3. Обоснование главных параметров карьера

Горно-геометрический анализ карьерного поля заключается в вычерчивании ряда положений работ через определенные интервалы (кратные годовому понижению уровню горных работ) его подвигания, определении для каждого положения фронта объема вскрышных и добычных работ и построений графиков режима горных работ.

При вытянутых карьерных полях для вскрытия и подготовки очередного по глубине горизонта необходимо на вышележащем горизонте выполнить определенный объем горных работ V_р.т. и V_о по проведению наклонной и нарезной траншеи и расширению ее для образования рабочей площадки Ш _р.п..

Таким образом для каждого этапа и для всего срока существования карьера, а также для различных вариантов вскрытия и системы разработки могут быть без значительных затрат труда получены конкретные планы работы карьера.

Горно-геометрический анализ карьерного поля заключается в проведении ряда положений фронта работ через интервалы кратные понижению (годовому) горных работ, его подвигания и определения для каждого положения фронта объёмов вскрышных и добычных работ и построение графика режима горных работ. При вытянутых карьерных полях необходимо выполнить определённый объём горных работ по проведению траншей, и образованию рабочих площадок шириной не меньше минимальной.

Исходным материалом для горно-геологического анализа участка №7 разреза “Восточный” при известной глубине, служит поперечное сечение по разведочной линии №61, на которой нанесены проектные контуры разреза, залежи полезного ископаемого, а также линии этапов, которые проводятся от центра разрезной траншеи на каждом горизонте под углом рабочего борта разреза до пересечения с дневной поверхностью или конечным контуром.

Конечная глубина карьера определяется аналитическим методом по формуле

Нk = (2 · k₂ / л · (М - m) - m) / (ctg г_л + ctg г_в), м(3.1)

где k₂-граничный коэффициент вскрыши, мі/мі

л-коэффициент неравномерности вскрышных работ (отношение наибольшего за период отработки карьера эксплуатационного коэффициента вскрыши к его среднему значению), л=1,4…1,8; должен приниматься по проекту-аналогу со сходными горно-геологическими условиями разработки.

М - нормальная мощность залежи угля (определяется по поперечному сечению), м

m -нормальная мощность прослоек породы в угольной залежи (определяется по поперечному сечению), м

г_л; г_в угол наклона нерабочих бортов карьера соответственно по лежачему и висячему боку.

Граничный или экономически целесообразный коэффициент вскрыши - это максимально допустимый коэффициент вскрыши, при котором, в данных условиях, открытая разработка месторождения является целесообразной. Граничный коэффициент вскрыши определяется по формуле

Кгр = (Спр - Сд) / Св, мі/т(3.2)

где Спр-предельно допустимая величина полной (с учётом вскрыши) себестоимости добычи угля, тенге/т;

Сд - себестоимость добычи угля, тенге/т;

Св - себестоимость вскрыши, тенге/т

Кгр = (339,6 - 135) / 106 = 1,93 мі/т

Величины себестоимости по процессам приняты по укрупнённым показателям экономического отдела АО «ЕЭК» разреза «Восточный».

Нк = (2,8· (610 - 220) - 220)/ 2,8562 = 305,3м

Принимаю конечную глубину карьера равную 300 метрам, угол рабочего борта равный 35 и нерабочего борта равный 14 градусам.

Определяем площадь вскрыши и угольной залежи, для каждого контура карьера находим объём вскрыши и добычи, рассчитываем контурный коэффициент вскрыши по следующим формулам

S_в = cf · hсл · М, мІ(3.2)

S_п = cd · hсл · М, мІ(3.3)

где cf - длина средней линии трапеции по вскрыше по левому борту, см;

hсл - высота слоя, см;

М - масштаб чертежа поперечного сечения, м/см.

Средние линии и высота слоя находятся измерением на чертеже.

Для определения объёмов полезного ископаемого и вскрышных пород по этапам отработки нужно площади сечения по этапам умножить на длину карьерного поля по простиранию

V_в = S_в · L, мі(3.4)

V_п = S_п · L, мі(3.5)

где S-площадь соответствующей трапеции, мІ;

L - длина слоя по простиранию, равна длине карьерного поля, м.

Для удобства данные результаты вычисления, измерения и расчётов заносим в таблицу 3.1

Результаты горно-геометрического анализа

По результатам горно-геометрического анализа, объемы по вскрыше равны 255246780мі. Промышленные запасы угля P в границах поля №7 определяем из выражения

?Р = Уvпи г(3.6)

где Уvпи-промышленные запасы угля в границах поля №7 определяются по горно-геометрическому анализу, мі (таблица 3.1)

г-средняя плотность угля, т/мі.

?Р = 405277,28*1,5 = 607915900 т

Определяем средний коэффициент вскрыши

Кср = Уvв / УP мі/т(3.7)

где Уvв-объем вскрыши, мі

Кср=255246780 / 607915900 = 0,42

Зависимость нарастающих объемов вскрыши (Уvв) и угля (УP) от глубины (H) по полю разреза выражаем в графике горных работ (приложение Б).

Определение производственной мощности по углю, производим методом, на основе определения нормативной мощности Ар из выражения

Ар=Р / Т млн. т/год(3.8)

где Т- срок амортизации основных фондов. “Нормы технологического проектирования угольных и сланцевых разрезов” рекомендуют определять срок службы разреза, исходя из установленных промышленных запасов. При запасах 607915,9 т.т. срок существования карьера находится в пределах 40 - 75 лет, при этом производственная мощность карьера должна составить от 10 - 15 млн. т/год.

Проектом принимаем производительную мощность разреза по углю

Ар = 14 млн. тонн / год. Срок существования карьера - 45 лет.

Для определения производительности разреза по вскрыше воспользуемся формулой

Ав=Ар · Кср млн. мі/год(3.9)

Ав=14* 0,42 = 5,880 млн.мі/год

Для определения производительности разреза по вскрыше производим трансформацию графика режима горных работ в календарный. Для этого по принятой производительности Ар по полезному ископаемому определяем срок отработки i-го слоя с запасами Qi полезного ископаемого

Тi=Qi / Аi, лет (3.10)

Исходя из срока отработки слоя и объемов вскрышных пород в нем, определяем годовую производительность разреза в течении срока отработки слоя

Пi = Vi / Тi, мі/год(3.11)

Строим календарный график горных работ с распределением объёмов угля и вскрышных пород по этапам. Результаты расчётов построения календарного плана горных работ сводим в таблицу 3.2

Результаты расчетов календарного плана горных работ

Ступенчатое скачкообразное распределение объемов вскрыши крайне неудобно, оно требует частого ввода в эксплуатацию новых мощностей, а затем такого же частого их вывода, к тому же из за такого распределения вскрышных объемов требуется завышенное количество вскрышного оборудования.

Выравнивание режима вскрышных работ достигается сглаживанием пиковых объемов и переносом их на более ранние и более поздние сроки. При этом производительность разреза по вскрыше принимаем кратной производительности вводимого в эксплуатацию вскрышного оборудования. Годовая и среднесуточная производительность разреза по углю и вскрыше, а также коэффициент эксплуатации вскрыши представлены в календарном плане горных работ демонстрационного листа.

4. Вскрытие карьерного поля и строительство разреза

Освоение карьерного поля необходимо начинать с подготовки поверхности. Так как поверхность карьерного поля 7 представлена степной равниной, то подготовка поверхности карьерного поля будет заключаться в снятии плодородного слоя земли.

В соответствии с установленными размерами территории карьерного поля, которая будет вовлечена в разработку на всех этапах развития горных работ и с тем, что на данной территории средняя мощность плодородного слоя составляет 0,5 метра, величина запасов почвенно-плодородного слоя земли, который необходимо, перед производством горно-строительных работ, снять представлены в таблице 4.1

На работах по снятию и доставке на склад почвенно-плодородного слоя земли принимаю скрепера типа - ДЗ-107-1 (q=45 тонн, Е = 25м3).

На складировании почвенного слоя земли во временный отвал бульдозер Т-330.

Техническая производительность скрепера ДЗ 107-1 определяется по формуле

Qтех = (3600*Е*Кн) / (Кр*Тц), м3/час(4.1)

Qтех = (3600*25*1,25 / 1,1*40 = 2556,81 м3/час

Эксплуатационная производительность бульдозера при работах по укладке и планировке почвы во временный земельный отвал определяется по формуле

Qэ = (3600*L*(b-a)*Кис) / (Z*(L*v + tп)), м3/час(4.2)

где L - длина планируемого участка, м

b - ширина полосы за один проход, м

a - ширина перекрываемой полосы за один проход, м

Z - число проходов по одному месту;

v - рабочая скорость при планировочных работах;

tп - время на повороты при каждом проходе, сек;

Кис - коэфициент использования оборудования;

Е - ёмкость ковша, м3;

Кн - коэффициент наполнения ножа скрепера;

Кр - коэффициент разрыхления;

То - время оборота скрепера, час

Qэ = (3600*7*(3,22-0,4)*0,85) / (2*(7*1,25+8)) = 1803 м3/час

Суточная производительность скрепера определяется по формуле

Qсут = (Тсм*Кис*((Е*Кн)/Кр))/То, м3/сут (4.3)

Qсут = (8*0,85*((25*1,25)/1,1)/0,89 = 1014 м3/сут

Площадь и объём снимаемого при формировании отвала (Fпо, Vпо), а также для подготовки поверхности карьерного поля 7, под производство горно-капитальных работ (Fк, Vк), почвенного слоя за год определяется по формулам соответственно

Fпо = Vфо*Lфо, м2(4.4)

Vпо = Fпо*mпо, м2(4.5)

где Vфо и Lфо годовое подвигание и длина фронта горных работ

соответственно.

Fпо= 47,48*6500 = 308668м2

Vпо= 308668*0,05 = 15433,4м2

Fк = Vк* Lк, м2(4.6)

Vк = Fк*mпо, м2(4.7)

где Vк и Lк-годовое подвигание и длина фронта горных работ соответственно, м/год

mпо - средняя мощность почвенного слоя на площади.

Fк=115*3000=345000м2

Vк=345000*0,05=17250м2

Скрепер занят на работе по процессу снятия плодородного слоя земли только в дневное время,в зимние и дождливые дни скрепер не работает. Число рабочих дней в году (при пятидневной рабочей неделе с учётом ремонтных дней и сезонной работы) равно 138 дням. Годовая производительность ДЗ 107-1 равна 139999м3/год.

В соответствии с нормами при расчёте производительности по снятию-укладке почвенно-плодородного слоя должен быть учтён 25% резерв производственных мощностей.

Поэтому на основании объёмов подготовительных работ и с учётом резерва производственных мощностей на данных работах принимаю:

- два скрепера типа ДЗ107-1 на обслуживании процесса по снятию и складированию плодородного слоя с территории карьерного поля №7;

- один скрепер типа ДЗ107-1 на обслуживании процесса по снятию и складированию плодородного слоя с территории, отведённой под сооружение внешнего отвала;

- один бульдозер типа т-330 на работах по укладке плодородного слоя, транспортируемого с территории, отведённой под сооружение внешнего отвала;

- один бульдозер типа Т-330 на работах по укладке плодородного слоя, транспортируемого с территории, отведённой под производство работ связанных с добычей полезного ископаемого на всех последующих этапах развития горных работ.

Складирование плодородного слоя земли произвожу за контурами рабочей зоны разреза, разрабатываемого карьерного поля №7.