых пород, м;

V_П - объем работ по переэкскавации на 1 м длины фронта работ, м³

Где: Б - ширина площадки на почве пласта (принимаем Б = 4 ÷ 6 м);

h_П - высота подвалки уступа (работа без подвалки уступа h_П = 0; работа с частичной подвалкой h_П - 4; полная подвалка h_П =6);

α - угол откоса уступа, град;

в - угол откоса отвала (угол естественного обрушения пород), град;

Н_О.В - высота временного отвала, м;

H_{O B} = (R_{P max} – B – (H_B - H₂) ctgα – m * ctgα + h_П(ctgα + ctgβ)) * tgβ, м.

В - расстояние от оси экскаватора до верхней бровки уступа, м:

В = 1 / 2Ш_P, м;

Ш_P - ширина рабочей площадки уступа;

Н_B - высота уступа;

H₂ - высота верхнего уступа (если он присутствует), не должна превы­шать (0,7 ÷ 0,8) максимальной высоты разгрузки вскрышного экскаватора;

H₂ = (0.7 ÷ 0.8) H_{P max}

Если отсутствует верхний уступ, Н₂ = 0

α - угол откоса уступа, град;

β - угол естественного обрушения породы, град;

m - мощность пласта полезного ископаемого, м

4.2.3.2. Графическая часть паспорта забоя

Используя типовые технологические схемы выбрать и вычертить технологическую схему (карту) забоя в масштабе на листах формата А3 или А4

Изображение схемы возможно ( на выбор студента) одним из двух вариантов:

- компьютерная графика (в графических программах: Компас, Visio, CorelDRAW, AutoCAT)

- ручная работа

4.2.4. Паспорт забоя при транспортной системе разработке.

4.2.4.1. Расчет ширины рабочей площадки уступа

Ш_р=с+А, м

где А – заходка уступа, м

для автотранспорта: А=(0,5¸1)R_ч.у, м.

для железнодорожного транспорта: А = ( 1,5-1,7) R_ч.у, м

где R_ч.у. – максимальный радиус черпания на горизонте установки, м

с – предохранительная берма,м

С=Н_у(ctgb-ctga), м

где b - угол естественного обрушения породы

a - угол откоса

z – транспортная предохранительная берма, по условиям безопасности принимает более 2,5 м.

Т – ширина транспортной полосы, м

При двухполосном движении:

Т=2(Ш_т.с.+1), м.

где Ш_т.с. – ширина транспортного средства (колеи), м.

При однополосном движении:

Т=Ш_т.с.+1, м.

Расчет дополнительных элементов, для построения технологической схемы паспорта

Рассчитываем расстояние от забоя до расположения экскаватора.

l=(0,7¸0,8) , м

Величина заложения откоса уступа.

4.2.4.2. Графическая часть паспорта забоя

Используя типовые технологические схемы выбрать и вычертить технологическую схему (карту) забоя в масштабе на листах формата А3 или А4

Изображение схемы возможно ( на выбор студента) одним из двух вариантов:

- компьютерная графика (в графических программах: Компас, Visio, CorelDRAW, AutoCAT)

- ручная работа

Таблица 4.1: Параметры для определения ширины рабочей площадки с применением автотранспорта

Таблица 4.2: Рабочие параметры экскаваторов

Параметры	Марка экскаватора
ЭКГ-5А	ЭКГ-8И	ЭКГ-8УС	ЭКГ-10	ЭКГ-12	ЭКГ-15	ЭКГ-20А	ЭКГ-5У
Вместимость ковша, м3	5,0	8,0	8,0	10,0	12,0	15,0	20,0	5,0
Максимальный радиус черпания RЧ MAX, м	14,5	18,4	19,8	18,4	22,5	22,6	22,1	23,7
Максимальный радиус разгрузки RР MAX, м	12,3	16,3	17,9	16,3	19,9	20,0	20,0	22,1
Максимальная высота черпания HЧ MAX, м	10,3	13,5	17,6	13,5	15,1	16,4	17,9	22,2
Максимальная высота разгрузки HР MAX, м	6,7	8,6	12,5	8,6	10,0	10,0	11,5	17,5
Радиус черпания на горизонте установки экскаватора RЧУ, м	9,04	12,2	13,5	12,6	14,8	15,6	15,2	14,5
Радиус вращения кузова RК, м	5,0	7,8	7,8	7,7	10,0	10,0	9,6	7,78
Радиус разгрузки при максимальной высоте разгрузки RPH, м	11,8	15,6	16,5	15,4	19,5	19,5	18,2	18,6
Частота вращения поворотной платформы, мин	3,0	2,8	2,8	2,8	2,6	2,8	2,5	2,8
Просвет под поворотной платформой, м	1,85	2,76	2,76	2,76	3,33	3,3	3,3	2,76
Ширина гусеничного хода ШХ, м	5,24	6,98	6,98	6,98	9,5	9,5	9,6	6,98

Таблица 4.3. : Техническая характеристика шагающих экскаваторов-драглайнов

Показатели	ЭШ-4/45	ЭШ-10/60	ЭШ-10/70	ЭШ-15/90	ЭШ-15/90А	ЭШ-25/100№1	ЭШ-25/100№2	ЭШ-40/851	ЭШ-80/100	ЭШ-125/1251
Ёмкость ковша, м3:
Стандартного
Сменного		8,5	8,5	-	-	-	-
Угол наклона стрелы, град.								-	-	-
Рабочие размеры, м:
длина стрелы, А.
максимальный радиус разгрузки	39,5		66,5				94,65	-	98,5	-
максимальная высота разгрузки Нр	19,5		27,5				43,6
максимальный радиус черпания			66,5				94,65
максимальная глубина черпания					42,5		49,8
Основные размеры. м:
радиус вращения кузова	-	13,2		18,5	18,5
ширина кузова				17,6	16,8
высота крыши кузова нк	-	8,5	9,6	11,64	11,64	12,2	12,2
высота двуноги над уровнем земли нд	-	18,6	18,8	17,61	17,64
просвет под поворотной платформой h	-	1,278	1,278	1,65	1,613	2,23	2,23
высота оси пяты стрелы s	-	2,5	2,15	5,45	6,02	6,7	6,7
расстояние от оси пяты до оси вращения экскаватора t	--			5,784	5,784	8,3	8,3	-	-	-
длина опорных башмаков u	-					20,5		-	-	-
ширина опорных башмаков	-	1,25	1,8	2,5	2,5	3,5	3,75	-	-	-
диаметр базы		9,5	9,7					-	-	-
Конструктивные показатели:								-	-	-
максимальное усилие подъёма.тс	-							-	-	-
скорость подьёма ковша. м/с	-	2,2	2,48	2,34	2,67	2,65	2,96	-	2,8	-
допустимая нагрузка на конце стрелы. тс	12,5		31,5	45,5	45,5
максимальное усилие тяги ковша. тс	-							-		-
скорость движения тягового каната. м/сек.	-	1,97	2,22	2,13	2,67	2,4	2,3	-	2,7	-
скорость вращения платформы. об/мин.	-	1,95	1,37	1,42	1,18	1,28	1,4	-	-	-
скорость передвижения, км/ч.	0,45	0,2	0,2	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06
уклон, преодолеваемый при передвижении, град.	-							-	-	-
среднее удельное давление на грунт, кгс/см2:
при работе	0,41	0,84	0,9	0,9				1,05		2,3
при передвижении	1,05	1,2	1,3	2,2	2,5	1,5	1,8		2,3	-
Мощность сетевого двигателя, кВт.						1680x	1680x
Подводимое напряжение, В.	-						-	-	-	-
Продолжительность цикла при средней глубине забоя с поворотом на 1350 в породах IV категории, сек.					602
Рабочая масса, т.										-
Завод-изготовитель	Ново-Краматорский им. В. И Ленина	Уральский им. С. Орджоникидзе

Таблица 4.4. : Технологические характеристики карьерных прямых (ЭГ) и обратных (ЭГО) лопат (экскаваторов ) типа гидравлических на гусеничном ходу АО «УЗ

Таблица 4.5.: Технические характеристики универсальных полувагонов

Таблица 4.6. : Технические характеристики думпкаров

Таблица 4.7. : Технические характеристики специальных полувагонов

Таблица 4.8. : Технические характеристики электровозов и тяговых агрегатов

Таблица 4.9.: Технические характеристики тепловозов

5. Технология отвальных работ.

5.1. Способ отвалообразования.

Обосновать способ отвалообразования

· Экскаваторное отвалообразование: Сущность, область применения, достоинства и недостатки. Организация работ при данном отвалообразовании

5.2. Площадь размещения отвала вскрышных пород.

5.2.1. Высота отвала.

Максимальная высота отвала принимаем равной максимальной высоте разгрузки экскаватора

Высоту отвалов выбирают в зависимости от способа механизации от­вальных работ, физико-механических свойств горных пород и рельефа местности, отводимой под отвалы. Согласно технико-экономических показателей вы­сота отвала на карьерах не должна превышать значений при породах.

Таблица 5.1 : Высота отвала.

При необходимости создания большей высоты (при переэкскавации) от­валы располагаются в несколько ярусов (уступов) Высота яруса отвала по СНиП составляет 10 (15) м.

Принять необходимое количество ярусов.

5.2.2. Длина отвала .

При бестранспортной системе равен длине наибольшему/наименьшему параметру размера карьера по поверхности, в зависимости от направления фронта работ на вскрышном уступе ( смотри п. 1.1.1.; п.3.2.)

При транспортной системе – принимаем длину отвала в соответствии со СНиПом равную 1.5 – 2 км (1500-2000 м)

5.2.3. Площадь и параметры поперечного сечения отвала.

Площадь отвала определяется по формуле:

где W - объем породы, подлежащей размещению в отвале за период его существования (объем вскрышных пород, смотри п.2.3.), м³;

К_P - коэффициент разрыхления породы в отвале

(К_P =1,2 ÷ 1.3);

Н_O – максимальная высота отвала , м

К_О - коэффициент, учитывающий откосы и неравномерность запол­нения площади

(для одноярусных отвалов К_О = 0,8 ÷ 0,9;

для двухъярус­ных К_О = 0,6 ÷ 0,7);

Ширина отвала поверху при его максимальной высоте:

где β- угол откоса отвала (принимаем равный углу естественного обрушения пород).

Если при расчетах в_о получается отрицательный результат, то поперечное сечение отвала имеет форму треугольника.

Определить ширину основания отвала при его максимальной высоте:

В_о = в_о + 2Н_о.max ctgβ, м.

Минимально возможная высота отвала:

Н_{о min} = S_о / (R_{p max} – в – 1), м.

Ширина отвала поверху при его минимальной высоте:

5.3. Экскаваторное отвалообразование.

5.3.1. Радиус разгрузки экскаватора при максимальной высоте отвала.

Определить требуемый радиус разгрузки экскаватора при максимальной высоте отвала:

где в - расстояние от отвала до верхнего контура траншеи (равен

размеру предохранительной бермы уступа).

Сравнить величины: расчетный требуемый радиус разгрузки (R_P) и мак­симальный радиус разгрузки экскаватора ( - техническая характеристика экскаватора).

Если выполняется условие R_P < то проведение работ возможно без переэкскавации породы при прямолинейном движении экскаватора.

Экскаватор можно сместить вправо от первоначальной намеченной оси на расстояние до 1:

l = R_p.max – R_P, м

Если выполняется условие R_P > ,то проведение работ требует переэкскавацию, необходимо вводить дополнительное горное оборудование.

Предоставить вывод по месту установки экскаватора или требуемой переэкскавации.

5.3.2. Приёмная способность отвала.

Приемная способность отвала - количество породы, которое возможно разместить в отвале между двумя смежными передвижками путей.

Измеряют так же на 1 м отвального фронта работ.

Приемная способность отвального тупика определяется по формуле:

V_П = H_O BL, м³,

где Н_О - высота отвала, м;

В - шаг передвижки пути (25 - 30 м);

L - длина отвального тупика, м.

Приемная способность отвального тупика (в целике) между передвижка­ми транспортной полосы определяется по формуле:

где К_P - коэффициент разрыхления породы (К_P = 1,2 ÷ 1,4).

Приемная способность на 1 м фронта отвальных работ равна:

5.3.3. Производительность отвала.

Производительность отвального тупика или отвала - количество породы, принимаемой тупиком или отвалом в единицу времени (смену, сутки и т.д.).

Производительность отвального тупика (по пропускной способности пу­тей) равна при бестранспортной системе:

где n_ц - количество рабочих циклов в смену,

T_см - продолжительность рабочей смены, мин:

t_ц - продолжительность рабочего цикла (смотри техническую характеристику экскаватора) , мин;

Е_ков - вместимость ковша экскаватора, м³ .

K_п.и - коэффициент полезного используемого тупика во времени (K_п.и = 0,85 ÷ 0,9),

t_p - время на разгрузку одного ковша, мин;

t_о - продолжительность рабочего цикла на отвальном тупике,

при­нимаем (t_p + t_o) = [10 ÷ 20] мин.

К_P - коэффициент разрыхления породы (К_P = 1,2 ÷ 1,4)

При работе экскаваторов на отвале, производительность тупика, опреде­ленная по пропускной способности путей, должна соответствовать производи­тельности экскаватора на отвале, т.е.

П_O ≥ П_Э.О,

где П_Э.О - производительность отвального экскаватора.

Если не выполняется данное условие, необходимо выбрать другой отвальный экскаватор с меньшей емкостью ковша и произвести повторный расчет.

5.3.4. Число отвальных тупиков.

Число отвальных тупиков в работе можно определить из выражения:

где П_В - производительность карьера по вскрыше, м³ (объем

вскрыш­ных пород).

Общее число тупиков на отвале с учетом тупиков, находящихся в передвижке, составит:

где t_п - время в сменах, затрачиваемое на передвижку пути;

t_с - время в сменах по приемке породы на отвальном тупике

между двумя передвижками;

По эмпирическим показателям карьеров величина принимается равной (1,25 ÷ 1,7).

5.3.5. Превышение отвальной насыпи и максимальная высота отвального забоя.

Определить превышение вновь отсыпаемой отвальной насыпи (h₂) над старой и максимальную высоту отвального забоя на экскаваторном отвале.

Превышение отвальной насыпи:

где - коэффициент первоначального разрыхления породы в отвале

( =1,2 ÷ 1,3);

К_P - коэффициент остаточного разрыхления (К_P = 1,05 ÷ 1,15),

Максимальная высота отвального забоя:

h₄ = H_P.max – h₂, м,

где Н_P.mах - максимальная высота разгрузки отвального экскаватора, м.

5.4. Бульдозерное отвалообразование.

Бульдозерное отвалообразование осуществляется двумя способами: пе­риферийным и площадным.

При периферийном отвалообразовании автосамосвалы разгружаются по периферии отвала в непосредствен ной близости от его верхней бровки.

При площадном отвалообразовании разгрузка осуществляется по площа­ди отвала, после чего бульдозером планируется отсыпанный слой породы. Этот способ применяют при складировании малоустойчивых пород и большой высо­те отвала.

В связи со значительно меньшей потребностью в планировочных работах большее распространение получило периферийное отвалоообразование. При большом объеме планировочных работ и большой длине отвального фронта его делят на два или несколько участков, на которых последовательно осуществ­ляют планировку, разгрузку, ремонт и устройство автодорог . Такая организация работ позволяет рассредоточить по фронту основные и подготовительные рабо­ты.

Автодороги на отвалах по своему назначению подразделяют на подъезд­ные и отвальные. Подъездные дороги в виду длительной эксплуатации должны иметь улучшенное покрытие и водоотводные сооружения.

Для покрытия отвальных дорог применяют сборные железобетонные плиты. Их переукладка осуществляется с помощью автокранов. Применение железобетонного покрытия, в особенности мягких пород, повышает скорость движения автомашин на 10 - 15 %. Железобетонные плиты целесообразно ею применять при сроке службы временных дорог не менее 1,5 - 2 лет.

Принять и обосновать способ бульдозерного отвалообразования:

- Периферийное отвалообразование

- Площадное отвалообразование

5.4.1. Объем бульдозерных работ.

Число автосамосвалов, разгружающихся на отвале в течение часа:

где Q_К.Ч - часовая производительность карьера по вскрыше, т;

т.

Т_см - продолжительность рабочей смены, ч.;

n_см - число смен в сутки;

N - число рабочих дней в году;

- число лет отработки вскрышных уступов;

- вес вскрышных пород, т;

т;

V_B - объем вскрышных пород, m³;

γ - плотность грунта (пустых пород), т/м³.

(при рыхлых породах γ = 1,1-1,3 т/м³;

при полускальных (разрыхленных) γ = 1,3-1,6 т/м³)

принимают по заданию;

g_c - масса породы, перевозимая самосвалом, т;

g_c = Е_куз * γ, т.

Е_куз - вместимость кузова, м³ (техническая характеристика автосамосвала; вагона);

К_пер - коэффициент неравномерности работы карьера по вскрыше

Длина фронта разгрузки:

L_P = N_a.o * l_n, м,

где l_n - ширина полосы по фронту» занимаемая одним самосвалом при маневрировании (20 - 40 м),

N_a.o - число одновременно разгружающихся самосвалов;

t_р.м - продолжительность разгрузки и маневрирования одного

самосвала t_р.м = 1.5 - 2 мин).

Число разгрузочных участков, находящихся в одновременной работе:

где L_P - длина фронта разгрузки, м.

Число участков, находящихся в планировке;

N_у.п = N_у.р., шт.

Число резервных участков:

N_у.рез = N_у.р(0,5 ÷1,0), шт.

Общее число участков:

N_у = N_у.п. + N_у.р. + N_у.рез, шт.

Общая длина отвального фронта:

H_O = (2,0 ÷ 3,0)L_P, м.

Объем бульдозерных работ:

Q_б = Q_к.ч. K_зав, м³/ч.

Q_б = Q_б * n_час, м³/см.

где Q_к.ч.- часовая производительность карьера по вскрыше, м³/ч;

K_зав - коэффициент заваленности

(по практическим данным K_зав =0,5 ÷ 0,7).

N_час - количество часов в смену

6. Заключение.

Выполнить сводную таблицу: Технологические показатели работ на горизонтах