Politechnika Wrocławska Wrocław

Wydział Górniczy

PROJEKT Z PRZEDMIOTU

„PROJEKTOWANIE KOPALŃ ODKRYWKOWYCH”

Temat: Projekt kopalni odkrywkowej węgla brunatnego „Murowaniec”

1. Cel projektu

Celem jest zaprojektowanie odkrywkowej kopalni węgla brunatnego na złożu „Murowaniec”, będącej głównym dostawcą surowca dla elektrowni o tej samej nazwie.

2. Opis terenu górniczego , oraz jego zagospodarowania

Obszar górniczy dla złoża węgla brunatnego „Murowniec” został utworzony decyzją Ministra Ochronny Środowiska Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 25 - 04 - 2002 r. i wpisany do rejestru obszarów górniczych Wyższego Urzędu Górniczego w dniu 25 - 04 - 2002 .

Obszar górniczy złoża „ Murowaniec” położony jest w 60 % na terenach rolniczych i w 40 % na terenach leśnych. Powierzchnia obszaru górniczego wynosi 14,64 km². Granice obszaru górniczego zaznaczono na mapie sytuacyjno-wysokościowej w skali 1 : 25 000 . Granice terenu górniczego zostały zatwierdzone przez Ministra Ochrony Środowiska Zasobów Naturalnych i Leśnictwa w dniu

25 - 04 - 2002 r. Teren górniczy obejmuje w całości powierzchnię obszaru górniczego i częściowo tereny położone na zewnątrz (wraz z zwałowiskiem zewnętrznym i całym zapleczem technologicznym kopalni).

Planowana działalność kopalni przebiegać będzie na gruntach , co do których zakład ma prawo użytkowania wieczystego , własności lub dzierżawionych . Na terenie obszaru górniczego nie zamieszkuje żadna rodzina, jednak bliskość osady kolonia Osina sprawia, że część mieszkańców tam zamieszkujących będzie musiała zostać przesiedlona, co wiąże się z koniecznością wybudowania mieszkań zastępczych. Przez obszar górniczy kopalni przebiegają drogi gminne, które będą musiały zostać przełożone. Łączna długość dróg które będą musiały zostać przełożone wynosi ok. 20 km.

Ponieważ przez obszar górniczy kopalni przebiegają linie energetyczne, będą one również wymagały przełożenia.

3. Położenie i charakterystyka złoża

Złoże węgla brunatnego położone jest w województwie Lubuskim, na terenie gminy Murowaniec. Złoże udokumentowane jest w kategorii C1 i B siatką otworów 1000 x1000 m. Złoże stanowi jednolita ława węgla brunatnego zalegającego średnio na głębokości 32,46 m. , o średniej miąższości 8,63 m. Kompleks podwęglowy to gliny zwięzłe , natomiast nad pokładem zalegają warstwy czwartorzędowe. Warstwy czwartorzędowe reprezentowane są przez utwory piaszczysto - żwirowe i utwory piaszczysto - ilaste .

Średnie parametry węgla :

• wartość opałowa 9 500 KJ / Kg

• zawartość popiołu 10 %

• zawartość siarki 0,5 %

• wilgotność 40 %

• ciężar objętościowy 1,2 t / m³

4. Zasoby geologiczne złoża

Na podstawie przeprowadzonych badań geologicznych (dokumentacji geologicznej) zasoby geologiczne wynoszą:

• zasoby geologiczne 235 128 000,0 Mg

• zasoby bilansowe 178 450 000,0 Mg

• zasoby przemysłowe 151 514 160,0 Mg

Na podstawie obliczonych zasobów złoża przeznaczonego do wydobycia podstawowe parametry obszaru na którym będzie prowadzona eksploatacja (po okonturowaniu) są następujące:

• długość 5830,0 m

• szerokość 2500,0 m

• średnia miąższość 8,63 m

5. Założenia geotechniczne

Kąty nachylenia i wysokości skarp poszczególnych poziomów eksploatacyjnych należy , ze względu na parametry geotechniczne przyjąć następujące :

poziom	wysokość piętra [ m. ]	kąt nachylenia [ ° ]
I	16,23	45
II	16,23	50
III	8,63	70
Zwałowisko zewnętrzne	20,0	20

Generalny kąt nachylenia skarpy β = 35 ⁰

6. Harmonogram wydobycia węgla i zdejmowania nadkładu

Przyjmując całkowity okres eksploatacji na 20 lat ( od 2003 do 2023 r ) , oraz okanturowując złoże i wyznaczając jego granice na powierzchni terenu , określono objętość nadkładu , roczne wydobycie węgla i nadkładu i eksploatacyjny wskaźnik N : W:

• objętość nadkładu 495 164 952,5 m³,

• roczne zdejmowanie nadkładu 24 758 247,63 m³,

• roczne wydobycie węgla 7 575 708,0 Mg (obliczone na podstawie zapotrzebowania przez pobliską elektrownie „Murowaniec”),

• średni wskaźnik N : W = 3,78

7. Dobór maszyn podstawowych

1. Dobór koparki węglowej

W celu zagwarantowania zaprojektowanego wydobycia węgla dobrano następującą koparkę produkcji byłego NRD:

- SRs 470 14 / 2 * 0 , o następujących parametrach :

• wydajność teoretyczna 1690 m³/h,

• wysokość urabiania nadpoziomowego 16 m,

• wysokość urabiania podpoziomowego 1,5 m.

Określenie wydajności koparki :

• wydajność techniczna
  , gdzie

Q_t - wydajność teoretyczna,

k_w - współczynnik wypełnienia czerpaka,

k_s - współczynnik spulchnienia,

• wydajność efektywna
  , gdzie

β_m - współczynnik ruchów manewrowych i sierpowatości strug ( w przypadku koparek kołowych ),

β_k - współczynnik strat na końcówkach frontu,

β_l - współczynnik strat losowych,

• wydajność efektywna roczna
  

t - ilość godzin pracy w roku ( dla 22 h pracy dziennie , przy 315 dniach

roboczych )

1. Dobór koparek nadkładowych

Na podstawie geometrii i przyjętych kątach nachylenia skarp objętość nadkładu jaka ma być usunięta w przeciągu dwudziestu lat istnienia kopalni wynosi Q_N = 495 164 952,5 m³, co daje roczne zdejmowanie nadkładu na poziomie 24 758 247,63 m³, które będzie realizowane przez dwie koparki nadkładowe. Ponieważ parametry zdejmowanego nadkładu są na dwóch poziomach roboczych zbliżone do siebie, można przyjąć takie same koparki pracujące na tych poziomach. Jedna koparka musi zatem zdjąć 12 379 123,81 m³ nadkładu. Wstępnie przyjmuję koparkę wielonaczyniową SchRs 1200
x 9 o następujących parametrach:

• wydajność teoretyczna 3300 m³/h,

• wysokość urabiania nadpoziomowego 20 -24 m,

• wysokość urabiania podpoziomowego 4,0 m.

koparka	poziom	Qt [m^3/h]	kw	ks	Qtech [m^3/h]	βm	βk	βl	t [h/rok]	Qer [m^3/rok]
SRs 470	I	1690	0,85	1,15	1249,13	0,8	0,95	0,95	7000	6 313 090
SchRs1200	II i III	2300	0,82	1,2	1965,455	0,82	0,97	0,96	7000	12495000

Zatem przyjęte koparki nadkładowe spełniają stawiane wymagania.

8. System eksploatacji złoża

• wkop udostępniający będzie zlokalizowany w Płn - Wsch. części złoża. Prace związane z

udostępnieniem złoża będą prowadzone przy użyciu dwóch koparek kołowych SchRs 1200.

• z poziomu zerowego zaczniemy urabiać koparką kołową podpoziomowo.

Długość pracy podpoziomowej tej koparki będzie determinowana zastosowaniem na tym poziomie koparki kołowej, która będzie kontynuować prace dalsze udostępniające I poziomu nadpoziomowo, przy czym druga koparka kołowa rozpocznie prace udostępniające poziomu II . W dalszym okresie poziom drugi będzie urabiany drugą koparką kołową nadpoziomowo, a koparka kołowa przeznaczona do wydobywania węgla rozpocznie urabianie kopaliny.

• udostępnienie będzie prowadzone w kierunku zachodnim, prostopadle do rozciągłości złoża

• koparki kołowe nadkładowe będą jednocześnie z pracami udostępniającymi wykonywać:

• rampy zjazdowe na niższe poziomy zarówno dla siebie jak i dla koparki kołowej węglowej, a w przyszłości dla zwałowarek. Rampy zjazdowe będą znajdować

się na skarpie północnej,

• rampy transportowe w narożniku Płn - Wsch.

• system pracy koparek

• koparki kołowe nadkładowe - system zabierkowy

• koparka kołowa węglowa - system zabierkowy.

9. Urabianie

Urabianie będzie prowadzone trzema poziomami roboczymi :

- poziom +110 do + 93,77 koparka kołowa SchRs 1200 pracująca nadpoziomowo w nadkładzie czwartorzędowym , urabiające utwory piaszczysto - żwirowe ,

- poziom +93,77 do +77,54 koparka kołowa SchRs 1200 pracująca nadpoziomowo w nadkładzie czwartorzędowym, urabiająca utworypiaszczysto - ilaste,

- poziom +77,54 do + 68,91 koparka kołowa SRs 470 pracująca nadpoziomowo , urabiająca węgiel brunatny .

Urabianie koparkami kołowymi będzie odbywało się systemem zabierkowym z generalnym równoległym postępem frontu robót. Roczny postęp odkrywki będzie równy 304 metry (po wykonaniu wkopu udostępniającego).

10. Wkop udostępniający

Wkop udostępniający wykonany zostanie za pomocą koparek nadkładowych. Składać się będzie z dwóch poziomych roboczych. Prace związane z udostępnieniem będą prowadzone do momentu uzyskania odpowiedniego wyprzedzenia, czyli odkrycia złoża na określonej odległości, tak aby koparka węglowa mogła swobodnie przystąpić do wydobywania kopaliny. Wstępnie przyjęto, że koparka węglowa zacznie pracę w momencie jak zostanie odsłonięte 100 metrów złoża.

Kubatura wkopu udostępniającego Q_WU = 4 734 124,292 m³.

Prace związane z budową wkopu udostępniającego składają się z dwóch faz:

• faza I - praca jednej koparki nadkładowej do momentu wprowadzenia drugiej koparki

• faza II - praca dwóch koparek nadkładowych do momentu uzyskania odpowiedniego

wyprzedzenia.

Harmonogram budowy wkopu udostępniającego:

Faza

Piętro

Typ maszyny

Data wprowadzenia

Zadania w piętrze m^3

Qe m^3/h

Czas trwania fazy w dniach

2003 r.

Q m^3/d

marzec

kwiecień

I

I

SchRs 1200

1- 03 - 2003

1260430,564

2439,0

26

53658,0

II

II

SchRS 1200

26 -03 - 2003

3473693,728

2439,0 53658

36

SchRS 1200

2439,0 53658,0

Harmonogram pracy maszyn podstawowych

Piętro

Typ maszyny

Data wprowadzenia

Data końca pracy

Liczba dni pracy po zakończeniu pracy I maszyny

2003

2022

2023

I

II

III

IV

I

II

III

IV

I

II

III

IV

I

SchRs 1200

1 - 03 -2003

14 - 12 - 2022

0

II

SchRs 1200

26 - 03 - 2003

21 - 02 - 2023

68

III

SRs 470

1 - 05 - 2003

1 - 05 - 2023

137

Profil półki transportowej z trasą dla koparek

b - szerokość pasa bezpieczeństwa, m,

b = h⋅ (ctgϕ - ctgα),

h - wysokość piętra znajdującego się poniżej rozpatrywanej półki, m,

ϕ - kąt tarcia wewnętrznego,

α - kąt nachylenia skarpy,

t - minimalna szerokość tras prowadzenia koparek, m,

P - szerokość półki transportowej dla koparki, m.

Poziom	b [m]	h [m]	ϕ [^0]	α [^0]	t [m]	P [m]
I	14,28	16,23	28	45	60,0	90,0
II	9,5	16,23	35	55	60,0	84,5

11. Zwałowanie

W początkowym okresie istnienia kopalni zwałowanie będzie zewnętrzne dopiero po uzyskaniu odpowiedniego postępu robót zwałowanie zostanie zmienione na wewnętrzne. Po wykonaniu wkopu udostępniającego wydobywanie kopaliny i zdejmowanie nadkładu przez dwie koparki nadkładowe, przy równoczesnym zwałowaniu zewnętrznym będzie trwało jeszcze przez 322 dni. Po tym okresie zwałowanie będzie wewnętrzne. Całkowity czas zwałowania zewnętrznego będzie trwał 374 dni, co przy danych założeniach pracy będzie równe 1,21 roku.

Wymiary geometryczne zwałowiska zewnętrznego

przy podłożu 800,0 x 2410,0

przy stropie 782,12 x 2190,0

12. Transport

Transport urabianych kopalin odbywać się będzie przenośnikami taśmowymi. W wyrobisku kopaliny transportowane są trzema przenośnikami poziomowymi i stacjonarnymi. Transport charakteryzuje się monoblokowym rozdziałem urobku . Przenośniki taśmowe dobrane na podstawie podręcznika „ Przenośniki taśmowe w górnictwie” T. Żura i M. Hardygóry.

Zestawienie parametrów przenośników :

przenośnik	oznaczenie	nr	Qtech [m^3/h]	v [m/s]	kn	F [m^2]	α [°]	n	B [m.]	l [m.]
poziomowy poz. + 93,77	NN 1,4x5-2400	1	2439,0	5	1	0,190909	20	3	1,4	2400
poziomowy poz.+77,54	NN 1,4x5-2330	2	2439,0	5	1	0,190909	20	3	1,4	2330
poziomowy poz.+68,91	NW 0,8x5-2300	3	1249,13	5	1	0,069396	30	3	0,8	2300
stacjonarny poz. + 93,77	NN 1,4x5 -450	4	2439,0	5	0,95	0,073049	35	3	1,4	450
stacjonarny poz. + 77,54	NN 1,4x5-350	5	2439,0	5	1	0,190909	20	3	1,4	350
stacjonarny poz. + 68,91	NW 0,8x5-250	6	1249,13	5	1	0,190909	20	3	0,8	250
									suma : 6010

13. Odwadnianie

W celu zapewnienia prawidłowej i bezpiecznej pracy maszyn i ludzi należy rozpocząć odwodnienie górotworu przed przystąpieniem do prac udostępniających. Odwodnienie należy rozpocząć dwa lata przed rozpoczęciem budowy wkopu udostępniającego. Odwodnienie w kopalni realizowane będzie za pomocą studni głębinowych.

• Układ odwadniania wgłębnego kopalni składać się będzie:

1. ze studni odwadniających wielkośrednicowych wykonanych wiertnicami typu Wirth,

2. z pomocniczych urządzeń odwadniających wykonanych z poziomów roboczych i półek stałych wyrobiska, w tym także urządzeń dla nadkładu oraz dla odwadniania utworów wodonośnych podwęglowych (otwory przelewowe),

3. z otworów obsrewacyjnych;

• Studnie odwadniające zostaną rozmieszczone w barierach zewnętrznych i wewnętrznych;

• Czas pracy studni stałych wyniesie około 10 lat, natomiast studni nadkładowych 4 -5 lat;

• Wskaźnik zagęszczenia studni wyniesie 0,39 szt./ha;

• System odwadniania powierzchniowego obejmie:

1. odprowadzenie wód z barier studni odwadniających do pobliskiej rzeki (Rakówka) za pomocą rurociągów tłocznych, rowów i kanałów,

2. regulację i uszczelnienie koryt Rakówki i innych cieków,

3. odwadnianie odkrywki

4. oczyszczanie wód brudnych

5. odwadnianie zwałowiska zewnętrznego i wewnętrznego

Odwadnianie zwałowiska wewnętrznego będzie się odbywało poprzez sieć rowów odwadniających, drenów żwirowych oraz sączków ceramicznych. Istnienie tej sieci odwadniającej oraz sieci odprowadzającej wody z powierzchni będzie powodowało sprowadzanie wody do najniższego punktu w odkrywce, gdzie będzie znajdował się zbiornik wodny. Woda ze zbiornika będzie wypompowywana przy pomocy pomp (stacja pomp - przepompownia), a następnie kierowana będzie do osadników.

14. Rekultywacja

Rozpoczęcie rekultywacji przewidziano w momencie przejścia na system zwałowania wewnętrznego. Zbocza zostaną odpowiednio ukształtowane i obsiane trawami, zasadzone zostaną gatunki drzew przystosowanych do wzrastania w trudnych warunkach glebowych, a jednocześnie o znacznym przyroście rocznym . Nastąpi regulacja stosunków wodnych poprzez budowę niezbędnych obiektów i urządzeń hydrotechnicznych Odtwarzanie gleb realizowane będzie również poprzez przykrywanie skarp humusem pozyskiwanym wcześniej z terenów przeznaczonych pod odkrywkę i zwałowisko. W miarę prowadzenia rekultywacji przewidziano również stworzenie miejsc służących wypoczynkowi okolicznej ludności oraz pracowników kopalni.

8

Eksploatacja

P

t

b

4,0

5,0

P

t

b

6,0

4,0

5,0

h

1:k

α

800,0

20,0

20⁰

2410,0

---