1. Cel projektu

Celem było zaprojektowanie prac związanych z wykonaniem wkopu. Należy wybrać urobek o pewnej objętości w ciągu 22 dni (miesiąc pracy) w ośmiogodzinnym czasie pracy. Do tego czasu nie wlicza się czynności związanych ze spychaniem przypowierzchniowej warstwy humusu. Poniżej humusu znajduje się warstwa gliny należąca do IV klasy urabialności. Projekt składa się z dwóch zasadniczych części:

• spychanie warstwy humusu

• wybieranie gliny koparkami

• transport urobionego materiału

Geometrię planowanego wyrobiska przedstawia rysunek dołączony do projektu.

1. Projektowanie spychania warstwy przypowierzchniowej

Przypowierzchniową warstwę stanowi humus o miąższości 0,4m. Zadaniem spycharki jest zepchnięcie tego gruntu. Ze względów ekonomicznych zalecane jest aby prace związane ze spychaniem gruntu nie trwały dłużej niż 10 dni. Całą powierzchnię podzielono na trzy pola. Humus z pół I i II będzie zgarniany na boki (w poprzek w stosunku do nachylenia terenu) a z pola III koparka zgarniać będzie z góry na dół (wzdłuż nachylenia terenu). Schemat planowanej eksploatacji pokazany jest na rysunku dołączonym do projektu. Całkowita objętość spychanej warstwy wynosi 5948. Objętości dla poszczególnych pól wynoszą:

• pole I - 1600 m³

• pole II - 1600 m³

• pole III - 2800 m³

Wyznaczono wydajność spycharki

• Objętość lemiesza

Przyjęto do pracy spycharkę o wymiarach lemiesza

B=3,8 m

H=1,2 m

Dla suchego humusu kąt naturalnego usypu wynosi

Zatem objętość lemiesza

• Czas cyklu spycharki

gdzie:

- T_st=20s=0,33 min- czynności stałe (czas zmiany biegu, zmiany kierunku jazdy, podnoszenia i opuszczania lemiesza). Przyjęto, że czas stałych czynności 20s

-T_zm - czynności zmienne

• dla I,II pola

przyjmując, że:

- prędkość jazdy spycharki podczas pchania gruntu

- prędkość jazdy spycharki podczas powracania

- długość drogi przemieszczania gruntu. Jest to odległość od środka ciężkości gruntu w caliźnie do środka ciężkości w utworzonej pryzmie. Przyjęto, że długość l, jest średnią drogą jaką pokonuje spycharka podczas przemieszczania gruntu.

• dla pola III

Całkowity czas cyklu

• dla I,II pola

• dla pola III

• Wydajność spycharki

Wyznaczono wydajność eksploatacyjną spycharki przy przemieszczaniu gruntu

• dla warunków pola I i II

- współczynnik napełnienia

- współczynnik pochylenia terenu (poziomo)

- współczynnik przesypu

- współczynnik wykorzystania czasu pracy

• dla warunków pola III

- współczynnik napełnienia

- współczynnik pochylenia terenu

- współczynnik przesypu

- współczynnik wykorzystania czasu pracy

• Czas potrzebny do wykonania zadania spycharki

• czas potrzebny do zepchnięcia humusu z pola I i II

• czas potrzebny do zepchnięcia humusu z pola III

• czas potrzebny do zepchnięcia całkowitej objętości humusu

Z obliczeń wynika, że spychanie warstwy humusu będzie trwało 8 dni w ośmiogodzinnym cyklu pracy. Przy założeniu, że prace te nie mogą trwać więcej niż 10 dni jest to wydajność zadowalająca.

3. Dobór koparek

Do tego typu eksploatacji najlepiej nadają się koparki jednonaczyniowe przedsiębierne. Znając objętość planowanego wkopu można dobrać koparkę o odpowiedniej wydajności.

Założono, że będzie to koparka o pojemności geometrycznej łyżki 5m³. Wydajność urabiania koparką łyżkową materiału rozluźnionego określa się wzorem:

gdzie:

J = 5 m³ - pojemność geometryczna naczynia,

k_w = 0,85 - współczynnik wypełnienia dla przyjętego gruntu,

k_r = 1,25 - współczynnik rozluźnienia dla przyjętego gruntu,

k_m =0,9- współczynnik urabialności i łatwości spływania dla przyjętego gruntu,

k_o = 0,99 - współczynnik poprawkowy na kąt obrotu i wysokość urabiania.

Współczynnik ten wyznaczono z odpowiedniego nomogramu znając h_p=7,8m (wysokość piętra) i odczytując h_opt=8m (optymalna wysokość urabiania danej koparki odczytana z nomogramu). Znając stosunek
, oraz zakładając, że kąt obrotu koparki przy załadunku wynosi 90^o odczytano wartość wsp. k_o.

k_c=0,8 - współczynnik wykorzystania czasu związany z współpracą z samochodowym środkiem transportu

Tc = 32 s - czas cyklu pracy koparki o zadanej pojemności łyżki dla przyjętego gruntu odczytany z odpowiedniego nomogramu

Zatem

Całkowita objętość wybranego materiału równa jest V_c=94326 m³. Po podzieleniu przez 176 godzin otrzymano wymaganą wydajność Q_w=536 m³. Wynika zatem, że przy jednoczesnej pracy dwóch koparek uzyska się wymaganą wydajność. Dla dwóch koparek wydajność ta wynosi Q_s=540 m³/h.

Ostatecznie przyjęto równoległą pracę dwóch koparek o pojemności łyżki 5m³.

4. Dobór samochodu transportującego urobek

Łatwo dostępnym do wypożyczenia na okres jednego miesiąca był samochód „BIEŁAZ 540”. Pojazd ten charakteryzuje się parametrami:

• ładowność P = 27t

• pojemność geometryczna skrzyni V_g = 15 m³

• pojemność teoretyczna nasypowa V_n = 18 m³

• współczynnik ładowności skrzyni k_ns =0,8

• Pojemność średnia skrzyni

• Ciężar gliny w czerpaku

Dla parametrów dla przyjętych koparek oraz przyjętego gruntu IV klasy urabialności

J = 5 m³

k_w = 0,85

γ = 1,54 t/m³

k_z = 0,87 (wsp. zagęszczenia gliny)

k_rs = k_r=1,25

Wyznaczono współczynnik rozluźnienia skały w usypie

Zatem ciężar gliny w czerpaku wynosi

• Objętość gliny w czerpaku wyrażona w caliźnie

• Objętość skały w czerpaku przeliczona na rozluźnienie w skrzyni samochodu

• Potrzebna liczba wysypów ze względu na ładowność

• Potrzebna liczba wysypów ze względu na pojemność

Ostatecznie przyjęto 4 wysypy

• Współczynnik wykorzystania pojemności samochodu

Średni ciężar ładunku wynosi

zatem

w_v=1

• Współczynnik wykorzystania ładowności skrzyni

Średnia objętość ładunku wynosi

zatem

w_p=0,67

Współczynnik wykorzystania pojemności jest korzystniejszy od współczynnika wykorzystania ładowności. Jednak takie wykorzystanie ładowności przy całkowitym wypełnieniu skrzyni jest dopuszczalne. Przyjęto, że „Biełaz 540” może współpracować z przyjętymi wcześniej koparkami.

5. Wyznaczenie czasu cyklu pracy samochodu

5.1. Czas podstawiania i załadunku samochodu (t1)

• Dojazd do drogi transportowej od miejsca załadunku t₁₀

L₁₀ = 0,04 km - długość drogi dojazdu

V_e = 13 km / h - prędkość wejściowa

k₁₀ = 1,0 - współczynnik warunków jazdy

• Manewrowania i podstawiania samochodu pod załadunek t₁₁

Przyjęto podjazd pod kątem do 90⁰ do koparki, zatem czas t₁₁ wynosi

t₁₁=0,25 min

• Czas ładowania t₁₂

V_a = 14,4 m³ - średnia pojemność skrzyni samochodu

Q_s = 4,5 m³ / min - osiągana wydajność załadunku

Całkowity czas podstawienia i załadunku samochodu wynosi

t₁=3,82 m

5.2. Czas jazdy z ładunkiem (t₂)

• Dojazd do drogi transportowej t₂₀

L₂₀ = 40 m

k₂₀ = 1,0 - współczynnik odległości

• Czas jazdy na poziomie roboczym t₂₁

L_a = 0,04 km

w₀ = 50 kG /t - jednostkowy opór jazdy po drodze utwardzonej w przodku

k₁₀=1,0 - współczynnik warunków jazdy

a = 0,0%_o - wznios

P_n=21 t - ciężar samochodu pustego

P_ł=18,2 t -ciężar ładunku

P_b=39,2 - ciężar samochodu z ładunkiem

N=370 KM - moc silnika samochodu

η=0,75 - sprawność układu napędowego

przybliżona prędkość maksymalna jazdy na poziomie:

Uwzględniając opory powietrza i niedokładność wzorów zastosowano współczynnik korekcyjny k_p=0,7, czyli ostatecznie

zatem czas t₂₁ wynosi:

• Czas jazdy po spadku od poziomu roboczego do drogi dojazdowej do kopalni t₂₂

L_b = 0,08 km

w₀ = 15 kG /t

k₁₀=1,0

a = 111%_o - spadek

P_b=39,2 - ciężar samochodu z ładunkiem

N=370 KM - moc silnika samochodu

η=0,75 - sprawność układu napędowego

przybliżona prędkość maksymalna jazdy na poziomie

Uwzględniając opory powietrza i niedokładność wzorów zastosowano współczynnik korekcyjny k_p=0,8, czyli ostatecznie

zatem czas t₂₂ wynosi:

• Czas jazdy od odkrywki do placu składowego t₂₃

L_c = 0,6 km

w₀ = 20 kG /t

k₁₀=1,5

a = 50 %_o - spadek drogi

P_b=39,2 - ciężar samochodu z ładunkiem

N=370 KM - moc silnika samochodu

η=0,75 - sprawność układu napędowego

przybliżona prędkość maksymalna jazdy na poziomie:

Prędkość ta jest niemożliwa do osiągnięcia ponieważ maksymalna prędkość przyjętego samochodu na IV biegu wynosi 55 km/h. Do dalszych obliczeń przyjęto V_m=55km/h

Uwzględniając opory powietrza i niedokładność wzorów zastosowano współczynnik korekcyjny k_p=0,7, czyli ostatecznie

zatem czas t₂₃ wynosi:

Skorygowany czas

• Czas jazdy z ładunkiem po zwałowisku

Uwaga! Ponieważ zwałowisko znajduje się na poziomym terenie i nie ma specjalnych wjazdów, dlatego pominięto czas jazdy na odcinku rampy wjazdowej zwałowiska

L_d = 0,2 km

w₀ = 40 kG /t

k₁₀=1,0

a = 0,0 %_o - wznios

P_b=39,2 - ciężar samochodu z ładunkiem

N=370 KM - moc silnika samochodu

η=0,75 - sprawność układu napędowego

przybliżona prędkość maksymalna jazdy na poziomie:

Uwzględniając opory powietrza i niedokładność wzorów zastosowano współczynnik korekcyjny k_p=0,7, czyli ostatecznie

zatem czas t₂₄ wynosi:

Całkowity czas jazdy z ładunkiem wynosi:

Całkowity czas jazdy z ładunkiem t₂=2,37 min

5.3. Czas wyładunku i nawracania (t₃)

• Dojazd od drogi transportowej do miejsca załadunku t₃₀

Czas ten uwzględniono już wcześniej jako czas t₂₄. Ponieważ zwałowisko jest niewielkim placem dlatego wysyp urobku jest tuż przy drodze transportowej zwałowiska. Przyjęto zatem, że

t₃₀=0

• Manewrowanie przy wyładunku t₃₁

Przyjęto wyładunek pod kątem 90^o w terenie otwartym. Dla takich warunków czas ten wynosi:

t₃₁=0,4min

• Czas wyładunku t₃₂

Mamy do czynienia z materiałem trudno wysypującym się, zatem czas ten wynosi:

t₃₂=0,67min

Całkowity czas wyładunku nawracania

t₃=1,07 min

_{5.4.Czas jazdy pustym samochodem t4}

Czas jazdy bez ładunku (t₄)

Czas jazdy bez ładunku obliczono w ten sam sposób jak dla jazdy z ładunkiem, zmieniając masę samochodu (odjęto masę urobku), kolejności odcinków i znaki nachyleń.

• Czas jazdy bez ładunku po zwałowisku t₄₄

L_d = 0,2 km

w₀ = 40 kG /t

k₁₀=1,0

a = 0,0 %_o - wznios

P_n=21 t - ciężar samochodu pustego

N=370 KM - moc silnika samochodu

η=0,75 - sprawność układu napędowego

przybliżona prędkość maksymalna jazdy na poziomie:

Prędkość ta jest niemożliwa do osiągnięcia ponieważ maksymalna prędkość przyjętego samochodu na IV biegu wynosi 55 km/h. Do dalszych obliczeń przyjęto V_m=55km/h

Uwzględniając opory powietrza i niedokładność wzorów zastosowano współczynnik korekcyjny k_p=0,7, czyli ostatecznie

zatem czas t₄₄ wynosi:

• Czas jazdy od odkrywki do placu składowego t₄₃

L_c = 0,6 km

w₀ = 20 kG /t

k₁₀=1,5

a = 50 %_o - wznios drogi

P_n=21 t - ciężar samochodu pustego

N=370 KM - moc silnika samochodu

η=0,75 - sprawność układu napędowego

przybliżona prędkość maksymalna jazdy na poziomie:

Uwzględniając opory powietrza i niedokładność wzorów zastosowano współczynnik korekcyjny k_p=0,7, czyli ostatecznie

zatem czas t₄₃ wynosi:

Skorygowany czas

• Czas jazdy po wzniosie do poziomu roboczego od drogi dojazdowej do kopalni t₄₂

L_b = 0,08 km

w₀ = 15 kG /t

k₁₀=1,0

a = 111%_o - wznios

P_n=21 t - ciężar samochodu pustego

N=370 KM - moc silnika samochodu

η=0,75 - sprawność układu napędowego

przybliżona prędkość maksymalna jazdy na poziomie:

Uwzględniając opory powietrza i niedokładność wzorów zastosowano współczynnik korekcyjny k_p=0,8, czyli ostatecznie

zatem czas t₄₂ wynosi:

• Czas jazdy na poziomie roboczym t₄₁

L_a = 0,04 km

w₀ = 50 kG /t - jednostkowy opór jazdy po drodze utwardzonej w przodku

k₁₀=1,0 - współczynnik warunków jazdy

a = 0,0%_o - wznios

P_n=21 t - ciężar samochodu pustego

N=370 KM - moc silnika samochodu

η=0,75 - sprawność układu napędowego

przybliżona prędkość maksymalna jazdy na poziomie:

Prędkość ta jest niemożliwa do osiągnięcia ponieważ maksymalna prędkość przyjętego samochodu na IV biegu wynosi 55 km/h. Do dalszych obliczeń przyjęto V_m=55km/h

Uwzględniając opory powietrza i niedokładność wzorów zastosowano współczynnik korekcyjny k_p=0,7, czyli ostatecznie

zatem czas t₄₁ wynosi:

• Dojazd od drogi transportowej t₄₀

Czas ten równy jest czasowi t₂₀

Całkowity czas jazdy samochodu pustego

Całkowity czas jazdy pustym samochodem wynosi t₄=2,87 min

Potencjalny cykl transportu

Przyjęto, że T_p=10 min

6. Dobór liczby samochodów

• Wydajność zastosowanego samochodu

V_o=14,4 m³/h - średnia objętość ładunku

C_n=60/10=6 - liczba cykli na godzinę

• Wymagana liczba samochodów I przybliżenie

Q_p=2144 t/dzień - wymagany przewóz w ciągu ośmiu godzin pracy koparki

Q=86,4 m³/h - wydajność samochodu na godzinę

zatem szacunkowa liczba samochodów

• Wymagana liczba samochodów II przybliżenie

H₁=3,1 - szacunkowa liczba potrzebnych samochodów

d_f=1,08 - współczynnik zmęczenia kierowcy

d_a=1,15 - współczynnik dyspozycyjności

zatem potrzebna liczba samochodów

• Wymagana liczba samochodów w ruchu - III przybliżenie:

Q_s=270 m³/h- wydajność koparki bez uwzględnienia czasu oczekiwania na samochody

Q=86,4 m³/h- wydajność samochodu bez uwzględnienia czasu oczekiwania na załadunek

zatem potrzebna liczba samochodów w ruchu

Do współpracy z jedną koparką potrzeba 4 samochodów. Aby zapewnić dobry transport dla dwóch koparek przyjęto, że do wykonania zadania potrzeba 8 samochodów.

7. Opis technologii pracy

Pierwszym etapem będzie zebranie warstwy przypowierzchniowej przez spycharkę. Dobór spycharki oraz pracę spycharki opisano w punkcie 2. Następną czynnością jest praca koparek. Koparki będą pracować w systemie ścianowym urabiając najpierw jedno, później drugie, a na końcu trzecie piętro. Koparki będą wyrównywać pochyloną powierzchnię pozostawiając spąg piętra w płaszczyźnie pionowej. Po urobieniu drugiego piętra wykonana zostanie rampa zjazdowa dla samochodów o nachyleniu 5o. Teren nachylony jest pod kątem 10o. Prace koparek na pierwszym i drugim piętrze mają za zadanie wyrównanie powierzchni tereny do poziomu. Wkop o miąższości 6m wykonywany jest dopiero na trzecim piętrze. Ostateczna powierzchnia spągowa wkopu będzie płaska.

Projeky z eksploatacji złóż kopalin luźnych 3

---