1. Opis geologiczny złoża

Eksploatowane złoże jest złożem piasku.Ma ono formę regularną. Jest to złoże typu pokładowego, pochodzenia osadowego. W północnej cześci występuje uskok o zrzucie normalnym. Pokład ma raczej stałą miąższość, jedynie na krańcach występuje łagodne wyklinowanie i zmniejszenie grubości. Średnia miąższość złoża wynosi około 16 m.

2. Badanie złoża

Złoże zbadano siatką typu B o odległości między odwiertami 500 m. Uzyskano następujące wyniki:

nr otworu\rodzaj gruntu	humus [m.]	glina zwałowa [m.]	żwir [m.]	piasek [m.]	ił [m.]
1	0,5	3,7	-	13,7	+
2	0,5	3	1	13,4	+
3	0,5	2,5	2,5	13,8	+
4	0,5	2,8	1,8	13,7	+
5	0,5	2,7	0,8	13,2	+
6	0,5	2,3	1,3	13,5	+
7	0,5	2	2,5	15,2	+
8	0,5	2,2	1,4	14,1	+
9	0,5	2,5	1	14,6	+
10	0,5	3,4	0,4	18,1	+
11	0,5	2,8	2,6	17,3	+
12	0,5	2,6	4,6	9	+
13	0,5	2,7	2,5	13,3	+
14	0,5	2,4	2,2	14,2	+
15	0,5	2,5	1,3	15,3	+
16	0,5	2,5	1,1	15,2	+

2. Wykorzystanie humusu

Problem składowania humusu został rozwiązany w następujący sposób - po uzgodnieniach własnościowych z gminą postanowiono, że zebrany humus zostanie przeznaczony na użyźnienie ziem zniszczonych podczas powodzi. Takie rozwiązanie zwalnia przedsiębiorstwo od opłat za składowanie a zarazem przyczynia się w znaczący sposób do odzyskania terenów rolnych utraconych w czasie powodzi.

2. Dobór maszyn urabiających i środków transportu

Dane:

1.P = 500 000 T/rok

2.N/W = 0,3/1

1.Obliczenie rocznego wydobycia piasku P_f i nadkładu N_f

P_f = _p = 1,9 T/m­³

P_f = 50010³ / 1,9 = 263157,9 m³ / rok

 N_f = 0,5 P_f

N_f = 0,3263157,9 = 78947,4 m³/rok

2.Obliczenie czasu pracy maszyn - T_pr

T_pr = T_{k } T_w  ( T_pp  T_pa  T_pt )

2.1.Czas kalendarzowy T_k

T_k  365 dni

2.2. Czas wolny T_w

Zakładam, że kopalnia pracuje przez 5 dni w tygodniu . Licząc, że w roku jest 52 tygodnie, a w każdym są 2 dni wolne od pracy wynika:

T_w = 522 = 104 dni

2.3. Czas postojów planowych maszyn pracujących w piasku T_pp^p i nakładzie T_ppⁿ

T_pp = T_k - T_d

Przyjmuje, że T_d ^p = 310 dni ; T_d ⁿ = 315 dni

T_pp^p = 365 – 310 = 55 dni

T_ppⁿ = 365 – 315 = 50 dni

2.4. Czas postojów awaryjnych T_pa

T_pa = T_d - T_z

Przyjmuję, że T_z ^p = 260 dni ; T_z ⁿ = 270 dni

T_pa ^p = 310 – 260 = 50 dni T_pa ⁿ = 315 – 270 = 45 dni

2.5. Czas przerw technologicznych T_p

Przyjmuję, że T_p ^p = 30 dni ; T_p ⁿ = 25 dni

2.6. Ostateczny czas pracy T_pr

T_pr ^p = 365 – 104 – (55 + 50 + 30) = 126 dni

T_pr ⁿ = 365 – 104 – (55 + 45 + 25) = 141 dni

Zakładając, że kopalnia pracuje na 3 zmiany otrzymamy ostatecznie:

T_pr ^p = 126*24 = 3024 h/rok

T_pr ⁿ = 141*24 = 3384 h/rok

3. Obliczenie wymaganej wydajności efektywnej maszyn Q_e

Q_e ^p = P_f / T_pr ^p Q_e ⁿ = N_f / T_pr ⁿ

Q_e ^p = 263157,4 / 3024 = 8,71 m³/h Q_e ⁿ = 78947,4 / 3384 = 23,4 m³/h

4. Dobór maszyn urabiających

Dla nadkładu : 1 koparka mechaniczna nadsiębierna o pojemności łyżki 0,6 m³

Dla piasku : 2 koparki mechaniczne nadsiębierne o pojemności łyżki 1,1 m³

4.1. Sprawdzenie wydajności efektywnej wybranych maszyn

Q_ef = 60 * I * k_o * k_m * k_e * k_w / T_c

Wszystkie współczynniki zostały dobrane na podstawie tabel i rysunków ze skryptu “Projektowanie kopalń – kopalnie odkrywkowe”.

Przy założeniach:

Piasek – grunt klasy III o łatwości spływania c

k_o ^p = 0,9 ; k_m ^p = 1,05 ; k_e ^p = 0,8 ; k_w ^p = 0,9 ; T_c ^p = 1 min k_o ⁿ = 0,9 ; k_m ⁿ = 1,00 ; k_e ⁿ = 0,8 ; k_w ⁿ = 0,85 ; T_c ⁿ = 0,9 min

k_o = 0,9 ; k_m = 1,00 ; k_e = 0,8 ; k_w = 0,85 ; T_c = 0,9 min

Wydajność efektywna koparki pracującej w nadkładzie

Q_ef ⁿ = 60 * 0,6 * 0,9 * 1,00 * 0,8 * 0,85 / 0,9 = 24,48 m³/h > Q_eⁿ

Wydajność efektywna koparek pracujących w piasku

Q_ef ^p = 60 * 1,1 * 0,9 * 1,05 * 0,8 * 0,9 * 2 / 1= 89,8 m³/h > Q_e^p

5. Dobór relacji pojemności skrzyni samochodu i naczynia (łyżki) maszyny załadowczej

Racjonalne dostosowanie pojemności skrzyni samochodu i pojemności naczynia koparki jest głównym warunkiem dobrego wykorzystania koparki i transportu przy minimalnych kosztach. Praktycznie stosunek pojemności skrzyni do pojemności naczynia powinien być nie mniejszy niż 4 a nie większy niż 12.

n_w' = P / p p = ρ * (k_w/k_rc) * ρ_u k_rc = k_rs / k_z

n_w = V_a / V_c V_c = I * k_w * k_z

k_z^n,p = 0,87 k_rs ^p = 1,13 k_rs ⁿ = 1,2

ρ^p = 1,9 T/m³ ρⁿ = 1,98 T/m³

p^p = 1,1 * (0,9/ (1,13/0,87)) * 1,9 = 1,448 T

pⁿ = 0,6 * (0,85/ (1,2/0,87)) * 1,98 = 0,732 T

V_c ^p = 1,1 * 0,9 * 0,87 = 0,8613 m³

V_c ⁿ = 0,6 * 0,85 * 0,87 = 0,4437 m³

Następnie oblicza się n_w i n_w' i wybiera wartość mniejszą. Otrzymany wynik zaokrągla się do mniejszej liczby całkowitej, którą wykorzystuje się do określenia ciężaru P_o i objętości V_o skrzyni samochodu oraz W_p i W_v

P_o = n_w1 * p V_o = n_w1 * V_c

W_p = P_o / P W_v = V_o / V_a

Piasek

Marka	Typ samoch.		ρ		Va		nw		nw'		nw1		Po		Vo		Wp		Wv
			[T]		[m^3]								[T]		[m^3]
Jelcz		SHL 3W 317-821 SHL 3W 640-825		7,5 18,0		4,75 8,3		5,52 9,64		5,18 12,43		5 9		7,24 13,032		4,3065 7,7517		0,965 0,724		0,907 0,804
Maz	503 B		9,0		5,0		5,8		6,21		5		7,24		4,3065		0,804		0,8613
Tatra	14831		15,5		6,5		7,55		10,7		7		10,136		6,0291		0,654		0,928
Kamaz	5510 54101		7,0 11,0		5,4 6,1		6,27 7,08		4,83 7,6		4 7		5,792 10,136		3,4452 6,0291		0,827 0,921		0,638 0,988
Kraz	256		12,0		6,8		7,89		8,29		7		10,136		6,0291		0,845		0,887

Z powyższej tabeli wynika, że najlepsze będą Kamazy 54101.

Nadkład

Marka	Typ	P	Va	nw	nw'	nw1	Po	Vo	Wp	Wv
Star	SHL W200-801 SHL 3W 244-802	5,5 5,0	3,4 2,9	7,66 6,54	7,51 6,83	7,0 6,0	5,124 4,392	3,1059 2,6622	0,932 0,8784	0,9135 0,918

Lepszy jest Star SHL W200-801 gdyż 4 < n_w1 < 8 oraz W_p i W_v .

6. Obliczanie czasu cyklu samochodów - T_c

T_c = t₁ + t₂ + t₃ + t₄ + t₅

6.1. Czas podstawiania i ładowania t₁

t₁ = t₁₀ + t₁₁ + t₁₂

6.1.1 Czas potrzebny na dojazd od drogi transportowej do miejsca załadunku t₁₀

t₁₀ = 2 * 60 * l₁₀ / V_e^z

Licząc, że długość frontu roboczego wyniesie f = 375 m więc

Piętro	l10 [km]
I	0,375
II	0,315
III	0,260

Natomiast dla drogi nierównej z koleinami zgodnie z tabelą 8.17 V_e^z = 13 km/h

Piętro	t10 [min]
I	3,46
II	2,9
III	2,4

6.1.2. Czas podstawiania samochodu pod załadunek t₁₁

Pojazd podstawia się pod kątem 180° do ruchomej maszyny załadowczej więc

t₁₁ = 0,5 min

6.1.3. Czas ładowania samochodu t₁₂

t₁₂ = V_a / Q_ef

Piętro	t12 [min]
I	8,33
II	8,15
III	8,15

t₁ = t₁₁ + t₁₂ + t₁₃

Piętro	t1 [min]
I	12,29
II	11,55
III	11,05

6.2. Czas jazdy z ładunkiem t₂

Przyjmuje, że nadkład jest transportowany na zwałowisko oddalone o 1 km a piasek na składowisko oddalone o 1,8 km dla II i 1,85 km dla III. Odczytuję z wykresu 8.17. średnie prędkości jazdy samochodu poruszającego się po drodze, na której nachylenia 60 ‰ stanowią 40 % w łącznej długości trasy.

Piętro	Vśr [km/h]	t2 [min]
I	12,6	4,77
II	22	4,9
III	22	5,05

t₂ = l / V_śr

6.3. Czas wyładunku i nawracania t₃

t₃ = t₃₀ + t₃₁ + t₃₂

6.3.1. Czas dojazdu do miejsca wyładunku – t₃₀

t₃₀ = 2 * 60 * l₃₀ / V_e^w

Przyjmując, że dojazd do miejsca wyładunku od drogi dojazdowej odbywa się po drodze twardej, równej i ubitej to zgodnie z tabelą 8.17.

V_e^w = 16 km/h

Dla nadkładu – dojazd do skarpy zwałowiska – 100 m

Dla piasku – dojazd do skarpy składowiska – 150 m

Piętro	t30 [min]
I	0,75
II i III	1,13

6.3.2. Czas manewrowania i ustawiania samochodu t₃₁

Czas t₃₁ przyjmuję zgodnie z tabelą 8.22. i tak

Dla nadkładu samochód podstawiany jest do krawędzi zwałowiska pod kątem 180° - t₃₁ = 0,5 min

Dla piasku samochód wysypuje na terenie otwartym. Do skarpy podjeżdża pod kątem 180°

t₃₁ = 0,42 min

6.3.3. Czas wyładunku t₃₂

Czas t₃₂ przyjmuję z tabeli 8.23. dla :

nadkładu : materiał trudnowysypujący się , z dużym kątem zsypu

t₃₂ = 0,66 min

piasku : materiał łatwowysypujący się , z małym kątem zsypu

t₃₂ = 0,32 min

Ostatecznie t₃ będzie wynosił

Piętro	t3 [min]
I	1,91
II	1,8
III	1,8

6.4. Czas jazdy bez ładunku t₄

Zakładam, że samochód bez ładunku przejedzie tą samą trasą o 30% szybciej więc

Piętro	l [km]	Vśr [km/h]	t4 [min]
I	1	16,38	3,66
II	1,8	28,6	3,78
III	1,85	28,6	3,88

6.5. Czas oczekiwania t₅

Samochody nie napotykają przeszkód na drodze t₅ = 0.

6.6. Ostatecznie czas jednego cyklu T_c dla samochodów ładowanych na różnych piętrach wyniesie :

Piętro	t1 [min]	t2 [min]	t3 [min]	t4 [min]	t5 [min]	Tc [min]
I	12,29	4,77	1,91	3,66	0	22,63
II	11,55	4,9	1,8	3,78	0	22,03
III	11,05	5,05	1,8	3,88	0	21,78

7. Wydajność samochodu Q_s

Piętro	Va [m^3]	Tc [min]	Qs [m^3/h]
I	3,4	22,63	9,01
II	6,1	22,03	16,61
III	6,1	21,78	16,8

8. Dobór liczby samochodów

8.1. Pierwsze przybliżenie

H₁ = Z_p / (Qs * t_p)

Z_p = 23,4 m³/h – dla koparki pracującej w nadkładzie

Z_p = 43,55 m³/h – dla 1 koparki pracującej w piasku

Uwzględniając przestoje i planowane przerwy t_p = 0,9 h co na 24 godzinach pracy stanowi 2,4 godziny przerw

Piętro	H1
I	2,88
II	2,91
III	2,88

8.2. Drugie przybliżenie

H_­2 = H₁ * d_f * d_a

Współczynnik d_f zgodnie z tab.8.25. dla drogi wymagającej umiarkowanej zmiany liczby biegów i przy 8 godzinnym dniu pracy i krótkich odcinkach jazdy

d_f = 1,08

Współczynnik d_a zgodnie z tab.8.26. dla lekkich warunków eksploatacji przy 3 zmianach

d_a = 1,2

Piętro	~H2	H2
I	3,73	4
II	3,77	4
III	3,73	4

8.3. Liczba kierowców

z = Σ H₂ * 3 zmiany + 3*1 = 12 * 3 + 3 = 39 kierowców

V. Geometria wyrobiska

2. Elementy zbocza transportowego

a - pas dla urządzeń odwadniających ; a = 4 m.,

b - pas drogi dojazdowej ; b = 10 m.,

c - pas bezpieczeństwa ; c = h (ctg  - ctg )

gdzie:

 - kąt tarcia wewnętrznego urobku ;  = 30^O

 - kąt nachylenia skarpy ;  = 45^O

h - wysokość piętra ; h = 5 m.

c = 5 (ctg 30 - ctg 45) = 3,5 m.

2. Elementy zbocza bocznego

Ponieważ po zboczu bocznym nie odbywa się transport więc zbocze to charakteryzuje tylko jeden parametr - pas bezpieczeństwa c = 3,5 m.

2. Kształt i wymiary rampy zjazdowej

Przyjmujemy, że rampa jest nachylona w stosunku 1:7 ( jest to kąt, który bez trudu pokonuje samochód obciążony urobkiem ).

s - szerokość rampy ; s = b + c = 10 + 3,5 = 13,5 m.

d - długość rampy ; d = p h

p - pochylenie skarpy ; p = 7 (ze stosunku - 1:p. = 1:7 )

d = 7 * 5 = 35 m.

w - część rampy , w której samochód skręca ; w = r + 2 m

r - promień skrętu samochodu ; r = 10 m.

w = 10 + 2 = 12 m.

k - pochylenie ściany przedniej rampy ; k = 1 (pochylenie ściany 1:1)

Oznaczenia:

P – wielkość wydobycia piasku [T/rok]

N – wydobycie nadkładu [T/rok]

P_f – roczne wydobycie piasku [m³/rok]

N_f - roczne wydobycie nadkładu [m³/rok]

ρ_p – gęstość obj. piasku [T/m³]

T_pr – czas pracy maszyn [h/rok] T_k – czas kalendarzowy [h]

T_pp – czas przestojów planowych [h/rok]

T_pa – czas przestojów awaryjnych [h/rok]

T_pt - czas przestojów technologicznych [h/rok]

T_d – czas dysponowany [h/rok]

T_z – czas zdolności ruchowej [h/rok]

Q_e – wymagana wydajność efektywna [m³/rok]

Q_ef – wydajność efektywna koparki [m³/rok]

I – pojemność łyżki [m³]

k_o – wsp. poprawkowy na kąt obrotu i wysokość urabiania

k_m – wsp. urabialności i łatwości spływania

k_e – wsp. zmniejszający efektywny czas pracy

k_w – wsp. wypełnienia naczynia urabiającego

T_c – nominalny czas trwania cyklu roboczego [min]

n_w' – stosunek ładowności samochodu do ciężaru skały w naczyniu

n_w – stosunek poj. skrzyni do objętości skały w naczyniu

P – ładowność samochodu [T]

p – ciężar skały w naczyniu [T]

V­_a – poj. skrzyni samochodu [m³]

V_c – objętość skały w naczyniu [m³]

k_rc – wsp. rozluzowania skały w naczyniu

k_z – wsp. zagęszczenia

k_rs – wsp. rozluźnienia skały w skrzyni samochodu

N_p – wsp. wykorzystania samochodu

W_v - wsp. wykorzystania objętości skrzyni samochodu

T_c1 – czas cyklu samochodu [min] t₁ – czas podstawiania i ładowania

t₂ – czas jazdy z ładunkiem

t₃ – czas wyładunku i nawracania

t₄ – czas jazdy bez ładunku

t₅ – czas oczekiwania

t₁₀ – czas potrzebny na dojazd od drogi transportowej do miejsca załadunku [min]

t₁₁ – czas podstawiania samochodu pod załadunek

t₁₂ – czas ładowania

l₁₀ – odległość drogi dojazdu do miejsca załadunku [km]

V_e^z – prędkość wejściowa w miejscu załadunku [km/h]

t₃₀ – czas dojazdu do miejsca wyładunku [min]

t₃₁ – czas manewrowania i ustawiania samochodu [min]

t₃₂ – czas wyładunku [min]

l₃₀ – odległość drogi dojazdu od miejsca wyładunku [km]

V_e^w – prędkość wejściowa w miejscu wyładunku [km/h]

Q_s – wydajność samochodu [m³/h]

H – wymagana liczba samochodów

Z_p – zadania przewozowe w czasie p godzin [m³/h]

t_p – dyspozycyjny czas pracy samochodu w okresie p godzin [h]

d_f - wsp. zmęczenia kierowcy

d_a – wsp. dyspozycyjności

Dane wyjściowe:

Średnia miąższość złoża – m = 15,2 m

Powierzchnia złoża pomierzona planimetrem – A = 1 964 885 m²

Zasoby - z = m * A = 15,2 * 1 964 885 =

= 29 866 252 m³

Czas eksploatacji - 60 lat

Roczne wydobycie – 500 000 m³/rok