Бульдозерная разработка многолетнемерзлой россыпи

ВВЕДЕНИЕРазработка россыпных месторождений – ведение добычных работ на россыпных месторождениях. Выполняются открытым (в т.ч. с применением средств гидромеханизации) и подземным способами. Особую специфику имеет дражная разработка россыпей. На современном этапе открытая разработка россыпей — наиболее распространённый способ, обеспечивающий максимальную полноту выемки полезных ископаемых, безопасность работ, возможность использования мощной, высокопроизводительной техники. Производится обычно при глубине залегания россыпи до 12-50 м. В зависимости от вида оборудования, применяемого на подготовительных и добычных работах, различают варианты открытой россыпных месторождений разработки: бульдозерную, экскаваторную, экскаваторно-бульдозерную, скреперную разработки.Комплекс процессов, входящих в открытую разработку россыпных месторождений, включает: предварительные работы — удаление в пределах горного отвода кустов и деревьев, технических и хозяйственных сооружений, снятие растительное слоя, планировку поверхности и др. с помощью бульдозеров, скреперов, корчевателей; подготовительные работы (открытые горно-подготовительные работы) — осушение, вскрытие россыпи, вскрышные работы, отвалообразование;добычные работы; восстановление поверхности и предохранение водоёмов от загрязнения.Задание на курсовой проект «бульдозерная разработка многолетнемерзлой россыпи»Состав курсового проектаВ состав курсового проекта входит:•выбор способа осушения россыпи и расчет объемов горно-подготовительных работ;•расчет эксплуатационных запасов песков, объемов торфов и среднего содержания золота в песках;•выбор способа вскрытия россыпи;•определение срока отработки и годовой производительности объекта;•выбор типа промывочной установки и места ее расположения;•определение размеров вскрышных и добычных блоков;•определение производительности горного оборудования на вскрышных и добычных работах с предварительным выбором способов выемки и систем вскрышных и добычных работ;•план россыпи (формат А1) с указанием размеров россыпи и отдельных блоков, размещение обогатительных установок, горного оборудования и отвалов, схема водоснабжения.Исходные данные1.Район залегания россыпи – Сусуманский.2.Средневзвешенная крупность частиц пород, слагающих пласт торфов – 0,07 мм.3.Средний уклон долины – 0,008.4.Ширина россыпи по геологическим данным – 500 м.5.Длина россыпи по геологическим данным – 1000 м.6.Мощность торфов по геологическим данным – 10 м.7.Мощность пласта песков по геологическим данным – 2,8 м.8.Среднее содержание золота в песках – 900 мг/м3.9.Ситовой состав золота:Таблица 1№ п/пСитовой состав золотаКоличество, %1– 10 + 5132– 5 + 2,4153– 2,4 + 1,2204– 1,2 + 0,7195– 0,7 + 0,5156– 0,5 + 0,22810.Пески – средней промывистости, не содержат валунов.2. Выбор способа осушения россыпи и расчет объемов горно-подготовительных работОсушение – комплекс мероприятий по перехвату поверхностных и грунтовых вод и их отводу от разрабатываемого участка месторождения.Для эффективного ведения горных работ и сокращения затрат на разработку на обводненных россыпях предварительно проводят работы по осушению, целью которых является предотвращение возможности попадания в разрез сточных (поверхностных, атмосферных) и грунтовых вод путем отвода их по канавам или откачки из разреза.Канавы по своему назначению могут быть:нагорными;руслоотводными;водосборными (разрезными);водосточными.Нагорная канава (рис.1.) предназначена для сбора и отвода всех поверхностных и грунтовых вод, поступающих с участков, расположенных на склоне выше месторождения. Канаву проводят обычно при помощи бульдозеров, используемых на вскрышных работах. Их глубина составляет 0,3 – 0,5 м, а ширина понизу соответствует ширине отвала бульдозера. Рис. 1. Поперечный разрез нагорной канавы:b – ширина канавы по низу; h – глубина канавы; α – угол откоса стенки канавы.Длина канавы Lk равна длине россыпи Lр, т.е. Lk =1000 м. Примем глубину канавы h = 0.4 м, угол откоса борта канавы α = 45°.Проходку канавы будем проводить бульдозером Д-355, ширина канавы соответствует ширине отвала бульдозера, b = 3,03 м.Объем работ по проходке нагорной канавы составляет:Vk = Sk ∙Lk (м3),где: Sk– площадь поперечного сечения канавы, м2.Sk=a+b2∙h=b+2∙0.4tg45°+b2∙0.4=1,37 (м2),где: a-ширина канавы по поверхности, м.Тогда, объем горных пород, вынутых для создания нагорной канавы, будет равен:Vk = Sk ∙Lk=1,37∙1000=1370 (м3).Водосборные (или разрезные) канавы проводятся непосредственно внутри разреза. Они предназначены для сбора воды, поступающей в разрез с поверхности, а также из бортов разреза в результате фильтрации или оттаивания мерзлых пород. Глубина этих канав 0,3 – 0,4 м. Расчета работ по их проведению не выполняют, так как их объем учитывают в общем объеме выемки (соответственно песков или торфов).Водосточная канава служит для отвода воды из разреза на поверхность. Ее подводят к месту полигона с наиболее низким залеганием плотика и заглубляют в плотик не менее чем на 0,5 м с уклоном, меньшим уклона долины, обеспечивающим движение воды самотеком. Длина водосточной канавы определяется геометрически по формуле:Lk=Hp+ZI-i=10+2,8+0.50.008-0.002=2217м,где: Hp- глубина россыпи, м; Z- углубление канавы в плотик, м; - уклон долины; - уклон канавы.Уклон водосточных канав составляет обычно i = 0,002.Объем работ по проходке водосточной канавы можно рассчитать по формуле:V=12∙b∙hk+hk2m∙Lk=12∙3,03∙12,8+0.5+12,8+0.522∙2217==142713 (м3),где: hk- глубина канавы, м; m-заложение канавы для песчаных пород 2-2.5.Этот способ осушения применяют в тех случаях, когда затраты на проходку канавы меньше эксплуатационных расходов на использование насосов. Такие условия обеспечиваются при глубине разреза не более 5-6 м или при значительном уклоне долины, а также при отсутствии скальных пород по трассе канавы. В связи с тем, что уклон россыпи незначительный и велики затраты на проведение водосточной канавы целесообразней применить насос.3. Выбор и обоснование способа вскрытия месторожденияВыбор способа вскрытия месторождения производится по мощности торфов. При мощности торфов от 6 м целесообразно использовать комбинированный способ вскрытия (выемка торфов производится бульдозером, а перемещение торфов в отвал осуществляется экскаватором-драглайном).В комплексе, состоящем из бульдозера и экскаватора-драглайна, бульдозер занят на послойной выемке пород, а экскаватор используется на отсыпке отвала. Этот комплекс применяется на вскрышных работах при разработке многолетнемерзлых россыпей, имеющих значительную ширину и глубину более 6 м. При этом глубина залегания не должна превышать возможной глубины черпания экскаватора. Целесообразно, чтобы производительности бульдозеров и экскаватора были равны. Если длина россыпи достаточно велика, то допустимо некоторое отставание отвалообразования от выемки пород бульдозером. То есть производительность бульдозеров должна быть не менее производительности экскаватора. Обратный вариант, когда производительность экскаватора выше производительности бульдозеров применять нельзя, так как наиболее дорогостоящая машина в комплексе (экскаватор) должна работать без технологических простоев.Бульдозер при этом способе вскрытия (его еще называют способ вскрытия без выработок) работает только внутри разреза, за счет чего сокращается расстояние перемещения пород и, следовательно, возрастает его производительность. Среднее расстояние транспортирования торфов бульдозером можно принимать равным половине ширины полосы, с которой торфа транспортируются к борту разреза. Экскаватор черпает уже разрыхленную породу и также развивает высокую производительность.(рис.2).Рис. 2. Вскрытие комплексом горных машин с созданием навала породыу борта разреза.Вариант вскрытия комплексом горных машин с созданием навала породы у борта разреза наиболее прост. Бульдозер производит выемку породы и транспортирует ее к борту разреза с образованием навала. Экскаватор-драглайн, двигаясь вдоль борта разреза, вынимает породы из навала и перемещает их в отвал на борту разреза. 4. Расчет эксплуатационных запасов песков, объемов торфов и среднего содержания золота в песках4.1. Расчет эксплуатационных запасов песковОбъем песков, подлежащих промывке (рис. 3):Vп=Vб+Vр+Vз+Vбо-Vц ,где: Vб- объем балансовых запасов, м3;Vр-объем торфов в предохранительной рубашке, м3;Vз-объем задирки плотика, м3;Vбо- объем торфов в боковых откосах, м3 (объем 2);Vц- объем песков, оставляемых в различных целиках, м3.Рис. 3. Схема к расчету эксплуатационных запасов песков:Нт – мощность торфов; hр- мощность предохранительной рубашки;hп – мощность пласта песков; hз – глубина задирки плотика; α – угол откоса борта разреза.Объем балансовых запасов песков:Vб=Bр∙Lр∙hп=500∙1000∙2,8=1 400 000 (м3), где: Bр-ширина россыпи, м; Lр-длина росыпи, м; hп-мощность пласта песков, м.Предохранительная торфовая «рубашка» оставляется поверх пласта песков. Она предназначена для предотвращения потерь ценного полезного ископаемого вместе с торфами. Мощность предохранительной рубашки зависит от степени выдержанности пласта песков по мощности, равномерности его залегания, используемой на вскрышных работах техники. При бульдозерной разработке мощность предохранительной рубашки составляет 0,2 м. Предохранительная рубашка вынимается вместе с песками и ее объем соответственно входит в объем песков.Объем торфов в предохранительной «рубашке»:Vр=Bр∙Lр∙hр=500∙1000∙0,2=100 000 (м3), где: hр- мощность предохранительной «рубашки», м.Задирка плотика (процесс выемки верхней разрушенной части плотика) составляет не менее 0,1 м.Объем пород при задирке плотика:Vз=Bр∙Lр∙hз=500∙1000∙0,1=50 000(м3), где: hз-глубина задирки плотика, м.Объем торфов в боковых откосах:VБО=2∙12∙hБО2∙Lр=2∙12∙(2,8+0,2)2∙1000=9 000 м3,где: hБО=hп+hр.Отсюда, объем песков, подлежащих промывке, будет составлять:Vп=Vб+Vр+Vз+Vбо-Vц=1 400 000+100 000+50 000+9000-0==1 559 000 м3.4.2. Определение объема работ по вскрыше торфовФактический объем работ по вскрыше торфов (Vт) всегда существенно отличается от геологического, установленного подсчетом запасов. Это происходит за счет законтурных выемок, объема торфов в «предохранительной рубашке», а в некоторых случаях за счет породы оставляемой в охранных целиках.Vт=Vг+Vзв-Vр (м3),где: Vг – геологический объем торфов, м3;Vзв – объем законтурных выемок, м3;Vр – объем торфов в «рубашке», м3.Vг=Bр∙Lр∙H=500∙1000∙10=5 000 000 м3,где: Bр – ширина россыпи, м;Lр – длина россыпи, м;H – мощность торфов. Объем законтурных выемок складывается из объема откосов (объем 1), и объема выездов: Vзв=2∙ctgα∙hп+hp+ctgα∙HT+hп2∙HT-hр∙Lр==2∙ctg45°∙10+0,2+ctg45°∙10+2,82∙10-0,2∙1000== 225 400 (м3),Отсюда, фактический объем работ по вскрыше торфов будет равенVт=Vг+Vзв-Vр =5 000 000+225 400-100 000 =5 125 400 м3.4.3. Расчет среднего содержания золота в пескахИсходя из среднего содержания золота в балансовых запасах песков, которое по геологическим данным для данного месторождения равно mБ = 900 мг/м3, находим содержание золота в россыпи:К=Vб∙mБ=1 400 000∙900=1260∙106 мг.Разубоживание будет равно:Р=Vр+VБО+VзVп∙100%=100 000+9 000+50 0001 559 000∙100%=10 % .То есть среднее содержание золота в добытых песках снизится до 1131∙106 мг.Средний коэффициент вскрыши будет равен:Кср=VвпVк=Vp+Vт+VБО+VзVб=3,77 м3м3,где: Vвп-объем вскрышных пород в контурах карьера, м3; Vк-запасы песков в контурах карьера, м3.5. Выбор промывочной установки и места ее расположенияВыбор типа промывочной установки должен производиться с учетом объема промываемых песков с одной стоянки промприбора, количества и крупности содержащегося в них полезного ископаемого и степени промывистости песков.Пользуясь таблицей 13.1 [1, с. 7] и зная ситовую характеристику золота, можно рассчитать извлечение золота по каждому типу промывочной установки по формуле:,где mi – содержание i-той фракции золота;εi – извлечение i-той фракции золота.Исходя из ситового состава золота, рассчитываем величину извлечения золота по каждому прибору:для промывочной установки ПКС:εср=13∙100+15∙100+20∙98+19∙97+15∙93+28∙85100=103,78; для промывочной установки ПГШ:εср=13∙99+15∙99+20∙96+19∙90.5+15∙90.5+28∙70100=97,29;для промывочной установки ПГБ:εср=13∙99+15∙99+20∙99+19∙96.5+15∙96.5+28∙85100==104,13;Выбирается промывочная установка, обеспечивающая наибольшее извлечение золота. Принимаем промывочную установку ПГБ-1000, производительность которой равна 50 м3/час. В сутки ПГБ - 1000 промывает 1000 м3.Промприбор ПГБ-1000 (рис.4.): П – промприбор; Г – гидроэлеваторный;Б – бочечный; 1000 – суточная производительность промприбора.Благодаря двухстадийному обогащению песков на шлюзах и промежуточному грохочению их в барабанном грохоте, обеспечивается эффективное извлечение золота крупнее 0.1 мм, а также уборка в галечный отвал хвостов промывки крупностью 20-125 мм.Рис.4. Промывочный прибор ПГБ:1 – гидровашгерд; 2 – пульповод; 3 – головной шлюз; 4 – бочечный грохот; 5 – отвалообразователь; 6 – комплект шлюзов.Технология промывки песков на приборе ПГБ-1000 заключается в следующем. Пески подаются бульдозером к гидровашгердному загрузочному устройству. Струей воды из гидромонитора, управляемого рабочим, пески подвергаются дезинтеграции и грохочению на решетке гидровашгердного бункера с отверстиями диаметром 125 мм.Отмытую крупную фракцию песков удаляют с гидровашгерда струей гидромонитора в отвал, а фракцию мельче 125 мм вместе с водой транспортируют гидроэлеватором на головной шлюз. На головной шлюзе улавливается 70-90 % золота, в том числе все золото крупнее 10 мм. Пески с оставшейся частью золота поступают со шлюза на грохочение в барабанном грохоте. Подрешетный продукт грохота (мельче 20 мм) обогащается на шлюзе 9. Хвосты удаляются самотеком в потоке пульпы.Шлюзы споласкивают один раз в сутки или с другой периодичностью в зависимости от свойств песков и содержания в них золота. Сполоск шлюзов осуществляют с выпуском концентратов на доводочный шлюз, концентрат головного шлюза предварительно подвергают грохочению на плоском грохоте, встроенном в дно шлюза, самородки золота крупнее 30 мм извлекают вручную. Объем концентрата доводочного шлюза 0.06 м3. Золото извлекают из концентратора доводочного шлюза общепринятыми методами.Факторы, влияющие на выбор места расположения промывочной установки:промывочная установка должна быть размещена на таком уровне, чтобы можно было разместить все отвальные хвосты, по возможности без их дополнительной разваловки;целесообразно всегда использовать рельеф поверхности, с тем чтобы хвосты промывки были размещены в естественных понижениях рельефа или в старых выработках;должно быть обеспечено максимальное удобство для организации оборотного водоснабжения и размещения отстойников;расстояние транспортирования песков к загрузочному бункеру промывочной установки должно быть по возможности минимальным. Последнее требование соблюдается, когда загрузочный бункер расположен в центре разрабатываемого поля или же на линии, разделяющей его на две равные по площади фигуры (рис. 5.).Бункер промывочной установки целесообразно размещать на самом полигоне непосредственно у его борта по середине блока (рис.5).Рис.5. Размещение бункера обогатительной установки:а – длина блока; b – ширина блока.6. Определение размеров вскрышных и добычных блоковДеление россыпей по ширине на полосы производят в тех случаях, когда работы сразу по всей ширине связаны с недопустимо большими расстояниями транспортирования. Как правило, россыпи вытянуты в длину и их удобно делить на параллельные полосы.Каждую из полос вскрывают на борт россыпи. Если по условиям работ, или по другим причинам, вскрышные работы могут производиться только на одну сторону, то отвал вскрышных пород первой полосы размещают на борту россыпи, а отвал второй – в выработанном пространстве первой. Количество полос определяют исходя из требования ограничения расстояния транспортирования торфов бульдозером до150 м. Примем для вскрытия 1 полосу.Длина блока:Lбл=125 м.Среднее расстояние транспортирования:Lср=Lбл2=1252=62,5 м.Lср<150 м-количество полос подобрано верно.Ширина блока определяется из следующих соображений: добычной блок отрабатывается с использованием одной промывочной установки;среднее расстояние транспортирования песков к бункеру промывочной установки не должно превышать 150 м;по длине полосы должно умещаться целое количество блоков;объем оттаявших за сутки песков должен обеспечивать суточную производительность обогатительной установки [1, с. 13];объем песков, промываемых с одной стоянки промывочной установки должен находиться в пределах, указанных в приложении 2 [1, с. 13].Объем песков, промываемых с одной стоянки промывочной установки для ПГБ-1000 составляет 70 - 80 тыс. м3 песков. Зная, общий объем песков, подлежащих промывке, определим общее количество добычных блоков:N=Vп70000÷80000=1 559 00080000=20 (шт).Количество блоков на одной полосе:n=20/4=5 (шт).Ширина блока будет равна:Bбл=Lpn=10005=200 м.Проверяем среднее расстояние транспортирования песков в переделах добычного блока (рис. 6):Lср=0.6∙а2+в2,м. где: а – длина крыла, м;в- ширина крыла, м.Таким образом, среднее расстояние транспортирования:Lср=0,6∙12522+2002=126 м.Lср<150 м-количество блоков подобрано верно.Рис. 6. Деление выемочных полос на добычные блоки.7. Выбор схемы водоснабжения при бульдозерной разработке россыпейВыбор схемы водоснабжения горных работ вопрос не только технико-экономический, но и экологический. Прямой сброс технологической воды в водоем приводит к нарушению действующих санитарных норм. Поэтому в настоящее время разрешается применять только оборотные схемы водоснабжения (рис.7). Рис.7. Схема водоснабжения при расположении водоотстойникана борту россыпи:1 – отвал торфов; 2 – гидровашгерд; 3 – гидромонитор; 4 – водовод; 5 – насосная установка; 6 – промывочная установка; 7 – боковые галечные отвалы; 8 – дамба гидроотвала; 9 – труба; 10 – верхний водоотстойник; 11 – нижний водоотстойник; 12 – руслоотводная канава; 13 – водоподводящая канава; 14 – дамба; 15 – струенаправляющая дамба; 16 – гидроотвал.Промывочная установка расположена на отвале торфов. Верхний водоотстойник (10) перед началом работы промывочной установки заполняется водой по канаве (13). После этого канава пересыпается дамбой (14). Загрязненная вода после промывочной установки поступает в гидроотвал (16). В гидроотвале происходит осаждение мелких эфельных фракций. В дамбе гидроотвала уложены две трубы (9), таким образом, чтобы по ним отводилась осветленная вода только из верхнего слоя. Далее вода поступает в верхний водоотстойник, где она дополнительно осветляется и насосом (5) подается назад к гидромонитору.Вода, которая просачивается через дамбу, собирается в нижнем отстойнике (11) и, фильтруя через тело дамбы, уже достаточно очищенная в пределах санитарных норм поступает в реку.8. Определение срока отработки россыпи и производительности предприятияСрок отработки россыпи определяем по производительности промывочной установки, задавшись количеством рабочих дней в сезоне (n = 180).Т=VпQпп=1 559 0001000∙180=8,7 лет.Годовая производительность карьера по полезному ископаемому:Агп=VпТ=1 559 0008,7=179 195,4 м3год,где: Т-срок службы карьера.Суточная производительность карьера по полезному ископаемому:Асп=Агпn=179 195,4180=996м3сут,где: n-продолжительность промывочного сезона, сут.Годовая производительность предприятия по вскрыше: Агт=VтТ=5 125 400 8,7=589 126,4 м3год.Суточная производительность предприятия по вскрыше:Аст=АгтN=589 126,4180=3273 м3сут,где: N-число рабочих дней в году.9. Определение производительности горного оборудования на вскрышных и добычных работах9.1. Расчет производительности на добычных работахПроизводительность одной машины, работающей на разработке и доставке песков, устанавливают по оптимальной производительности промывочного прибора:Рпч=Qтб∙n∙η м3ч,где: Qтб-производительность бульдозера, м3ч; n-число обновременно работающих бульдозеров, шт; η-коэффициент снижения производительности при одновременной работе нескольких бульдозеров 0.8-0.85.При работе одного бульдозера его производительность должна быть не менее:Рпч=Qтб=50 м3ч.Зная среднее расстояние транспортирования Lср=126 м для пород III категорий выбираем бульдозер Д-355 с производительностью 84,8 (м3/ч). Эксплуатационная производительность бульдозера на разработке и доставке песков составит:Qэб=Qтб∙кисп=84,8∙0.8=67,8м3ч,где: кисп- коэффициент использования машины. Необходимое число бульдозеров:Nб=QппQб∙n=100067,8∙5=2,9≈3 шт, где: Qпп-суточная производительность промприбора, м3сут;n-количество часов добычных работ в сутки;На добыче песков будет работать 3 бульдозера Д-355.9.2. Расчет производительности на вскрышных работахНеобходимая эксплуатационная производительность вскрышного оборудования:Pтреб=Астn∙к исп=32735∙0.8=818,3 м3ч,где: n-количество часов вскрышных работ в сутки;к исп- коэффициент использования машины. Таким образом, при среднем расстоянии транспортирования Lср=126 мна вскрышных работах могут работать:экскаватор-драглайн ЭШ 10/70 с часовой производительность 442 м3ч при глубине черпания до 10,0 м.бульдозер Д-355 с часовой производительностью 93,5 м3ч.Количество бульдозеров на вскрышных работах:Nб=QэQб=442*393,5=9,5≈10 шт.Принимаем для вскрытия 2 экскаватора ЭШ 10/70 и 10 бульдозеров Д-355. Продолжительность вскрытия россыпи:T'=VтQ∙n∙N=5 125 000(442∙2)∙5∙180=6,4 лет.Список литературыКлочков Н.Н. «Проектирование бульдозерной разработки россыпных месторождений». Учебное пособие для студентов специальности 09.05. «Открытые горные работы». – М: , 2010. – 18 с.Ржевский В.В. Открытые горные работы. Учебник для вузов. В 2-х частях. Часть 2. Технология и комплексная механизация. – 4-е изд., перераб. и доп. – М: Недра, 1985. – 549 с.В.П. Березин, В.Г. Лешков, Л.П. Мацуев, С.В. Потемкин. «Справочник по разработке россыпей». – М: Недра, 1973. – 592 с.