Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii

Projekt układu technologicznego kopalni surowców skalnych.

1. Spis treści

1.Spis treści

2.Wstęp

3.Cel i zakres projektu

4.Wydobycie kopaliny oraz wydajność kopalni

4.a.Wydobycie kopalni

4.b.Wydajność dzienna kopalni - W_d

4.c.Wydajność godzinowa kopalni - W_h

5.Dobór parametrów robót strzałowych

5.a.Całkowity dopuszczalny ładunek MW - Q_p

5.b.Dopuszczalny ładunek MW na stopień opóźnienia - Q_z

5.c.Dobór średnicy otworów strzałowych , środków strzałowych i zastosowanego sprzętu strzałowego

5.d.Jednostkowe zużycie MW - q

5.e.Pojemność 1 mb otworu strzałowego oraz względna odległość między otworami – c

5.f.Długość przewiertu - l_pw

5.g.Głębokość otworu strzałowego – l_o

5.h.Długość przybitki - l_p

5.i.Zabiór – z

5.j.Odległość między otworami w szeregu - a

5.k.Masa ładunku wybuchowego w otworze strzałowym - Q₁

5.l.Liczba otworów strzałowych na stopień opóźnienia - n_z

5.m.Liczba otworów strzałowych w serii - n_s

6.Dobór parametrów robót wiertniczych

6.a.Uzysk urobku z 1 m otworu strzałowego – p₁

6.b.Liczba wiertnic potrzebna do zapewnienia ciągłości pracy koparek - n_w

6.c.Liczba długich otworów konieczna do wywiercenia w ciągu roku – i

6.dCzęstotliwość przeprowadzania odstrzałów w ciągu roku - i_s

6.e.Czas odwiercenia otworów w serii robót strzałowych – t₁

6.fCzas wiercenia 1 otworu strzałowego – t₂

6.g.Czas potrzebny na załadunek odstrzelonego urobku – t₃

6.h.Spełniony warunek dobrze zorganizowanej pracy – t₁<t₃

6.i.Rzeczywisty niezbędny postęp wiercenia - p_w

6.j.Dobór wiertnicy

6.k.Wydajność wiertnicy w przeliczeniu na objętość urobku - Q_w

7.Dobór parametrów koparki (ładowarki) do pracy w wyrobisku

7.a.Wskaźnik wydajności koparki (ładowarki) - w_wk

7.b.Pojemność łyżki koparki - q_u

7.c.Dobór koparki (ładowarki)

7.d.Liczba zaczerpnięć koparki w ciągu minuty - n_e

7.e.Wydajność teoretyczna koparki (ładowarki) - Q_t

7.f.Wydajność techniczna koparki (ładowarki) - Q_tech

7.g.Wydajność rzeczywista koparki (ładowarki) - Q_rzecz

7.h.Ilość koparek (ładowarek) - n_k

8.Dobór samochodu technologicznego

8.a.Pojemność skrzyni samochodu dla 4 i 8 załadowań – V_s4,V_s8

8.b.Ładowność skrzyni samochodu dla 4 i 8 załadowań – Ł_s4,Ł_s8

8.c.Dobór samochodu technologicznego

8.d.Czas jazdy załadowanego samochodu - t_jł

8.e.Czas jazdy pustego samochodu - t_jp

8.f.Czas załadunku samochodu - t_z

8.g.Czas cyklu pracy - T_c

8.h.Ilość potrzebnych samochodów - N

8.i.Rzeczywisty czas postoju w kolejce - t_pt

8.j.Rzeczywisty czas cyklu samochodu - T_rz

8.k.Wykorzystanie pojemności skrzyni samochodu – V_s-t

8.l.Wydajność techniczna samochodu - Q_st

8.m.Ilość potrzebnych samochodów - n_s

9.Wydajność zastosowanych maszyn oraz wykorzystanie układu technologicznego

10.Harmonogram jazdy samochodów

11.Podsumowanie i wnioski

1. Wstęp

Do obliczeń w projekcie zostaną użyte następujące dane projektowe:

Skała – Sjenit

Wydobycie roczne – 1 160 000 Mg

Straty – 17%

Promień strefy zagrożenia – 145m

Współczynnik k_p=12

Odległość od miejsca wykonywania robót strzałowych do chronionego obiektu – 870m

Wysokość ściany – 15m

Kąt nachylenia ociosu α=80°

Odległość od zakładu przeróbczego -2km

Czas manewrowania przy załadunku – 8s

Czas manewrowania przy wyładunku – 6s

Czas wyładunku – 3s

1. Cel i zakres projektu

Celem projektu jest zaprojektowanie urabiania, załadunku i transportu urobku na podstawie danych dla nr ….

Projekt obejmuje obliczenie niezbędnych wartości do wybrania odpowiedniego łańcucha technologicznego. Na podstawie uzyskanych wyników zostaną dobrane wiertnice, samochody transportowe i ładowarki. Obliczona zostanie wydajność wybranych urządzeń.

1. Wydobycie kopaliny oraz wydajność kopalni

   1. Wydobycie kopalni

Wydobycie kopaliny z uwzględnieniem strat - W_ko

W_ko = W_r + (S•W_r) = 1 357 200, 00 [Mg]

Wydobycie roczne – W_r=1 160 000 [Mg]

Straty – S=17%

$$W_{\text{ko}}\left( V \right) = \frac{W_{\text{ko}}(Mg)}{\gamma} = 472\ 892,0\ \lbrack m^{3}/rok\rbrack$$

Ciężar objętościowy skały – γ=2,87 [g/cm³]

1. Wydajność dzienna kopalni - W_d

$$W_{d} = \frac{W_{\text{ko}}}{T} = 1\ 876,6\ \lbrack m^{3}/dobe\rbrack$$

Ilość dni roboczych w roku – T=252 [dni]

1. Wydajność godzinowa kopalni - W_h

$$W_{h} = \frac{W_{d}}{N \bullet t_{z}} = 125,1\lbrack m^{3}/dobe\rbrack$$

Ilość zmian roboczych – N=2

Czas trwania jednej zmiany - t_z=7,5[h]

1. Dobór parametrów robót strzałowych

   1. Całkowity dopuszczalny ładunek MW - Q_p

$$Q_{p} = \left( \frac{r_{p}}{k_{p}} \right)^{3} = 1\ 764,25\lbrack kg\rbrack$$

Promień strefy zagrożenia – r_p=145[m]

Współczynnik – k_p=12

1. Dopuszczalny ładunek MW na stopień opóźnienia - Q_z

$$Q_{z} = \left( \frac{r_{s} \bullet \varphi}{1,5} \right)^{2} = 282,91\lbrack kg\rbrack$$

Odległość od miejsca wykonywania robót strzałowych do chronionego obiektu – r_s=870[m]

Współczynnik uwzględniający rodzaj podłoża, zakładam – φ=0,029

1. Dobór średnicy otworów strzałowych , środków strzałowych i zastosowanego sprzętu strzałowego

Średnica otworów strzałowych, zakładam – d=100 [mm]

Środek strzałowy – ERGODYN 35E

Zapalniki elektryczne, milisekundowe

1. Jednostkowe zużycie MW - q

$$q = 0,13 \bullet \gamma \bullet \sqrt[4]{f} \bullet \left( 0,6 + 3,3 \bullet 10^{- 3} \bullet d \bullet d_{s} \right) \bullet \left( \frac{0,5}{d_{k}} \right)^{0,4} \bullet \left( \frac{1000}{Q} \right) = 0,89\lbrack kg/m^{3}\rbrack$$

Wskaźnik zwięzłości skały – f=13

Średnia odległość między szczelinami w masywie – ds.=1,1[m]

Żądany rozmiar średniego ziarna – d_k=0,35[m]

Ciepło wybuchu stosowanego MW – Q=1046[kcal/kg]

1. Pojemność 1 mb otworu strzałowego oraz względna odległość między otworami – c

$$c = \frac{\pi \bullet d^{2}}{4} \bullet \rho = 11,00\lbrack kg/m\rbrack$$

Gęstość MW – ρ=1,4 [g/cm³]

1. Długość przewiertu - l_pw

l_pw1 = 10 * d = 1[m]

l_pw2 = 0, 075 * H = 1, 13[m]

Wysokość ściany – H=15[m]

$$l_{\text{pw}} = \frac{l_{pw1} + l_{pw2}}{2} = 1,065\lbrack m\rbrack$$

1. Głębokość otworu strzałowego – l_o

$$l_{o} = \frac{H}{\text{sinα}} + l_{\text{pw}} = 16,29\lbrack m\rbrack$$

Kąt nachylenia ociosu – α=80°

1. Długość przybitki - l_p

l_p = 30 • d = 3[m]

1. Zabiór – z

$$z = \sqrt{\frac{c \bullet \left( l_{o} - l_{p} \right)}{q \bullet m \bullet H}} = 3,31\lbrack m\rbrack$$

Względna odległość między otworami – m=1[m]

1. Odległość między otworami w szeregu - a

a = m • z = 3, 31[m]

1. Masa ładunku wybuchowego w otworze strzałowym - Q₁

Q₁ = q • z • a • H = 146, 17[kg]

1. Liczba otworów strzałowych na stopień opóźnienia - n_z

$$n_{z} = \frac{Q_{z}}{Q_{1}} = 1,94$$

1. Liczba otworów strzałowych w serii - n_s

$$n_{s} = \frac{Q_{p}}{Q_{1}} = 12,07$$

1. Dobór parametrów robót wiertniczych

   1. Uzysk urobku z 1 m otworu strzałowego – p₁

$$p_{1} = \frac{z \bullet a \bullet H}{\left( l_{o} - l_{\text{pw}} \right)} = 10,8\lbrack m^{3}/m\rbrack$$

1. Liczba wiertnic potrzebna do zapewnienia ciągłości pracy koparek - n_w

$$n_{w} = \frac{W_{h}}{p_{w} \bullet p_{1}} = 0,726$$

Przyjmujemy 1 wiertnice

Zakładany postęp wiercenia – p_w=16[m/h]

1. Liczba długich otworów konieczna do wywiercenia w ciągu roku – i

$$i = \frac{W_{\text{ko}}}{p_{1} \bullet \left( l_{o} - l_{\text{pw}} \right)} = 2\ 869\lbrack otworow/rok\rbrack$$

1. Częstotliwość przeprowadzania odstrzałów w ciągu roku - i_s

$$i_{s} = \frac{i}{n_{s}} = 96\lbrack odstrzalow/rok\rbrack$$

Przewidywana liczba otworów w jednej serii – n_s=30

1. Czas odwiercenia otworów w serii robót strzałowych – t₁

$$t_{1} = \frac{n_{s} \bullet l_{o}}{p_{w} \bullet n_{w} \bullet k_{w}} = 38,19\lbrack h\rbrack$$

1. Czas wiercenia 1 otworu strzałowego – t₂

$$t_{2} = \frac{l_{o}}{p_{w}} = 1,02\lbrack h\rbrack$$

1. Czas potrzebny na załadunek odstrzelonego urobku – t₃

$$t_{3} = \frac{n_{s} \bullet p_{1} \bullet \left( l_{o} - l_{\text{pw}} \right)}{Q_{\text{rz}}} = 38,34\lbrack h\rbrack$$

Wydajność rzeczywista zespołu samochód-ładowarka – Q_rz=129[m³/h]

1. Spełniony warunek dobrze zorganizowanej pracy – t₁<t₃

t₁ < t₃

38, 19 < 38, 34

1. Rzeczywisty niezbędny postęp wiercenia - p_w

$$p_{w} \geq \frac{Q_{\text{rz}}}{n_{w} \bullet p_{1} \bullet k_{w}} \geq 15\lbrack m/h\rbrack$$

Przyjmuje p_w=16[m/h]

1. Dobór wiertnicy

Atlas Copco – AirROC D35

Długość żerdzi – 4÷6 [m]

Średnica otworu – 75÷115 [mm]

Maksymalna głębokość otworu –29,4[m]

Postęp wiercenia – 16[m/h]

1. Wydajność wiertnicy w przeliczeniu na objętość urobku - Q_w

Q_w = p_w • p₁ • k_w = 137, 94[m³/h]

1. Dobór parametrów koparki (ładowarki) do pracy w wyrobisku

   1. Wskaźnik wydajności koparki (ładowarki) - w_wk

$$w_{\text{wk}} = \frac{W_{h} \bullet k_{r}}{3600 \bullet k_{c} \bullet k_{n} \bullet k_{\text{cz}}} = 0,182\lbrack m^{3}/s\rbrack$$

Współczynnik rozluźnienia urobku w łyżce – k_r=1,5

Współczynnik wykorzystania czasu pracy – k_c=0,65

Współczynnik napełnienia łyżki – k_n=0,55

Współczynnik uwzględnienia kategorii skał na liczbę cykli – k_cz=0,8

1. Pojemność łyżki koparki - q_u

q_u = w_wk•t_ck = 6, 0[m³]

Teoretyczny czas jednego cyklu koparki – t_ck=33[s]

1. Dobór koparki (ładowarki)

Komatsu – WA500-6

Pojemność łyżki – 4,5÷6,3 [m³]

Czas cyklu – t_ck=33[s]

1. Liczba zaczerpnięć koparki w ciągu minuty - n_e

$$n_{e} = \frac{60}{t_{\text{ck}}} \bullet k_{\text{cz}} = 1,45$$

1. Wydajność teoretyczna koparki (ładowarki) - Q_t

Q_t = 60 • q_u • n_e = 541[m³/h]

Pojemność łyżki koparki – q_u=6,2[m³]

1. Wydajność techniczna koparki (ładowarki) - Q_tech

$$Q_{\text{tech}} = Q_{t} \bullet \frac{k_{n}}{k_{r}} = 198\lbrack m^{3}/h\rbrack$$

1. Wydajność rzeczywista koparki (ładowarki) - Q_rzecz

Q_rzecz = Q_tech • k_c = 128, 96[m³/h]

1. Ilość koparek (ładowarek) - n_k

$$n_{k} = \frac{W_{h}}{Q_{\text{rzecz}}} = 0,97$$

Przyjmujemy 1 ładowarkę

1. Dobór samochodu technologicznego

   1. Pojemność skrzyni samochodu dla 4 i 8 załadowań – V_s4,V_s8

$$V_{s4} = \frac{q_{u} \bullet k_{n} \bullet n_{z}}{k_{r} \bullet k_{\text{ns}}} = 11\lbrack m^{3}\rbrack$$

Współczynnik napełnienia skrzynie – k_ns=1

Ilość załadowań – n_z=4

$$V_{s8} = \frac{q_{u} \bullet k_{n} \bullet n_{z}}{k_{r} \bullet k_{\text{ns}}} = 22\lbrack m^{3}\rbrack$$

Ilość załadowań – n_z=8

V_s = 11 ÷ 22[m³]

1. Ładowność skrzyni samochodu dla 4 i 8 załadowań – Ł_s4,Ł_s8

$$L_{s4} = \frac{q_{u} \bullet k_{n} \bullet n_{z}}{k_{r} \bullet k_{\text{ns}}} \bullet \gamma = 33\lbrack Mg\rbrack$$

$$L_{s8} = \frac{q_{u} \bullet k_{n} \bullet n_{z}}{k_{r} \bullet k_{\text{ns}}} \bullet \gamma = 65\lbrack Mg\rbrack$$

L_s = 33 ÷ 65[Mg]

1. Dobór samochodu technologicznego

Caterpillar – 735B

Pojemność skrzyni – 19,7[m³]

Ładowność skrzyni – 36[Mg]

Prędkość maksymalna – 56[km/h]

1. Czas jazdy załadowanego samochodu - t_jł

$$t_{jl} = \frac{l}{V_{jl}} = 240\lbrack s\rbrack$$

Odległość od zakładu przeróbczego – l=2[km]

Średnia prędkość jazdy z ładunkiem – V_jł=30[km/h]

1. Czas jazdy pustego samochodu - t_jp

$$t_{\text{jp}} = \frac{l}{V_{\text{jp}}} = 200\lbrack s\rbrack$$

Średnia prędkość jazdy bez ładunku – V_jp=36[km/h]

1. Czas załadunku samochodu - t_z

$$t_{z} = \frac{V_{s} \bullet t_{\text{ck}} \bullet k_{\text{ns}} \bullet k_{r}}{q_{u} \bullet k_{n}} = 285,96\lbrack s\rbrack$$

Pojemność skrzyni środka transportowego – V_s=19,7[m³]

t_z : t_ck = 8, 67

8 pełnych cykli załadowań

t_z = 8 • t_ck = 264[s]

1. Czas cyklu pracy - T_c

T_c = t_jl + t_jp + t_w + t_mz + t_mw + t_pt + t_z = 721[s]

Czas manewrowania przy zakładzie – t_mz=8[s]

Czas manewrowania przy wyładunku – t_mw=6[s]

Czas wyładunku – t_w=3[s]

Zakładany czas postoju w kolejce – t_pt=0[s]

1. Ilość potrzebnych samochodów - N

$$N = \frac{T_{c}}{t_{z}} = 2,73$$

Szacunkowo potrzeba 3 samochodów

1. Rzeczywisty czas postoju w kolejce - t_pt

t_pt = N • t_z − T_c = 71[s]

1. Rzeczywisty czas cyklu samochodu - T_rz

T_rz = T_c + t_pt = 792[s] = 13, 2[min]

1. Wykorzystanie pojemności skrzyni samochodu – V_s-t

$$V_{s - t} = q_{u} \bullet \frac{k_{n}}{k_{r}} \bullet n = 18,2\lbrack m^{3}\rbrack$$

Pełna liczba cykli ładowarki – n=8

1. Wydajność techniczna samochodu - Q_st

$$Q_{\text{st}} = 60 \bullet V_{s - t} \bullet \frac{1}{T_{\text{rz}}} = 82,67\lbrack m^{3}/h\rbrack$$

1. Ilość potrzebnych samochodów - n_s

$$n_{s} = \frac{W_{h}}{Q_{\text{st}}} = 1,51$$

Przyjmujemy 2 samochody

1. Wydajność zastosowanych maszyn oraz wykorzystanie układu technologicznego

Wydajność wiertnicy – Q_w=137,94[m³/h]

Wydajność ładowarki – Q_ład=128,96[m³/h]

Wydajność 2 samochodów – Q_sam=165,34[m³/h]

Współczynnik wykorzystania wiertnicy = $\frac{W_{h}}{Q_{w}} \bullet 100 =$90,7%

Współczynnik wykorzystania ładowarki = $\frac{W_{h}}{Q_{lad}} \bullet 100 =$97,0%

Współczynnik wykorzystania samochodów = $\frac{W_{h}}{Q_{\text{sam}}} \bullet 100 =$75,7%

1. Harmonogram jazdy samochodów

2. Podsumowanie i wnioski

Dla założonych wartości niezbędne jest wyposażenie kopalni odkrywkowej w dwie wiertnice, jedną ładowarkę i 2 samochody transportowe. …