Методические указания к расчету главных параметров карьера для пологой залежи

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Курсовой проект 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 определению главных параметров карьера в конкретных горно-геологических и технологических условиях.

Студент выполняет курсовой проект самостоятельно в соответствии с индивидуальным заданием, выданным руководителем проектирования.

Законченный проект сдается руководителю на проверку в сроки, предусмотренные учебным планом и графиком учебного процесса. После проверки курсового проекта назначается дата и время его защиты перед комиссией назначаемой кафедрой. По результатам защиты студенту выставляется оценка.

СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект разрабатывается для заданных параметров месторождения полезных ископаемых и технологических параметров.

Пояснительная записка содержит следующие разделы: исходные данные для проектирования, расчет главных параметров карьера в конкретных горно-геологических и технологических условиях.

Графическая часть состоит из чертежей, выполненных в соответствии с ГОСТами.

Даны методические рекомендации для проектирования.

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 результате выполнения курсового проекта должны определить 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. Ширину карьера на земной поверхности В_к;

7. Длину карьера на земной поверхности L_к;

8. Ширину дна карьера В_д;

9. Длину дна карьера L_д;

10. Построить поперечный и продольный профиль карьера;

11. Фактический угол нерабочего борта карьера на предельном контуре g_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, угол откоса уступа α_у, граничный коэффициент вскрыши К_гр, плотность полезного ископаемого ρ_п.и. приведены в приложении 1. Угол нерабочего борта карьера на предельном контуре g_н.б. задается по таблице, приведенной в приложении 2 и определяется по глубине карьера. При этом углы нерабочего борта карьера висячего бока g_н.б.в. и лежачего бока g_н.б.л. равны. Рыхлые отложения отсутствуют поэтому мощность h_о составляет ноль метров.

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;

Св – 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 α_п (угол падения залежи) 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 отметят горизонты 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 ( _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

Линия откоса нерабочего борта карьера строится посредством соединения верхней бровки самого верхнего уступа с нижней бровкой самого нижнего уступа.

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

При выдержанном залегании полезного ископаемого объемы вскрыши и запасы полезного ископаемого можно рассчитывать на единицу длины (1 м)

∆V₁ = S_в1´l₁, м³; ∆Q₁ = S_п.и. ´ l₁´ρ_п.и., т; (2)

∆V₂ = S_в2´ l₂, м³; ∆Q₂ = S_п.и. ´ l₂´ρ_п.и., т, (3)

где ρ_п.и. – плотность полезного ископаемого, т/м³.

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

S_п.и. = m´ H_у´sin^-1α_п (4)

Площадь вскрышных пород для первого уступа определяется площадью треугольника 0'-1'-1''-0'' с высотой H_у и основанием H_у´ (ctg g_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 2H_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 g_н.б.1+ ctg α_п) (5)

Площадь вскрышных пород для второго уступа определяется по формуле

S_в2 = H_у² ´ (ctg g_н.б.2+ ctg α_п) –0,5 ´ H_у² ´ (ctg g_н.б.1+ ctg α_п) (6)

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 = H_у² ´ (ctg g_н.б.i + ctg α_п) –0,5 ´ H_у² ´ (ctg g_н.б.(i-1) + ctg α_п) (7)

Для каждого уступа определяется угол нерабочего борта g_н.б.i в зависимости от глубины отработки карьера. После определения площадей, объемов вскрышных пород и запасов полезного ископаемого для каждого уступа определяются значения контурных коэффициентов вскрыши К_кi для каждого уступа по формулам

К_к1= ,К_к2= ,К_к3= и т.д. (8)

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

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

На том горизонте, где K_ki будет равен К_гр. следует прекращать открытые горные работы 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. (9)

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_у ´ (ctg g_н.б.i + ctg α_п) (10)

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 борта и определяется по формуле

В_д = m ´sin^-1α_п + (ctg α_п – ctg α_у ) ´ H_у (11)

Необходимо вычертить продольный профиль для определения значений длин контуров по простиранию L_i (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 g_н.б. (12)