Wydział Geoinżynierii Wrocław, 17.01.2010

Górnictwa i Geologii

Semestr IX

Specjalizacja EPOZ

Grupa 10¹⁵-12⁰⁰

Projekt z eksploatacji odkrywkowej III

Prowadzący : Wykonał :

Dr inż. A. Bajcar Andrzej Makieła

Indeks 141755

1. Cel projektu

Celem projektu jest zaprojektowanie kopalni odkrywkowej piasek kaolinitowy zaczynając od wkopu udostępniającego a kończąc na zagospodarowaniu terenu górniczego po umiejscowieniu całego nadkładu w kopalni odkrywkowej.

Mając zadane miąższości:

-nadkład = 50m (kategoria urabialności II)

-kopalina = 10m

zaprojektowano poziom każdego pietra: dla nadkładu 5 pieter, każde po 10m, a dla kopaliny 1 piętro, 10m.

1. Obliczenia projektowe

Tabela 1. Objętości dla poszczególnych zwałowisk.

Nazwa rysunku	Objętość zwałowiska wewnętrznego	Objętość zwałowiska zewnętrznego
	Vzw [m^3]	Vzz [m^3]
Wyrobisko udostępniające	0	4 220 726,82
Postęp eksploatacji przy 25% wybraniu kopaliny	1 134 790,90	4 690 524,55
Postęp eksploatacji przy 50% wybraniu kopaliny	3 845 373,54	4 451 158,69
Postęp eksploatacji przy 75% wybraniu kopaliny	6 555 956,19	4 211 792,84
Postęp eksploatacji przy 100% wybraniu kopaliny	9 266 538,84	3 972 426,98

1. Dobór koparki

Z katalogu firmy Caterpillar dobrano koparkę gąsienicową przedsiębierną 385C FS
o pojemności łyżki qk równej 5,7 m³.

1. Obliczenie czasu realizacji wkopu

Czas realizacji wkopu obliczono dla wybranego całego nadkładu i kopaliny z terenu kopalni odkrywkowej. W tabeli nr 2 podano objętości poszczególnych pięter pomnożone przez współczynnik rozluźnienia równy 1,1. Wartości od 1 do 5 stanowią objętości nadkładu zaś 6 kopaliny.

Dla przyjętej koparki założono wysokość optymalną wysokość pietra H_opt = 10 metrów.
H rzeczywiste piętra obliczono z zależności:

Kopalnie podzielono na 6 pięter.

Wydajność pracy koparki przedsiębiernej obliczono z zależności

gdzie:

- pojemność czerpaka [],

- czas cyklu koparki [min],

- współczynnik rozluźnienia gruntu [-],

- współczynnik wypełnienia naczynia [-],

- współczynnik poprawkowy na wysokość urabiania i kąt obrotu [-],

- współczynnik urabialności i łatwości spływania materiału [-],

- współczynnik wykorzystania czasu pracy [-],

- współczynnik współpracy z transportem [-].

Czas wybierania pierwszego piętra:

,

gdzie:

- objętość danego piętra, []

- wydajność koparki, []

Obliczenie pierwszego piętra kopalni:

• wydajność pracy koparki przedsiębiernej

• czas wybierania danego piętra

Tabela 2. Czasy wybierania pięter.

Lp.	V								Q
			min	-	-	-	-	-	/h	h
1	1 350 011,99	5,7	0,375	0,9	0,91	1,2	0,8	0,7	501,93	2 689,61
2	1 050 995,96	5,7	0,375	0,9	0,91	1,2	0,8	0,7	501,93	2 093,89
3	780 982,15	5,7	0,375	0,9	0,91	1,2	0,8	0,7	501,93	1 555,94
4	540 124,80	5,7	0,375	0,9	0,91	1,2	0,8	0,7	501,93	1 076,08
5	297 204,59	5,7	0,375	0,9	0,91	1,2	0,8	0,7	501,93	592,12
suma	4 019 319,49
Trel	8 007,64

Wymagana wydajność efektywna:

/h

- całkowita objętość kopaliny: V= 4 019 319,49 m³

- czas realizacji wykopu założono na 300 dni przy 10 godzinnym czasie pracy

Obliczenie wydajności efektywnej Q_e

/h

Q_e ≤ Q 1 339, 77 ≤ 501, 93

Ponieważ wymagana wydajność jest większa od uzyskanej należy dobrać większą ilość koparek aby uzyskać większą łączną wydajność.

$I_{k} = \frac{1\ 339,77}{501,93} = 2,67 \approx 3\ koparki$ 3 • 501, 93 = 1 505, 81 m³/h

Dobrano 3 koparki o łącznej wydajności 1 505,81 m³/h

$$T_{r} = \frac{4\ 019\ 319,49}{1\ 505,81} = 2669,21\ h \approx 267\ dni$$

Czas realizacji w takim przypadku wyniesie 267 dni.

5. Dobór samochodu transportowego

Wozidło przegubowe 730 Caterpillar:

• moc silnika: 242 [kW],

• masa:22,8 [t],

• prędkość max: 55 [km/h],

• pojemność skrzyni: 16,9 [m³],

• dopuszczalna ładowność: 28,1 [t].

6. Obliczenia dotyczące czasu jednego cyklu samochodu z wybranym nadkładem na zwałowisko zewnętrzne i wewnętrzne

Postęp robót w kopalni odkrywkowej rozpoczęto od udostępnienia złoża poprzez wkop udostępniający. W trakcie wykonywania wkopu udostępniającego wywożono nadkład poza obszar kopalni na odległość 200 m. W trakcie postępu robót eksploatacyjnych wytworzono nadkład poza wyrobisko, a kiedy powstało miejsce zaczęto zwałowanie wewnętrzne tak aby dolna krawędź zwałowiska wewnętrznego była oddalona od dolnej krawędzi skarpy eksploatacyjnej o ok 100m. Poniższe obliczenia wykonano dla rys. nr 3, dla postępu 25% eksploatacji zarówno jak i dla zwałowiska zewnętrznego i wewnętrznego.

1. Obliczenia dotyczące jednego cyklu samochodu z wybranym nadkładem na zwałowisko zewnętrzne

Obliczenie średniej ładowności skrzyni samochodu

,

gdzie:

- nasypowa pojemność geometryczna skrzyni samochodu, m³

- współczynnik napełnienia skrzyni,

Cykl pracy samochodu

,

gdzie:

- czas podstawienia i załadowania,

- czas jazdy z ładunkiem,

- czas wyładunku i nawracania,

- czas jazdy bez ładunku,

Czas podstawiania i załadunku

,

gdzie:

- dojazd od drogi transportowej do miejsca załadunku ()

,

gdzie:

L – długość drogi dojazdu do miejsca załadunku, km

- prędkość wejściowa dla twardej i ubitej drogi gruntowej, km/h

- współczynnik warunków jazdy,

- czas manewrowania i podstawiania samochodu pod załadunek ()

Podjazd pod kątem 90^o do ruchomej maszyny załadowczej 1 min.

- czas ładowania samochodu ()

gdzie:

- średnia pojemność skrzyni samochodu,

- wydajność załadunku, /min

Czas podstawiania i załadunku

Czas jazdy z ładunkiem

gdzie:

- dojazd do drogi transportowej ()

,

gdzie:

- odległość do drogi transportowej, m

- współczynnik odległości,

Maksymalna techniczna jazda samochodu

gdzie:

N – moc samochodu, kW

- masa samochodu, t

- sprawność układu napędowego, -

w – jednostkowy opór toczenia, [kG/t].

W związku z tym, iż prędkość techniczna samochodu przewyższa maksymalne możliwości dobranego samochodu, przyjęto maksymalną wartość katalogową pomniejszoną
o współczynnik korekcyjny wynoszący 0,66. A zatem maksymalna techniczna prędkość samochodu jest równa .

- czas jazdy drogą transportową ()

- długość drogi transportowej, km

- maksymalna prędkość samochodu, km/h

- współczynnik poprawkowy,

.

- czas jazdy po rampie ()

gdzie:

- długość rampy, km

.

- czas jazdy od odkrywki do placu składowego ()

,

gdzie:

- odległość od odkrywki do placu składowego, km

.

- czas jazdy z ładunkiem po zwałowisku ()

,

- długość drogi na zwałowisku, km

.

Czas jazdy z ładunkiem

Czas wyładunku i zawracania

gdzie:

- dojazd od drogi transportowej do miejsca wyładunku ()

gdzie:

- odległość od drogi transportowej do miejsca wyładunku, km

- manewrowanie i ustawienie samochodu w miejscu wyładunku ()

Przyjęto wyładunek pod kątem 90^o = 0,15 min.

- czas wyładunku ()

Ładunek łatwo wysypujący się z małym kątem zsypu = 0,15 min.

Czas wyładunku i zawracania

Czas jazdy pustego samochodu

gdzie:

- czas jazdy bez ładunku po zwałowisku ()

- czas jazdy od placu składowego do odkrywki ()

- czas jazdy po rampie ()

- czas jazdy drogą transportową ()

- dojazd do drogi transportowej ()

Czas jazdy pustego samochodu

Cykl transportu wynosi: 11,50 + 0,76 + 19,42 + 5,58 = 37,28 min

7. Dobór liczby samochodów

Wydajność zastosowanego samochodu

[],

gdzie:

- średnia ładowność skrzyni samochodu,

- liczba cykli na godzinę,

[].

Wymagana liczba samochodów – przybliżenie 1

gdzie:

- zadania przewozowe w czasie p godzin w ciągu zmiany,

- dyspozycyjny czas pracy, h (8 h),

Wymagana liczba samochodów – przybliżenie 2

gdzie:

- wymagana liczba samochodów (przybliżenie I), -

- współczynnik zmęczenia operatora, -

- współczynnik dyspozycyjności, -

Liczba samochodów rezerwowych

Obliczenia dotyczące jednego cyklu samochodu z wybranym nadkładem na zwałowisko wewnętrzne

Obliczenie średniej ładowności skrzyni samochodu

,

gdzie:

- nasypowa pojemność geometryczna skrzyni samochodu, m³

- współczynnik napełnienia skrzyni,

Cykl pracy samochodu

,

gdzie:

- czas podstawienia i załadowania,

- czas jazdy z ładunkiem,

- czas wyładunku i nawracania,

- czas jazdy bez ładunku,

Czas podstawiania i załadunku

,

gdzie:

- dojazd od drogi transportowej do miejsca załadunku ()

,

gdzie:

L – długość drogi dojazdu do miejsca załadunku, km

- prędkość wejściowa dla twardej i ubitej drogi gruntowej, km/h

- współczynnik warunków jazdy,

- czas manewrowania i podstawiania samochodu pod załadunek ()

Podjazd pod kątem 90^o do ruchomej maszyny załadowczej 0,25 min.

- czas ładowania samochodu ()

gdzie:

- średnia pojemność skrzyni samochodu,

- wydajność załadunku, /min

Czas podstawiania i załadunku

Czas jazdy z ładunkiem

gdzie:

- dojazd do drogi transportowej ()

,

gdzie:

- odległość do drogi transportowej, m

- współczynnik odległości,

Maksymalna techniczna jazda samochodu

gdzie:

N – moc samochodu, kW

- masa samochodu, t

- sprawność układu napędowego, -

w – jednostkowy opór toczenia, [kG/t].

W związku z tym, iż prędkość techniczna samochodu przewyższa maksymalne możliwości dobranego samochodu, przyjęto maksymalną wartość katalogową pomniejszoną
o współczynnik korekcyjny wynoszący 0,66. A zatem maksymalna techniczna prędkość samochodu jest równa .

- czas jazdy drogą transportową ()

- długość drogi transportowej, km

- maksymalna prędkość samochodu, km/h

- współczynnik poprawkowy,

.

- czas jazdy po rampie ()

gdzie:

- długość rampy, km

.

- czas jazdy od odkrywki do placu składowego ()

,

gdzie:

- odległość od odkrywki do placu składowego, km

.

- czas jazdy z ładunkiem po zwałowisku ()

,

- długość drogi na zwałowisku, km

.

Czas jazdy z ładunkiem

Czas wyładunku i zawracania

gdzie:

- dojazd od drogi transportowej do miejsca wyładunku ()

gdzie:

- odległość od drogi transportowej do miejsca wyładunku, km

- manewrowanie i ustawienie samochodu w miejscu wyładunku ()

Przyjęto wyładunek pod kątem 90^o = 0,15 min.

- czas wyładunku ()

Ładunek łatwo wysypujący się z małym kątem zsypu = 0,15 min.

Czas wyładunku i zawracania

Czas jazdy pustego samochodu

gdzie:

- czas jazdy bez ładunku po zwałowisku ()

- czas jazdy od placu składowego do odkrywki ()

- czas jazdy po rampie ()

- czas jazdy drogą transportową ()

- dojazd do drogi transportowej ()

Czas jazdy pustego samochodu

Cykl transportu wynosi: 5,69 + 0,76 + 9,72 + 5,59 = 21,77 min

8. Wnioski

Celem projekt było zaprojektowanie kopalni odkrywkowej począwszy od wkopu udostępniającego a kończąc na zagospodarowaniu terenu górniczego. Czas eksploatowania kopalni wynosi 4 lata łącznie z ukształtowaniem terenu pod rekultywacje, zaś zalesienie może potrwać 2 lata łącznie z napełnieniem zbiornika wodą. Po wybraniu całej kopaliny nadkład jaki był poza obszarem kopalni wwieziono do środka wyrobiska kopalni odkrywkowej.