Wydział Geoinżynierii, Wrocław 18.11.2009

Górnictwa i Geologii

Politechniki Wrocławskiej

Rok: V

Grupa: Czwartek 10.15

Specjalność: EPiOZ

EKSPLOATACJA ODKRYWKOWA III

PROJEKT EKSPLOATACJI KOPALIN SKALNYCH

Prowadzący: Wykonał:

Dr inż. W. Frankiewicz Andrzej Makieła

Wstęp

Projekt zakłada opracowanie techniczne dla kopalni odkrywkowej wydobywającej porfir. Eksploatacja jest prowadzona na kruszywo. Projekt zakłada urabianie skał materiałami wybuchowymi: Amonit skalny. Eksploatacja będzie prowadzona na dwóch ścianach. Zastosowano długie otwory strzałowe. Dla celów projektu przyjęto otwory nachylone, dwuszeregowe. Przyjęto odpowiedni promień strefy zagrożenia podmuchem, aby nie dochodziło do żadnych uszkodzeń w budynkach będących w sąsiedztwie.

Dane

Tabela 1. Dane do projektu

nr	6
skała	porfir
rysunek	72a

Tabela 2. Dane początkowe

symbol	oznaczenie	wartość	jednostka
Qr	Roczne wydobycie	420	[tys. t/r]
h1	Wysokość piętra pierwszego	12	[m]
h2	Wysokość piętra drugiego	15	[m]
rp	Promień strefy zagrożenia	470	[m]
α	Kąt nachylenia ścian poziomów wydobywczych	70	[°]
rs	Średnica otworu strzałowego	0,105	[m]
kp	Przyjęty współczynnik bezpieczeństwa	15	[-]

Tabela 3. Parametry obliczeniowe skały

rodzaj skały	gęstość skały	[kg/m3]	3 000
porfir	wsp zwięzłości wg Protodiakonowa	[-]	6,0 - 8,0

Tabela 4. Parametry techniczne używanego materiału wybuchowego

Amonit skalny	parametry techniczne	jednostka	Wartość
	Gęstość nasypowa	[kg/m3]	690
	Objętość właściwa	[dm3/kg]	910 - 913
	Energia właściwa	[kJ/kg]	1029 - 1037
	Koncentracja energii	[kJ/dm3]	2788 - 4280
	Ciepło wybuchu	[kJ/kg]	4041 - 4082
	Prędkość detonacji (pomierzona)	[m/s]	2525 - 2631
	Ilość składników toksycznych w gazach postrzałowych	CO%[v/v]	0,115 - 0,126
		NOx%[v/v]	0,036 - 0,046

1. Obliczenia podstawowe

   1. Obliczenie masy ładunku MW odpalonej w serii

gdzie: r_p - promień strefy zagrożenia podmuchem, m.

k_p- współczynnik obliczeniowy, dobrany z tabeli

Tabela 5. Współczynnik kp do obliczenia strefy zagrożenia działania podmuchu powietrza

Stopień bezpieczeństwa	Możliwe uszkodzenia	Sposoby umieszczania ładunków
		Na powierzchni
		Współczynnik kp
1	Zupełny brak uszkodzeń	25-40
2	Przypadkowe uszkodzenie oszklenia	15-20
3	Całkowite uszkodzenie oszklenia, uszkodzenie ram okiennych, tynków i lekkich ścianek działowych	6-10
4	Uszkodzenie wewnętrznych ścianek działowych, wyrywanie drzwi, zniszczenie baraków, szop	4-5
5	Uszkodzenie słabszych budowli niektórych maszyn, linii energetycznych	2-3

1. Obliczenia dla ściany eksploatacyjnej h₁

   1. Obliczenie wydajności miesięcznej

   2. Obliczenie parametrów strzelania

Parametry otworu strzałowego przyjęto na podstawie oporności falowej skał. Oporność falowa porfiru jest bardzo duża i wynosi 12-15 x 10⁶, więc parametry strzelania przyjęto dla skał o bardzo dużej oporności falowej, korzystając z Tabeli 6.

Tabela 6. Parametry strzelania w funkcji oporności falowej

Parametr	Oporność falowa skały [(kg/m^3 · m/s) 10^6]
	mała <5
Zabiór - z	40 d
Odległość- a	50 d
Przybitka - lp	35 d
Przewiert- lpr	10 d

Obliczenie zabierki

Z = 30 • d gdzie: Z – zabierka, m,

d – średnica otworu, m,

Z = 30 • 0, 105 = 3, 2 m

Obliczenie odległości między otworami

a = 35 • d gdzie: a – odległość między otworami, m,

d – średnica otworu, m,

a = 35 • 0, 105 = 3, 7 m

Obliczenie długości przybitki

l_p = 20 • d gdzie: l_p – długość przybitki, m,

d – średnica otworu, m,

l_p = 20 • 0, 105 = 2, 1 m

Obliczenie długości przewiertu

l_pr = 12 • d gdzie: l_pr – długość przewiertu, m,

d – średnica otworu, m,

l_pr = 12 • 0, 105 = 1, 3 m

Obliczenie długości otworu strzałowego dla piętra h₁

$L = \frac{H_{1}}{\sin{70}} + \ l_{\text{pr}}$ gdzie: L – długość otworu strzałowego, m,

H₁ – wysokość I-go piętra eksploatacyjnego, m,

70° - kąt nachylenia otworu strzałowego, °,

l_pr – długość przewiertu, m,

$L = \frac{12}{\sin{70}} + \ 1,3 = 14\ m$

Obliczenie długości MW w otworze strzałowym

L_MW = L − l_p gdzie: L_MW – długość MW w otworze strzałowym, m,

L – długość otworu strzałowego, m,

l_p – długość przybitki, m,

L_MW = 14 − 2, 1 = 11, 9 m

Obliczenie masy MW w otworze strzałowym

M_MW =  K • L_MW gdzie: M_MW - masa MW w 1 otworze strzałowym, kg,

K – koncentracja MW w otworze, kg/m,

Koncentracje ładunku przyjęto na podstawie średnicy otworu i gęstości załadowania wg. Tabeli 7.

K = 7,8 kg/m

Tabela 7. Koncentracja ładunku (kg/m) w zależności od średnicy i gęstości załadowania

Średnica otworu, mm	Koncentracja ładunku w kg/m dla gęstości załadowania MW
	900
105	7,8

M_MW = 7, 8 • 11, 9 = 93, 1 kg

Obliczenie ilości otworów strzałowych w piętrze h₁

$I_{\text{os}} = \ \frac{Q}{M_{\text{jMW}}}$ gdzie: I_os - ilość otworów strzałowych, szt.,

Q - masa ładunku MW odpalana w jednej serii, kg,

M_MW – masa ładunku MW w 1 otworze strzałowym, kg,

$$I_{\text{os}} = \ \frac{981,8}{93,1} = 10\ szt.$$

Odległość między szeregami otworów

$b = \frac{a}{m}$ gdzie: a – odległość między otworami, m,

m – względna odległość między otworami, m.

$m = \frac{a}{z}$ gdzie: z – wielkość zabioru, m.

$m = \frac{3,7}{3,2} = 1,2\ m$ $b = \frac{3,7}{1,2} = 3,1\ m$

Obliczenie długości piętra eksploatacyjnego h₁

L_H1 =  (I_os − 1)•a gdzie: L_H1- długość piętra eksploatacyjnego H₁, m,

I_os - ilość otworów strzałowych, szt.,

a-odległość między otworami, m,

L_H1 = (10−1) • 3, 7 = 33, 1 m

W związku z tym, że warunek na długość ściany L< 2,5·H₁, nie jest spełniony

L_H1=33,1 m > 2,5·12=30 m.

W projekcie przyjęto 2 rzędy otworów strzałowych i wówczas długość ściany to

L_H1= (5-1)·3,7=14,7 m (warunek L< 2,5·H₁, jest spełniony)

Obliczenie zabierki w jednym strzelaniu piętra h₁

V_jZ =  H₁  • L_H1 • (Z + b) gdzie: V_jZ - objętość jednostkowa zabierki, m³,

H₁  - wysokość pierwszego piętra eksploatacyjnego, m,

L_H1- długość piętra eksploatacyjnego H₁, m,

Z- zabiór dla pierwszego rzędu, m,

b- długość zabioru dla drugiego rzędu, gdzie b= Z, m,

V_jZ =  12 • 14, 7 • (3,2+3,2) = 1 111, 3 m³

Obliczenie masy zabierki w jednym strzelaniu piętra h₁

M_zb =  ρ_d • V_jZ gdzie: M_zb - masy zabierki w jednym strzelaniu piętra H₁, Mg,

ρ_d - gęstość diabazu, Mg/m³,

V_jZ - objętość jednostkowa zabierki, m³,

M_zb =  3 • 1 111, 3 = 3 334, 0 Mg

Obliczenie ilości strzelań w roku

$I_{\text{STr}} = \ \frac{Q_{r}}{M_{\text{zb}}}$ gdzie: I_STr – ilość strzelań w roku, szt.,

Qr – wydajność roczna, Mg/rok,

M_zb - masy zabierki w jednym strzelaniu piętra H₁, Mg,

$$I_{\text{STr}} = \ \frac{210\ 000}{3\ 334,0} = 64\ strzaly$$

Szerokość usypu po odstrzale

$B = 1,41 \bullet H \bullet \sqrt{\frac{kr \bullet \eta^{'}(1 + \eta^{''}) \bullet sin(\beta - \alpha)}{sin\alpha \bullet sin\beta}}$ gdzie: H – wysokość ściany, m,

Kr – wsp. rozluźnienia skały, bw,

η’ – stosunek wielkości zabioru obliczeniowego pierwszego szeregu otworów do wysokości ściany, bw,

η” – stosunek odległości między szeregami otworów do wielkości zabioru obliczeniowego, bw,

α – kąt nachylenia usypu, °,

β – kąt ociosu, °.

$$B = 1,41 \bullet 12 \bullet \sqrt{\frac{1,4 \bullet 0,7(1 + 0,8) \bullet sin(70 - 30)}{sin30 \bullet sin70}} = 26,3\ m$$

Obliczenie szerokości poziomu h1 dla współpracy wozidła z koparką według schematu 72acv

S_p = B + b₁ + 2R + d + b₂ + b₃ gdzie: Sp – szerokość poziomu roboczego, m,

B – szerokość usypu po odstrzale ,m,

R – promień skrętu wozu odstawczego, m,

b₁ – pas bezpieczeństwa odsunięcia samochodu od krawędzi

skarpy, m,

d – szerokość samochodu odstawczego ,m,

b₂ – pas bezpiecznego odsunięcia samochodu od krawędzi

skarpy, m,

b₃ – pas bezpiecznego odsunięcia wiertnicy od krawędzi

skarpy, m.

S_p = 26, 3 + 1, 5 + 2 • 20 + 9, 8 + 3 + 3 = 83, 6 m

Maszyny:

Ładowarka DL350

Wiertnice samojezdna Tamrock Dino - Osprzęt wiertła centralne smarowanie dodatkowe

Wywrotka samochodowa półciężka produkowana przez P.W. ACORD w wersji z wywrotem dwustronnym.

Obliczenie długości otworu strzałowego dla piętra h₂

$L = \frac{H_{1}}{\sin{70}} + \ l_{\text{pr}}$ gdzie: L – długość otworu strzałowego, m,

H₁ – wysokość II-go piętra eksploatacyjnego, m,

70° - kąt nachylenia otworu strzałowego, °,

l_pr – długość przewiertu, m,

$L = \frac{15}{\sin{70}} + \ 1,3 = 17,2\ m$

Obliczenie długości MW w otworze strzałowym

L_MW = L − l_p gdzie: L_MW – długość MW w otworze strzałowym, m,

L – długość otworu strzałowego, m,

l_p – długość przybitki, m,

L_MW = 17, 2 − 2, 1 = 15, 1 m

Obliczenie masy MW w otworze strzałowym

M_MW =  K • L_MW gdzie: M_MW - masa MW w 1 otworze strzałowym, kg,

K – koncentracja MW w otworze, kg/m,

Koncentracje ładunku przyjęto na podstawie średnicy otworu i gęstości załadowania wg. Tabeli 7.

K = 7,8 kg/m

Tabela 7. Koncentracja ładunku (kg/m) w zależności od średnicy i gęstości załadowania

Średnica otworu, mm	Koncentracja ładunku w kg/m dla gęstości załadowania MW
	900
105	7,8

M_MW = 7, 8 • 15, 1 = 118 kg

Obliczenie ilości otworów strzałowych w piętrze h₂

$I_{\text{os}} = \ \frac{Q}{M_{\text{jMW}}}$ gdzie: I_os - ilość otworów strzałowych, szt.,

Q - masa ładunku MW odpalana w jednej serii, kg,

M_MW – masa ładunku MW w 1 otworze strzałowym, kg,

$$I_{\text{os}} = \ \frac{981,8}{118} = 8\ szt.$$

Odległość między szeregami otworów

$b = \frac{a}{m}$ gdzie: a – odległość między otworami, m,

m – względna odległość między otworami, m.

$m = \frac{a}{z}$ gdzie: z – wielkość zabioru, m.

$m = \frac{3,7}{3,2} = 1,2\ m$ $b = \frac{3,7}{1,2} = 3,1\ m$

Obliczenie długości piętra eksploatacyjnego h₂

L_H1 =  (I_os − 1)•a gdzie: L_H2- długość piętra eksploatacyjnego H₁, m,

I_os - ilość otworów strzałowych, szt.,

a-odległość między otworami, m,

L_H1 = (8−1) • 3, 7 = 25, 7 m

W związku z tym, że warunek na długość ściany L< 2,5·H₁, nie jest spełniony

L_H1=25,7 m > 2,5·15=30 m.

W projekcie przyjęto 2 rzędy otworów strzałowych i wówczas długość ściany to

L_H1= (4-1)·3,7=11 m (warunek L< 2,5·H₁, jest spełniony)

Obliczenie zabierki w jednym strzelaniu piętra h₂

V_jZ =  H₁  • L_H1 • (Z + b) gdzie: V_jZ - objętość jednostkowa zabierki, m³,

H₂  - wysokość pierwszego piętra eksploatacyjnego, m,

L_H2- długość piętra eksploatacyjnego H₁, m,

Z- zabiór dla pierwszego rzędu, m,

b- długość zabioru dla drugiego rzędu, gdzie b= Z, m,

V_jZ =  15 • 11 • (3,2+3,2) = 1 215, 5 m³

Obliczenie masy zabierki w jednym strzelaniu piętra h₂

M_zb =  ρ_d • V_jZ gdzie: M_zb - masy zabierki w jednym strzelaniu piętra H₂, Mg,

ρ_d - gęstość diabazu, Mg/m³,

V_jZ - objętość jednostkowa zabierki, m³,

M_zb =  3 • 1 215, 5 = 3 646, 5 Mg

Obliczenie ilości strzelań w roku

$I_{\text{STr}} = \ \frac{Q_{r}}{M_{\text{zb}}}$ gdzie: I_STr – ilość strzelań w roku, szt.,

Qr – wydajność roczna, Mg/rok,

M_zb - masy zabierki w jednym strzelaniu piętra H₁, Mg,

$$I_{\text{STr}} = \ \frac{210\ 000}{3\ 646,5} = 58\ strzalow$$

Szerokość usypu po odstrzale

$B = 1,41 \bullet H \bullet \sqrt{\frac{kr \bullet \eta^{'}(1 + \eta^{''}) \bullet sin(\beta - \alpha)}{sin\alpha \bullet sin\beta}}$ gdzie: H – wysokość ściany, m,

Kr – wsp. rozluźnienia skały, bw,

η’ – stosunek wielkości zabioru obliczeniowego pierwszego szeregu otworów do wysokości ściany, bw,

η” – stosunek odległości między szeregami otworów do wielkości zabioru obliczeniowego, bw,

α – kąt nachylenia usypu, °,

β – kąt ociosu, °.

$$B = 1,41 \bullet 15 \bullet \sqrt{\frac{1,4 \bullet 0,7(1 + 0,8) \bullet sin(70 - 30)}{sin30 \bullet sin70}} = 32,8\ m$$

Obliczenie szerokości poziomu h1 dla współpracy wozidła z koparką według schematu 72a

S_p = B + b₁ + 2R + d + b₂ + b₃ gdzie: Sp – szerokość poziomu roboczego, m,

B – szerokość usypu po odstrzale ,m,

R – promień skrętu wozu odstawczego, m,

b₁ – pas bezpieczeństwa odsunięcia samochodu od krawędzi

skarpy, m,

d – szerokość samochodu odstawczego ,m,

b₂ – pas bezpiecznego odsunięcia samochodu od krawędzi

skarpy, m,

b₃ – pas bezpiecznego odsunięcia wiertnicy od krawędzi

skarpy, m.

S_p = 32, 8 + 1, 5 + 2 • 20 + 9, 8 + 3 + 3 = 90, 2 m

Maszyny:

Ładowarka DL350

Wiertnice samojezdna Tamrock Dino - Osprzęt wiertła centralne smarowanie dodatkowe

Wywrotka samochodowa półciężka produkowana przez P.W. ACORD w wersji z wywrotem dwustronnym.

Literatura

[1] Strona internetowa, 2009. www.akademia.marwlo.cad.pl/mat.../Char_zastos_skal_bud.doc

[2] Strona internetowa, 2009.http://www.twojemaszyny.pl/

[3] Materiały dydaktyczne udostępnione przez dr inż. Wiesława Frankiewicza, 2009