Akademia Górniczo-Hutnicza
Im. Stanisława Staszica

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii

ZWAŁOWANIE I REKULTYWACJA

Temat: Określenie geometrii zwałowiska wraz z technologią zwałowania i rekultywacji.

Biernat Anna

GIG IV

Gr. 1

1. Zwałowanie.

1. Dane wyjściowe, cel i zakres projektu.

Ilość mas zwałowych: 20 000 [m³/rok]

Lata zwałowania: 10 lat

Gęstość materiału: 1,65 [Mg/m³]

Współczynnik rozluzowania: 1,2

Kąt naturalnego usypu: 24^o

Wysokość zwałowiska: 10 [m]

A/B: 0,8÷0,9

Typ spycharki: Stalowa Wola TD-15M Extra

Celem projektu jest obliczenie wymiarów zwałowiska. Sposobu zwałowania i wydajności spycharek. Na koniec wyliczamy potrzebną na ilość spycharek.

1. Opłaty za usunięcie drzew.

Na podstawie Dz.U.2009.151.1220 dobieram opłaty za 1 cm długości obwodu drzewa.

Dla klonu jest to: 12,39 zł

Dla świerku zwyczajnego i brzozy: 33,69 zł

Dla lipy: 81,95 zł

Znając obwody drzew wyliczyłam ceny wycięcia poszczególnych drzew:

Klon – 1362,9 zł

Świerk zwyczajny – 3032,1 zł i 2695,2 zł

Brzoza – 3705,9 zł i 3369 zł

Lipa – 22946 zł

.

1. Objętość zwałowiska.

   1. Obliczenie wymaganej objętości zwałowiska.

V_zc=20000 * 10 = 200000 [m³]

1. Podstawowe wymiary zwałowiska.

   1. Obliczenie wymiarów stopy zwałowiska.

$$P_{z} = \frac{V_{\text{zc}}}{k_{0}*H}\ \lbrack m^{2}\rbrack$$

Gdzie:

V_zc – objętość całkowita zwałowiska,

k₀ – współczynnik uwzględniający skarpy i nierówności => 0,75,

H – wysokość zwałowiska.

$$\mathbf{P}_{\mathbf{z}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{200000}}{\mathbf{0,75*10}}\mathbf{= 26666,67\ \lbrack}\mathbf{m}^{\mathbf{2}}\mathbf{\rbrack}$$

Przyjmujemy: B=180 m; A=150 m

A/B=0,83

P_z=27000 m²

1. Obliczenie wymiarów wierzchowiny zwałowiska.

$$x = \frac{H}{\tan\alpha} = 22\ \lbrack m\rbrack$$

a = A − 2x = 106 [m]

b = B − 2x = 136 [m]

P_w = a * b [m²]

P_w=136 * 106 = 14416 [m²]

1. Roczne opłaty za użytkowanie na cele nierolnicze gruntów wyłączonych z produkcji.

Na podstawie Dz.U.1995.16.78 odczytuje że grunt klasy II podlega opłacie 650 ton ziarna żyta na 1 ha powierzchni. Wyliczam że mam do zapłacenia 1736 ton żyta.

Tona żyta wg GUS 584,6 zł.

Roczne opłaty wynoszą więc: 1014865,6 zł

1. Obliczenia sprawdzające objętość zwałowiska.

   1. Wzór Samujłły.

$$V_{\text{zc}} = P_{w}*H + \frac{1}{2}*n_{\text{sp}}*H^{2}*L\ \lbrack m^{3}\rbrack$$

Gdzie:

n_sp – wskaźnik pochylenia (1/tgα),

L – obwód mierzony w 2/3 wysokości.

L=594,4 m

$$\mathbf{V}_{\mathbf{\text{zc}}}\mathbf{= 14416*10 +}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}\mathbf{*2,22*}\mathbf{10}^{\mathbf{2}}\mathbf{*594,4 = 210138\ \lbrack}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}\mathbf{\rbrack}$$

1. Wzór geometryczny.

$$V_{\text{zc}} = \frac{1}{3}*H\left( P_{w} + P_{z} + \sqrt{P_{w}*P_{z}} \right)\lbrack m^{3}\rbrack$$

$$\mathbf{V}_{\mathbf{\text{zc}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{3}}\mathbf{*10}\left( \mathbf{14416 + 27000 +}\sqrt{\mathbf{14416*27000}} \right)\mathbf{= 203817\ \lbrack}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}\mathbf{\rbrack}$$

1. Metoda przekrojów równoległych pionowych.

	pole przekroju	odległość	pole średnie	objętość	suma objętości
1	133,2	2	66,6	133,2	133,2
2	262,8	4	198	396	529,2
3	388,8	6	325,8	651,6	1180,8
4	511,2	8	450	900	2080,8
5	630	10	570,6	1141,2	3222
6	745,2	12	687,6	1375,2	4597,2
7	856,8	14	801	1602	6199,2
8	964,8	16	910,8	1821,6	8020,8
9	1069,2	18	1017	2034	10054,8
10	1170	20	1119,6	2239,2	12294
11	1280	22	1225	2450	14744
12	1280	24	1280	2560	17304
13	1280	26	1280	2560	19864
14	1280	28	1280	2560	22424
15	1280	30	1280	2560	24984
16	1280	32	1280	2560	27544
17	1280	34	1280	2560	30104
18	1280	36	1280	2560	32664
19	1280	38	1280	2560	35224
20	1280	40	1280	2560	37784
21	1280	42	1280	2560	40344
22	1280	44	1280	2560	42904
23	1280	46	1280	2560	45464
24	1280	48	1280	2560	48024
25	1280	50	1280	2560	50584
26	1280	52	1280	2560	53144
27	1280	54	1280	2560	55704
28	1280	56	1280	2560	58264
29	1280	58	1280	2560	60824
30	1280	60	1280	2560	63384
31	1280	62	1280	2560	65944
32	1280	64	1280	2560	68504
33	1280	66	1280	2560	71064
34	1280	68	1280	2560	73624
35	1280	70	1280	2560	76184
36	1280	72	1280	2560	78744
37	1280	74	1280	2560	81304
38	1280	76	1280	2560	83864
39	1280	78	1280	2560	86424
40	1280	80	1280	2560	88984
41	1280	82	1280	2560	91544
42	1280	84	1280	2560	94104
43	1280	86	1280	2560	96664
44	1280	88	1280	2560	99224
45	1280	90	1280	2560	101784
46	1280	92	1280	2560	104344
47	1280	94	1280	2560	106904
48	1280	96	1280	2560	109464
49	1280	98	1280	2560	112024
50	1280	100	1280	2560	114584
51	1280	102	1280	2560	117144
52	1280	104	1280	2560	119704
53	1280	106	1280	2560	122264
54	1280	108	1280	2560	124824
55	1280	110	1280	2560	127384
56	1280	112	1280	2560	129944
57	1280	114	1280	2560	132504
58	1280	116	1280	2560	135064
59	1280	118	1280	2560	137624
60	1280	120	1280	2560	140184
61	1280	122	1280	2560	142744
62	1280	124	1280	2560	145304
63	1280	126	1280	2560	147864
64	1280	128	1280	2560	150424
65	1280	130	1280	2560	152984
66	1280	132	1280	2560	155544
67	1280	134	1280	2560	158104
68	1280	136	1280	2560	160664
69	1280	138	1280	2560	163224
70	1280	140	1280	2560	165784
71	1280	142	1280	2560	168344
72	1280	144	1280	2560	170904
73	1280	146	1280	2560	173464
74	1280	148	1280	2560	176024
75	1280	150	1280	2560	178584
76	1280	152	1280	2560	181144
77	1280	154	1280	2560	183704
78	1280	156	1280	2560	186264
79	1280	158	1280	2560	188824
80	1170	160	1225	2450	191274
81	1069,2	162	1119,6	2239,2	193513,2
82	964,8	164	1017	2034	195547,2
83	856,8	166	910,8	1821,6	197368,8
84	745,2	168	801	1602	198970,8
85	630	170	687,6	1375,2	200346
86	511,2	172	570,6	1141,2	201487,2
87	388,8	174	450	900	202387,2
88	262,8	176	325,8	651,6	203038,8
89	133,2	178	198	396	203434,8
90	0	180	66,6	133,2	203568

1. Postęp frontu zwałowego.

   1. Określenie rocznych postępów frontu zwałowego.

Na podstawie przekrojów równoległych stwierdzam:

1 rok – bedzie wykonane 26 m zwałowiska

2 rok – 42 m

3 rok – 57 m

4 rok – 73 m

5 rok – 87 m

6 rok – 104 m

7 rok – 120 m

8 rok – 136 m

9 rok – 152 m

10 rok – 180 m (całość)

1. Wnioski częściowe.

Obliczono pole stopy zwałowiska - 26667 m² i pole wierzchowiny 14416 m². Wyliczono też objętość trzema metodami: Samujłły - 210138 m³, geometryczną - 203817 m³ i przekrojów równoległych – 203568 m³. Wartości te nie różnią się od siebie znacząco.

1. Technologia formowania zwałowiska.

   1. Charakterystyka spycharki.

STALOWA WOLA TD-15M EXTRA

Moc silnika - 142 kW (190 KM)

1. Określenie objętości urobku przed lemieszem.

$$V = \frac{B*H^{2}}{2*\tan\alpha}\ \lbrack m^{3}\rbrack$$

Gdzie:

B – szerokość lemiesza [m] => 3,68 m

H – wysokość lemiesza [m] => 1,2 m

α – kąt naturalnego stoku.

$$\mathbf{V =}\frac{\mathbf{3,68*}\mathbf{1,2}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{2*}\tan\mathbf{24}}\mathbf{= 5,89\ \lbrack}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}\mathbf{\rbrack}$$

1. Technologia pracy spycharki.

Zwałowanie będzie się odbywać metodą poziomą, grubość pojedynczego zwałowanego pasma wynosi 0,2 m. Dobieram zakres pracy spycharki 55 m. Koparka jednorazowo będzie formować warstwę o długości 8 m, dlatego będzie pokonywać tą samą trasę 7 razy. Potrzebne będą cztery miejsca do których będzie dostarczany materiał.

1. Określenie czasu cyklu spycharki.

T_c = t_u + t_t + t_z + t_p + t_m [s]

Gdzie:

t_u – czas urabiania,

t_t – czas transportu,

t_z – czas zwałowania,

t_p – czas powrotu,

t_m – czas manewrowania.

Zwałowanie warstwami poziomymi więc t_u=0

• Pierwszy odcinek:

$$t_{t} = \frac{L_{t}}{v_{t}}\ \lbrack s\rbrack$$

Gdzie:

L_t – droga transportu,

v_t – prędkość transportu => 1,5 m/s.

$$\mathbf{t}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{0}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 0\ \lbrack s\rbrack}$$

$$t_{z} = \frac{L_{z}}{v_{z}}\ \lbrack s\rbrack$$

Gdzie:

L_z – droga zwałowania,

$$L_{z} = \frac{H^{2}*\left( 1 - 0,005*l_{t} \right)*ctg\alpha}{2*z}\ \lbrack m\rbrack$$

z – grubość zwałowanej warstwy => 0,2 m

$$L_{z} = \frac{{1,2}^{2}*\left( 1 - 0,005*10 \right)*ctg24}{2*0,2} = 7,6\ \lbrack m\rbrack$$

V_z – prędkość zwałowania => 1 m/s

$$\mathbf{t}_{\mathbf{z}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{7,6}}{\mathbf{1}}\mathbf{= 7,6}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

$$t_{p} = \frac{L_{p}}{v_{p}}\ \lbrack s\rbrack$$

Gdzie:

L_p – droga powrotu,

L_p = L_u + L_t + L_z = L_t + L_z [m]

L_p = 0 + 7, 6 = 7, 6 [m]

V_p – prędkość powrotu => 1,5 m/s

$$\mathbf{t}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{7,6}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 5,1}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

t_m =17 [s]

T_c1=0+7, 6+5, 1+17 = 29, 7 [s]

• Drugi odcinek:

$$\mathbf{t}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{8}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 5,3\ \lbrack s\rbrack}$$

$$\mathbf{t}_{\mathbf{z}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{7,6}}{\mathbf{1}}\mathbf{= 7,6}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

L_p = 8 + 7, 6 = 15, 6 [m]

$$\mathbf{t}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{15}\mathbf{,6}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{=}\mathbf{10,4}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

t_m =17 [s]

T_c2=5, 3+7, 6+10, 4+17=40, 3 [s]

• Trzeci odcinek:

$$\mathbf{t}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{16}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 10,7\ \lbrack s\rbrack}$$

$$\mathbf{t}_{\mathbf{z}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{7,6}}{\mathbf{1}}\mathbf{= 7,6}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

L_p = 16 + 7, 6 = 23, 6 [m]

$$\mathbf{t}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{23,6}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 15,7}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

t_m =17 [s]

T_c3=10, 7+7, 6+15, 7+17 = 51 [s]

• Czwarty odcinek:

$$\mathbf{t}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{24}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 16\ \lbrack s\rbrack}$$

$$\mathbf{t}_{\mathbf{z}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{7,6}}{\mathbf{1}}\mathbf{= 7,6}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

L_p = 24 + 7, 6 = 31, 6 [m]

$$\mathbf{t}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{31,6}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 21,1}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

t_m =17 [s]

T_c4=16+7, 6+21, 1+17 = 61, 7 [s]

• Piąty odcinek:

$$\mathbf{t}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{32}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 21,3\ \lbrack s\rbrack}$$

$$\mathbf{t}_{\mathbf{z}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{7,6}}{\mathbf{1}}\mathbf{= 7,6}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

L_p = 32 + 7, 6 = 39, 6 [m]

$$\mathbf{t}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{39,6}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{=}\mathbf{26,4}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

t_m =17 [s]

T_c5=21, 3+7, 6+26, 4+17=72, 3 [s]

• Szósty odcinek:

$$\mathbf{t}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{40}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 26,7\ \lbrack s\rbrack}$$

$$\mathbf{t}_{\mathbf{z}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{7,6}}{\mathbf{1}}\mathbf{= 7,6}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

L_p = 40 + 7, 6 = 47, 6 [m]

$$\mathbf{t}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{4}\mathbf{7,6}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 31,7}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

t_m =17 [s]

T_c6=26, 7+7, 6+31, 7+17 = 83 [s]

• Siódmy odcinek:

$$\mathbf{t}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{48}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 32\ \lbrack s\rbrack}$$

$$\mathbf{t}_{\mathbf{z}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{7,6}}{\mathbf{1}}\mathbf{= 7,6}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

L_p = 48 + 7, 6 = 55, 6 [m]

$$\mathbf{t}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{55}\mathbf{,6}}{\mathbf{1,5}}\mathbf{= 37,1}\mathbf{\ \lbrack s}\mathbf{\rbrack}$$

t_m =17 [s]

T_c7=32+7, 6+37, 1+17 = 93, 7 [s]

T_c=29, 7 + 40, 3 + 51 + 61, 7+72, 3 + 83 + 93, 7=431, 7 [s]

1. Obliczenie wydajności efektywnej spycharki.

$$Q_{s} = \frac{3600*V}{T}*k_{c}*k_{i}*k_{s}\ \lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

Gdzie:

V – objętość urobku przed lemieszem,

T – czas cyklu,

k_c – współczynnik wykorzystania czasu roboczego =>0,87

k_i – współczynnik uwzględniający nachylenie terenu =>1

k_s – współczynnik uwzględniający straty urobku.

k_s = 1 − Ψ * l_p

Ψ – współczynnik uwzględniający rodzaj materiału zwałowanego =>0,005

l_p – droga przemieszczania.

k_s = 1 − 0, 005 * 55 = 0, 725

$$\mathbf{Q}_{\mathbf{s}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{3600*5,89}}{\mathbf{431,7}}\mathbf{*0,87*1*0,725 = 30,98}\mathbf{\ \lbrack}\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{h}}\mathbf{\rbrack}$$

1. Wymagana ilość spycharek.

$$N_{s} = \frac{Q_{n}}{Q_{s}*k_{\text{dc}}}$$

Gdzie:

Q_n – wydajność zdejmowania nadkładu w ciągu godziny,

$$Q_{n} = \frac{V_{\text{zc}}}{D_{r}*G_{z}*Z}\ \lbrack Mg\rbrack$$

V_zc – całkowita objętość do zwałowania

D – ilość dni roboczych w roku =>240

G – ilość godzin w ciągu zmiany =>8

Z – ilość zmian roboczych =>2

$$Q_{n} = \frac{200000}{240*8*2} = 52\ \lbrack Mg\rbrack$$

k_dc – współczynnik uwzględniający dodatkowe czynności spycharki => 0,8

$$\mathbf{N}_{\mathbf{s}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{52}}{\mathbf{30,98}\mathbf{*}\mathbf{0,8}}\mathbf{= 2,09 \approx 2\ szt.}$$

1. Wnioski końcowe.

Objętość urobku przed lemieszem wynosi 5,89 m³. Czas cyklu to 432 sekundy. Wyliczona na tej podstawie wydajność efektywna wynosi – 31 m³/h.

By ją osiągnąć będziemy potrzebować dwóch spycharek.

1. Rekultywacja.

1. Dane techniczne terenu do rekultywacji (powierzchnia, nachylenia).

Powierzchnia wierzchowiny ma 1,44 ha, skarpy mają powierzchnie 0,57 ha.

Frakcja ilasta w zwałowisku – 15%, pylasta – 30%, piaszczysta 55%.

Zawartość węglanu wapnia – 25%

Pojemność sorpcyjna błękitu metylowego – 10 cmol/kg.

1. Ustalenie stopnia trudności odbudowy biologicznej.

   1. Klasyfikacja Skawiny Trafas.

Liczba bonitacyjna:

LB = W_L + W_Ca + W_So + W_sp

Gdzie:

W_L – wskaźnik litologiczny

W_L = il + 0, 5 * pyl = 15 + 0, 5 * 30 = 30

W_Ca – wskaźnik wapienny =>5

W_So – wskaźnik sorpcji =>9

W_sp – wskaźnik spoistości =>4

LB=30+5+9+4=48

Grunt należy do klasy C

1. Klasyfikacja Żuławskiego.

Korzystając z trójkąta Ferreta kwalifikuje grunt do kategorii II czyli utwory czynne glebotwórczo i łatwe do biologicznego zagospodarowania.

1. Obliczenie ilości oraz kosztu materiału siewnego.

Wybieram trawę: POLSKA ŁĄCZKA

Cena trawy – 18,90 zł/kg

Norma wysiewu – 250 kg/ha

Potrzebujemy więc 360 kg nasion za które trzeba zapłacić 6804 zł

1. Obliczenie ilości i kosztu sadzonek oraz objętości próchnicy.

Sadzonki będą sadzone w rzędach co 1,5 m, odległość między rzędami będzie wynosiła 2 m, w związku z tym do obsadzenia będzie potrzebne 1907 sadzonek.

Objętość jednego dołka wynosi 3 dm³, ilość sadzonek 1907 sztuk, zatem objętość potrzebnej próchnicy wynosić będzie 5721 dm³= 5.721 m³

Gatunek drzewa	Ilość sztuk	Cena sztuki	Koszt [zł]
Buk zwyczajny	907	20	18140
Jodła pospolita	1000	7	7000
		Suma	25140

1. Wnioski.

Grunt wchodzący w skład naszego wyrobiska należy do klasy C i kategorii II wyżej przedstawionych klasyfikacji. Prowadzona rekultywacja pociągnie za sobą następujące koszty: 6804 zł za zakup nasion trawy i 25140 zł na zakup sadzonek drzewek.

Załączniki rysunkowe:

Geometria zwałowiska (skala dopasowana do A4)

Technologii pracy spycharki (rysunek poglądowy)

Postęp frontów zwałowych (skala dopasowana do A4)

Przekroje poprzeczne (skala dopasowana do A4)