wojtkiewicz, W6 - górnictwa

WPROWADZENIE

Celem projektu było zaprojektowanie prac związanych z wykonaniem wkopu. Założony czas realizacji przedsięwzięcia to okres 22 dni, przy uwzględnieniu dziennego czasu pracy 16 godzin (dwie zmiany robocze)

Kluczowym elementem wykonania projektu było opracowanie odpowiedniego podziału całego obszaru na którym ma być prowadzona eksploatacja na mniejsze pola eksploatacyjne, uwzględniając przy tym drogę dojazdową. W dalszej kolejności należało wykonać czynności związane z zepchnięciem przypowierzchniowej warstwy humusu, dobierając do tego celu odpowiednią spycharkę, której zadaniem jest zepchnięcie tego gruntu. Ze względów ekonomicznych zalecane jest, aby spychanie nie trwało dłużej niż 10 dni. Następnie wykonane zostały prace związane z wybieraniem gliny znajdującej się poniżej humusu. Tutaj również dobrano odpowiedni do tego rodzaju prac sprzęt. Ostatnim zadaniem był transport urobionego materiału.

Geometrię planowanego wyrobiska przedstawiono na rysunku nr 3.

DANE DO PROJEKTU

Kształt pola ilustruje rysunek 3.
Głębokość wkopu z płytszej strony H=12[m].
Grubość warstwy humusu g=0,4[m].
Kąt pochylenia terenu
.
Rodzaj gruntu glina piaszczysta.

WYKONANIE PROJEKTU

1.Projektowanie spychania przypowierzchniowej warstwy humusu.

Przypowierzchniową warstwę stanowi humus o miąższości 0,4m, który spychany jest odpowiednio:

z pola I i II zgarniamy na boki ( w kierunku poprzecznym do nachylenia terenu )
z pola III, IV spychamy na dół ( wzdłuż nachylenia terenu ).

Całkowita objętość spychanej warstwy wynosi 8022,32 [m³], a objętości poszczególnych pól wynoszą odpowiednio:

-pole I -2369,0 [m³],

-pole II -2168,56 [m³],

-pole III -1697,64 [m³]'

-pole IV -1787,12 [m³].

Schemat spychania przedstawiony jest na rysunku nr 4.

Dobór spycharki.

Do pracy przyjęto spycharkę o następujących parametrach:

szerokość lemiesza B=4,2m

wysokość lemiesza H=1,35

prędkość jazdy spycharki podczas pchania gruntu V₁=3km/h

prędkość jazdy spycharki podczas powracania V₂=7km/h.

Rys.4. Schemat spychania przypowierzchniowej warstwy humusu.

Wyznaczenie pojemności lemiesza.

Pojemność lemiesza wyznaczono na podstawie wzoru:

gdzie
- kąt naturalnego usypu humusu, który dla suchego humusu wynosi 40

zatem:

1.a. Wyznaczenie czasu potrzebnego do całkowitego zepchnięcia warstwy humusu.

POLE I

Długość cyklu, czas cyklu spycharki.

Spychanie humusu z pola I realizujemy na trzy cykle ,

L=25,0975m, jest to długość przemieszczania gruntu. Jest to odległość od środka ciężkości gruntu w caliźnie do środka ciężkości w utworzonej pryźmie. Przyjęto, że długość L jest średnią drogą, jaką pokonuje spycharka podczas przemieszczania gruntu.

Czas czynności zmiennych spycharki wyniesie:

Tzm.=

Tzm.=0,717 [min].

wówczas, przy założeniu czynności stałych Tst=0,33 min czas całkowity wyniesie:

Tc=0,33+0,717=1,047 [min].

Teraz należy obliczyć czas spychania na długości 0,5L:

0,5L=12,548m,

Tzm.=0,358min.

Tc=0,688min.

Wydajność spycharki.

Wydajność eksploatacyjną spycharki wyznaczono ze wzoru:

gdzie:

k_n=0.9- współczynnik napełnienia

k_i=1- współczynnik nachylenia terenu

k_ps=1-0,02*L- współczynnik przesypu

k_c=0,8- współczynnik wykorzystania czasu pracy

Dla długości L=25,096m:

k_ps=1-0,02*25,096

k_ps=0,5 wówczas

Dla długości 0,5L=12,548m:

k_ps=1-0,02*12,548

k_ps=0,75 wówczas

Czas realizacji spychania do zwału.

Z uwagi na fakt, że spychanie realizujemy na trzy cykle mamy trzy różne czasy spychania materiału do wysokości zwału. Są one zależne od objętości spychanego materiału (tzn. w drugim cyklu mamy do zepchnięcia materiał z poprzedniego cyklu, oraz materiał z cyklu bieżącego). Wraz ze zmianą objętości następuje zmiana wydajności spychania. Mamy zatem:

gdzie:

k_r- współczynnik rozluźnienia

b- średnia szerokość pola eksploatacyjnego

gdzie:

Sb=15,0975- strefa bezpieczeństwa.

Czas realizacji zwału.

Tzm.=

Tzm.=
0,2988 [min],

Tc=0,33+0,2988=0,6288 [min],

k_ps=1-0,02*10,23,

k_ps=0,8 wtedy:

Czas potrzebny do zepchnięcia całkowitej objętości humusu dla warunków pola I.

POLE II

Długość cyklu, czas cyklu spycharki.

Spychanie humusu z pola II realizujemy na trzy cykle ,

L=21,80m, jest to długość przemieszczania gruntu. Jest to odległość od środka ciężkości gruntu w caliźnie do środka ciężkości w utworzonej pryźmie. Przyjęto, że długość L jest średnią drogą, jaką pokonuje spycharka podczas przemieszczania gruntu.

Czas czynności zmiennych spycharki wyniesie:

Tzm.=

Tzm.=0,622 [min].

wówczas, przy założeniu czynności stałych Tst=0,33 min czas całkowity wyniesie:

Tc=0,33+0,622=0,952 [min].

Teraz należy obliczyć czas spychania na długości 0,5L:

0,5L=10,9m,

Tzm.=0,311min.

Tc=0,641min.

Wydajność spycharki.

Wydajność eksploatacyjną spycharki wyznaczono ze wzoru:

gdzie:

k_n=0.9- współczynnik napełnienia

k_i=1- współczynnik nachylenia terenu

k_ps=1-0,02*L- współczynnik przesypu

k_c=0,8- współczynnik wykorzystania czasu pracy

Dla długości L=21,80m:

k_ps=1-0,02*21,80

k_ps=0,564 wówczas

Dla długości 0,5L=10,9m:

k_ps=1-0,02*10,9

k_ps=0,782 wówczas

Czas realizacji spychania do zwału.

Czas realizacji spychania obliczamy analogicznie, jak w przypadku pola I.

gdzie:

k_r- współczynnik rozluźnienia

b- średnia szerokość pola eksploatacyjnego

gdzie:

Sb=10,3- strefa bezpieczeństwa.

Czas realizacji zwału.

Tzm.=

Tzm.=
0,26 [min],

Tc=0,33+0,26=0,59 [min],

k_ps=1-0,02*9,23

k_ps=0,81

Czas potrzebny do zepchnięcia całkowitej objętości humusu dla warunków pola II.

POLE III

Długość cyklu, czas cyklu spycharki.

Spychanie humusu z pola II realizujemy na trzy cykle ,

L=21,8625m, jest to długość przemieszczania gruntu. Długość L przyęto analogicznie jak dla pola I, oraz II.

Czas czynności zmiennych spycharki wyniesie:

Tzm.=

Tzm.=0,624 [min].

wówczas, przy założeniu czynności stałych Tst=0,33 min czas całkowity wyniesie:

Tc=0,33+0,624=0,954 [min].

Teraz należy obliczyć czas spychania na długości 0,5L:

0,5L=10,93m,

Tzm.=0,312min.

Tc=0,642min.

Wydajność spycharki.

Wydajność eksploatacyjną spycharki wyznaczono ze wzoru:

gdzie:

k_n=0.9- współczynnik napełnienia

k_i=1- współczynnik nachylenia terenu

k_ps=1-0,02*L- współczynnik przesypu

k_c=0,8- współczynnik wykorzystania czasu pracy

Dla długości L=21,8625m:

k_ps=1-0,02*21,8625

k_ps=0,56 wówczas

Dla długości 0,5L=10,93m:

k_ps=1-0,02*10,93

k_ps=0,782 wówczas

Czas realizacji spychania do zwału.

Czas realizacji spychania obliczamy analogicznie, jak w przypadku pola I.

gdzie:

k_r- współczynnik rozluźnienia

b- średnia szerokość pola eksploatacyjnego

gdzie:

Sb=8,55- strefa bezpieczeństwa.

Czas realizacji zwału.

Tzm.=

Tzm.=
0,16 [min],

Tc=0,33+0,16=0,46 [min],

k_ps=1-0,02*5,947

k_ps=0,88

Czas potrzebny do zepchnięcia całkowitej objętości humusu dla warunków pola III

POLE IV

Długość cyklu, czas cyklu spycharki.

Spychanie humusu z pola IV realizujemy na dwa cykle ,

L=21,80m, jest to długość przemieszczania gruntu. Długość L przyje™o analogicznie jak dla warunków pola I, II, IV.

Czas czynności zmiennych spycharki wyniesie:

Tzm.=

Tzm.=0,79 [min].

wówczas, przy założeniu czynności stałych Tst=0,33 min czas całkowity wyniesie:

Tc=0,33+0,79=1,12 [min].

Teraz należy obliczyć czas spychania na długości 0,5L:

0,5L=13,84m,

Tzm.=0,395min.

Tc=0,725min.

Wydajność spycharki.

Wydajność eksploatacyjną spycharki wyznaczono ze wzoru:

gdzie:

k_n=0.9- współczynnik napełnienia

k_i=1- współczynnik nachylenia terenu

k_ps=1-0,02*L- współczynnik przesypu

k_c=0,8- współczynnik wykorzystania czasu pracy

Dla długości L=27,675m:

k_ps=1-0,02*27,675

k_ps=0,45 wówczas

Dla długości 0,5L=13,84m:

k_ps=1-0,02*13,84

k_ps=0,783 wówczas

Czas realizacji spychania do zwału.

Czas realizacji spychania obliczamy analogicznie, jak w przypadku pola I.

gdzie:

k_r- współczynnik rozluźnienia

b- średnia szerokość pola eksploatacyjnego

gdzie:

Sb=6- strefa bezpieczeństwa.

Czas realizacji zwału.

Tzm.=

Tzm.=
0,2 [min],

Tc=0,33+0,2=0,53 [min],

k_ps=1-0,02*7,02

k_ps=0,86

Czas potrzebny do zepchnięcia całkowitej objętości humusu dla warunków pola IV.

Czas potrzebny do zepchnięcia humusu z pól I, II ,III, IV jest równy:

T=T_I+T_II+T_III+T_IV

T=56,78+43,09+17,44+32,9

T=150,21 [h]

Z obliczeń wynika, że prace związane ze spychaniem warstwy humusu będą trwały dziewięć dni, co przy wstępnym założeniu, że nie mogą przekraczać 10 dni świadczy o dobrej organizacji pracy i odpowiedniej wydajności spychania.

1.a. Zaprojektowanie spychania przypowierzchniowej warstwy humusu z terenu drogi dojazdowej.

Powierzchnię humusu znajdującą się na drodze dojazdowej spychamy na środkową część drogi, realizując 4 cykle spychania o długości 30m każdy ze strony prawej na lewą, oraz 4 cykle ze strony lewej na prawą.

Czas realizacji spychania od strony prawej:

Dla długości 0,5L=15m:

T ^0,5zm.=

T ^0,5zm.=
0,42 [min],

T ^0,5c=0,33+0,42=0,75 [min],

k_ps=1-0,03

k_ps=0,7

Dla długości L=30m:

k_ps=0,4

T zm.=

T zm.=0,85 [min],

T ^0,5c=0,33+0,85=1,18 [min],

Objętości spychanego materiału:

V₁=168,36m³

V₂=212,28m³

V₁=256,2m³

V₄=300,12m³

Czas realizacji spychania od strony lewej:

Dla długości 0,5L=15m:

k_ps=1-0,03

k_ps=0,7

T ^0,5zm.=

T ^0,5zm.=
0,42 [min],

T ^0,5c=0,33+0,42=0,75 [min]

Dla długości L=30m

k_ps=0,4

T zm.=

T zm.=0,85 [min],

T ^0,5c=0,33+0,85=1,18 [min],

Objętości spychanego materiału:

V₅=475,8m³

V₆=431,88m³

V₇=387,96m³

V₈=344,04m³

Czas zepchnięcia humusu na środek drogi wynosi:

T_p=T_I+T_II=44,21+21,56=65,77 [h], co w przeliczeniu na szesnastogodzinny dzień pracy jest równe czterem dniom spychania.

Powierzchnia miejsca na które spychamy humus ze środka drogi:

P=40*30+2(0.5*2*40)=1280 m²

Grubość humusu:

Objętość zwału:

V_zwału=1m*2,013*1,22*22=54,028 [m³]

Droga napychania:

L=22,79 [m]

k_ps=0,544

T zm.=

T zm.=0,6504[min],

T ^0,5c=0,33+0,6504=0,9804 [min],

Czas napychania humusu na zwał:

Zatem całkowity czas uformowania drogi i zrealizowanie zwału wynosi:

T=T_II+T_II+T^zwału=44,21+21,63+23,88=89,72 [h]

Uwzględniając szesnastogodzinny dzień pracy (2 zmiany), formowanie drogi i zrealizowanie zwału zajmie sześć dni.

2. Technologia pracy koparek.

Pracę koparek rozpatrywano na trzech poziomach eksploatacyjnych. Schemat podziału na poziomy uwidoczniony jest na rysunku 3 dołączonym do projektu.

Dane:

objętość urabianego materiału w caliźnie: V_gliny=107633 m³
ilość zmian 2
czas trwania jednej zmiany 8 h
czas realizacji wkopu: 22 dni (t=352 h)

Obliczenie wymaganej wydajności efektywnej Q_wym [m³/h]:

Założenia:

- do pracy przyjęto dwie koparki typu Caterpilar M5080

pojemność łyżki q= 4,2 m³
potrzebna wysokość przy urabianiu h_wym=6,97 m
kąt obrotu przy wyładunku 90⁰
klasa urabialności IV
optymalna wysokość urabiania koparką o pojemności 4.2m³, w skałach IV klasy urabialności wynosi h_opt=7,8m
wysokość urabiania w procentach wysokości optymalnej wynosi 111.9%
czas trwania cyklu koparki T_c=31 sekund

2.a. Poziom górny:

Na tym poziomie eksploatacja odbywa się na głębokości 0-10,2[m]. Aby ustalić współczynnik poprawkowy na kąt obrotu i wysokość obrotu (k_oh) należy poziom podzielić na dwie części o różnych wysokościach i dla każdej z nich wyznaczyć k_oh.. Należy uwzględnić fakt, że wysokość zmienia się w zależności od kąta pochylenia terenu, zatem wyznaczono wysokości średnie dla obydwu części. Mamy zatem:

h=2,6[m] wtedy k_oh1=0,5

h=7,9[m] wtedy k_oh2=0,5

następnie wyznaczamy

Obliczenie wydajności efektywnej koparki Q_c:

gdzie:

q=4,2- pojemność czerpaka
k_w=1,2-współczynnik wypełnienia naczynia
k_o,h- współczynnik poprawkowy na kąt obrotu i wysokość obrotu
k_m=1- współczynnik łatwości spływania materiału
k_wt=0,8- współczynnik współpracy ze środkami transportu
k_r=1,22- współczynnik rozluźnienia

Na podstawie wyznaczonej wydajności efektywnej jednej z koparek zauważamy, że wymagana wydajność zostanie zrealizowana jeżeli do pracy przyjmiemy dwie koparki.

Obliczenie czasu realizacji:

2.b. Poziom środkowy:

Na długości 58,7m urabiamy ze stałą wysokością 8m. dla tej wysokości ustalamy zależność h/h_opt, następnie odczytujemy wartość k_oh. Mamy zatem: k_oh1=0,93.

Na długości 31,3 urabiamy na zmiennej wysokości od 2,9m do 8m. Średnia wysokość urabiania to5.25m dla której k_oh2=0,91. Średnie k_oh policzone zostało w następujący sposób: k_oh=(k_oh1*3+k_oh2*1)/4=0,925.

Obliczenie wydajności efektywnej koparki Q_c:

Obliczenie czasu realizacji:

2.c. Poziom dolny:

Obliczenie wydajności efektywnej koparki Q_c:

Obliczenie czasu realizacji:

Całkowity czas realizacji:

Całkowity czas realizacji wynosi 352h, co w przeliczeniu na dni daje nam 22 dni, zatem zadanie zostało wykonane w wyznaczonym terminie.

3. Układ transportowo- samochodowy.

3.a. Średnia pojemność skrzyni, ciężar skały w czerpaku, ilość wysypów, wykorzystanie ładowności skrzyni i pojemności samochodu.

Dane:

V_sk=26m³, jest to pojemność geometryczna skrzyni
V_n=34,1m³, teoretyczna pojemność nasypowa
P=52,6t, ładowność samochodu

Obliczenie średniej pojemności skrzyni:

gdzie:
-współczynnik ładowności odczytany z tabeli

Obliczenie ciężaru skały w czerpaku:

I=4,2m³ pojemność geometryczna czerpaka
k_n=0,85 współczynnik napełnienia czerpaka w skałach IV klasy
=1,54 T/m³ ciężar objętościowy materiału urobionego w caliźnie
k_z=0,87 współczynnik zagęszczenia urabianego materiału
k_r=1,22 współczynnik rozluźnienia skały w czerpaku
współczynnik rozluźnienia skały w naczyniu wynosi:

wówczas ciężar skały w czerpaku wyniesie:

Obliczenie objętości skały w czerpaku przeliczonej na rozluźnienie w skrzyni samochodu:

Wyznaczenie potrzebnej liczby wysypów do napełnienia skrzyni:

Zagadnienie to rozpatrujemy ze względu ilości wysypów na ładowność i pojemność.

ze względu na ładowność ilość wysypów obliczamy ze wzoru:

ze względu na pojemność mamy wzór:

Przyjęto 8 wysypów.

Współczynnik wykorzystania pojemności samochodu.

Średni ciężar ładunku wynosi:

wtedy współczynnik wykorzystania pojemności samochodu jest równy:

Współczynnik wykorzystania ładowności skrzyni:

Ciężar całkowity ładunku wynosi:

wówczas współczynnik wykorzystania ładowności :

Współczynniki wykorzystania są stosunkowo wysokie, zatem dobór samochodu jest prawidłowy.

3.b. Cykl pracy samochodu.

Całkowity cykl pracy samochodu obliczamy na podstawie poniższego wzoru:

T_c=t₁+t₂+t₃+t₄ [min]

Występujące we wzorze czasy obliczamy następująco:

Czas podstawiania i załadunku t₁:

t₁=t₁₀+t₁₁+t₁₂,

Czas dojazdu od drogi transportowej do miejsca załadunku t₁₀

gdzie:

L₁₀=0,06[km], jest to długość drogi dojazdu

V_a=10[km/h] prędkość wejściowa dobierana wg tabeli

Czas manewrowania i podstawienia samochodu pod załadunek t₁₁

Czas ładowania t₁₂

gdzie:

Q- osiągana wydajność załadunku [m³/h]

Całkowity czas załadunku i podstawiania wynosi:

t₁=4,33+0,25+0,72=5,3[min].

Czas jazdy z ładunkiem t₂:

Czas dojazdu do drogi transportowej t₂₀

gdzie:

L₂₀=0,06[km], jest to długość drogi dojazdu

k₂₀=0,84 współczynnik odległości

Czas jazdy drogą transportową t₂₁

typ drogi: tłuczniowa
jednostkowy opór jazdy w₀=40[kg/t]
współczynnik warunków jazdy k₁₀=1,0
długość odcinka L_a=0,06[km]
ciężar samochodu pustego P_n=39,396[t]
ciężar samochodu z ładunkiem P_b=70,756[t]
moc silnika N=682[KM]
sprawność układu napędowego
wznios a=0%

Uwzględniając opory powietrza i niedokładność wzorów zastosowano współczynnik korekcyjny k_p=0,7, przez który przemnożono uzyskaną wartość V_m.

wówczas:

Czas jazdy po rampie t₂₂

w₀=15[kg/t]
a=5%
L_b=240[m]

Czas jazdy od odkrywki do placu składowego t₂₃

w₀=15[kg/t]
a=4%
L_c=1000[m]

Czas jazdy z ładunkiem po zwałowisku t₂₄

w₀=150[kg/t]
a=0%
L_d=150[m]

Całkowity czas jazdy z ładunkiem t₂=0,84+0,105+0,44+2,11+0,86=4,355[min]

Czas wyładunku i zawracania t₃:

Dojazd od drogi transportowej do miejsca załadunku t₃₀ uwzględniono już we wcześniejszych obliczeniach jako t₂₄, dlatego teraz t₃₀=0.

Manewrowanie przy wyładunku t₃₁.

Przyjęto wyładunek pod kątem 90⁰ i w otwartym terenie, dla takich warunków czas ten wynosi:

Czas wyładunku t₃₂

Wyładowywany materiał jest dość trudno wysypujący się, dlatego czas wyładunku wynosi:

Całkowity czas wyładunku i nawracania

t₃=0+0,4+0,67=1,07[min]

Czas jazdy pustym samochodem t_4:

Czas jazdy samochodem bez ładunku obliczono korzystając z tych samych wzorów, z których wyznaczaliśmy czas jazdy samochodu z ładunkiem. Zmianie uległa jednak masa samochodu, oraz kolejność odcinków i znaki nachyleń.

Czas jazdy z ładunkiem po zwałowisku t₄₄