Выбор и расчет средств механизации вскрышных (добычных) работ на карьере

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Пояснительная записка

к курсовой работе

"Выбор и расчет средств механизации вскрышных (добычных) работ на карьере"

Введение

Открытый способ добычи полезных ископаемых является наиболее экономичным и прогрессивным.

На открытых работах производительность труда выше, чем при подземной добыче, а стоимость полезного ископаемого ниже. Затраты на строительство карьера меньше, чем на строительство рудника или шахты той же производительной мощности.

Условия труда на открытых работах более гигиеничны и безопасны. На карьерах имеется возможность применения машин любой мощности и любых параметров, что позволяет обеспечить комплексную механизацию и автоматизацию производственных процессов. Возможности отечественной машиностроительной промышленности позволяют полностью обновить парк горных машин на карьерах, заменить ранее применявшиеся машины более мощными и производительными.

Мощные драглайны и вскрышные экскаваторы дают возможность применять бестранспортную систему разработки, что удешевляет вскрышные работы и повышает производительность труда. Там, где позволяют геологические и климатические условия, используют многочерпаковые экскаваторы, имеющие меньший удельный расход энергии и большую производительность, чем одноковшовые. Однако они менее универсальны и не могут полностью заменить одноковшовые экскаваторы.

Во многих случаях перед экскавацией горные породы необходимо рыхлить, для чего производятся буровзрывные работы. Бурение скважин на карьерах ведется станками ударно-канатного, вращательного, шарошечного, ударно-вращательного и термического бурения.

Кроме основных машин для экскавации, бурения скважин и транспортирования горных пород, на карьерах используется большое количество машин, выполняющих вспомогательные работы. Бульдозеры и скреперы применяются для зачистки полезного ископаемого, выравнивания поверхности перед укладкой рельсовых путей или при прокладке шоссейных дорог для автотранспорта.

Применяемые на открытых горных работах машины делятся на две большие группы — добывающие и транспортирующие. В данном случае рассматриваются только машины добывающие, к которым относятся бурильные, выемочно-погрузочные и выемочно-транспортирующие.

1. Выбор структуры комплексной механизации

1.1. Предварительный выбор экскаватора

Теоретическая производительность экскаватора Qmeop, м3ч, определяется по формуле

где Qгод. карьера — годовая производительность карьера, м3;

Т — продолжительность смены или рабочего дня, ч;

Nдн — количество рабочих дней в году;

псм — количество рабочих смен в сутки.

определяют емкость его ковша Еэ, м3:

где tц — длительность полного цикла работы экскаватора, с;

кн — коэффициент наполнения ковша.

Вычислив необходимую емкость ковша, ориентировочно выбираем ближайший по техническим характеристикам экскаватор ЭКГ-15 с емкостью ковша E=15 м3.

1. 2 Предварительный выбор бурового станка и буровзрывные работы

бурение станок привод карьерный

Для обеспечения заданной интенсивности разрыхления горной массы и надежной проработки подошвы уступа диаметр скважины d, мм, рассчитывают по формуле

d = 9Н + 35. 5кр + 33. 5F — 195 =

= 9 17 + 35,5 1,7 + 33,5 7 -195=252 мм

где H-17 м высота уступа, м;

кр -1,7 коэффициент разрыхления взорванной массы;

F — 7 группа грунтов по СНиПу.

Исходя из полученного диаметра, выберем станок СБШ-250−32 с диаметром скважины 250 мм.

1. Диаметр куска после взрыва dср. к, мм:

где l — коэффициент, учитывающий трещиноватостъ пород в массиве (l 0. 75);

Н — высота уступа, м;

d — диаметр скважины, мм;

q — удельный расход взрывчатого вещества (ВВ), кг/м3.

2. Оптимальный размер куска взорванной горной породы dср. опт, мм, для экскаватора с ковшом емкостью Еэ:

dср. опт = (150 200)

3. Максимально допустимый размер куска взорванной горной массы dср. тах, мм:

dср. тах = 520

Коэффициент использования экскаватора:

Окончательно выбираю экскаватор ЭКГ-10 с емкостью ковша E=10 м3.

Основными параметрами, характеризующими буровзрывные работы, являются: диаметр скважины d, ее глубина Lc, размер сетки скважины на уступе а, порядок взрывания, тип и плотность ВВ.

Рис. 1. Схема расположения вертикальных скважинных зарядов

Глубина вертикальных скважин Lc, мм, (рис. 1) определяется зависимостью

Lc = H + lп =17+2,5=19,5 м

где Н -17 м — высота уступа

ln — длина перебура, м:

ln = (10 15) d=10 0,250=2,5 м

Длина заряда ВВ LB, м:

LB = Lc — lзаб=19,5−5=14,5 м

Выбор ВВ производится по справочнику [1, с. 33] в соответствии с группой грунтов по СНиПу и диаметрами скважины. При этом плотность заряжения

где dn — 210 мм — диаметр патрона ВВ, мм, (табл. 1. 2).

Длина забойки lзaб, м:

lзaб = (20 35)d =20 0,25=5 м

Величина сопротивления по подошве уступа W, м, преодолеваемая одиночным скважинным зарядом

где =58,87 кг/м — масса ВВ в 1 м скважины, кг/м (табл. 1. 3);

q=0,6 — удельный расход ВВ, кг/м3 (табл. 1. 4).

Соответствие W диаметру скважины определяется зависимостью

W=k d=30 0,25=7,5 м

где k — коэффициент, зависящий от крепости пород:

k = 30 — для крепких пород (f = 8−12),

k = 40 — для пород средней крепости (f = 5−8),

k = 45 — для слабых пород (f 5).

Масса заряда ВВ в скважине QBB, кг, определяется по формуле

Расстояние а, м, между скважинными зарядами в ряду (рис. 1):

a = m W=0,8 7,5=6 м

где т — коэффициент сближения зарядов.

Для зарядов нормального дробления коэффициент сближения принимается в зависимости от диаметра взрывных скважин d, м:

.

При многорядном короткозамедленном взрывании расстояние b, м, между рядами скважин:

Ширина блока взрывания А, м, при однорядном расположении скважин принимается равной W:

AW.

Длина блока Lбл, м, определяется зависимостью

где Vбл = — объем блока, м3;

— суточная производительность экскаватора, м3;

А — 7,5 м — ширина взрываемого блока, м;

Н -17 м — высота уступа, м;

кр -1,7 коэффициент разрыхления

Количество скважин в блоке

где а — 6 м — расстояние между скважинами, м;

п — 2 число рядов скважин в блоке;

Общая длина скважин в блоке Lскв. общ, м:

Исходя из этого, определяются:

годовой объем буровых работ Qгoд, м,

где nрд — количество рабочих дней в году (260);

месячный объем буровых работ Qмес, м,

где пдм — количество рабочих дней в месяце (22);

сменный объем буровых работ Qсмен, м,

где nсм -2 — количество рабочих смен в сутки.

Также определяются ширина и высота развала взорванной горной массы при одноразовом мгновенном взрывании.

Ширина развала Вр, м:

где кв -3 - коэффициент, характеризующий взрываемость пород

q -0,6 - удельный расход ВВ, кг/м3;

Н -17 м — высота уступа, м.

Высота развала Нр, м:

где N — 2-число взрываемых рядов скважин.

2. Выбор бурового станка

Принимаем станок вращательного (шарошечного) бурения

СБШ-250−32 диаметром скважины 250 мм и глубиной до 32 м в породах с коэффициентом крепости f = 9.

Инструмент: шарошечное долото серии «ТЗ».

Станки вращательного (шарошечного) бурения предназначены для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 160 400 мм и глубиной до 32 м в породах с коэффициентом крепости f = 618. Ими производится около 70% объема буровых работ на карьерах. Основные их достоинства: высокая производительность (20 150 м/смену); непрерывность процесса бурения; возможность полной автоматизации процесса бурения. Недостатки: большая масса станка; малая стойкость долот в труднобуримых породах. По массе т и развиваемому осевому усилию Рос станки шарошечного бурения подразделяют на:

— легкие СБШ-160−48, т 40 т, Рос 200 кН, диаметр скважины d = = 150 200 мм;

— средние СБШ-200 (5 моделей) и СБШ-250 (6 моделей), т 60 т, Рос 350 кН, d = 200 270 мм;

— тяжелые СБШ-320−36 и СБШ-400 (2 модели), т 120 т, Рос 700 кН, d = 300−400 мм.

3. Режимы бурения и расчет их основных параметров

3.1 Расчет параметров шарошечного бурения

Потребное осевое усилие (усилие подачи), Н, с достаточной для инженерных расчётов точностью может быть определено по эмпирической зависимости

Рос (6…7) 104fD6•104•9•0,250=135 000 Н=135 кН

где D — диаметр долота, м.

Частота вращения шарошечного долота обычно принимается равной 80…150 мин-1, иногда 300 мин-1. Меньшие значения принимаются для крепких пород и больших диаметров долот, а большие значения частот вращения — для средней крепости пород и меньших значений диаметра (табл. 2. 2).

С увеличением частоты вращения бурового става скорость бурения повышается, но вместе с этим возрастает износ долота.

Скорость бурения VБ, м/мин, определяется по одной из нижеприведённых эмпирических формул:

Крутящий момент М, Нм, для преодоления сил сопротивления при скалывании породы штырями шарошечного долота с учетом сил трения в подшипниках шарошек и бурового става о стенки скважины определится из выражения

где ск -32МПа — предел прочности породы на скалывание

Ктр 1. 15 — коэффициент, учитывающий трение в подшипниках шарошек и бурового става о стенки скважин;

Кск 0.5 — коэффициент, учитывающий уменьшение скорости бурения из-за неполного скалывания породы между зубьями

Мощность N, Вт, двигателя вращателя:

N=Mщз=715,5•15,7•0,65-1=17,3 кВт

где — угловая скорость вращения долота, рад/с;

= 0. 65-1 — КПД передачи трансмиссии вращателя.

Расход воздуха Wв, м3/мин, на продувку скважины от буровой мелочи зависит от объема выбуриваемой породы Vn, м3/мин., и удельного расхода воздуха, потребного на 1 м3 буровой мелочи:

Wв=Vnе=15•рD2Vб. max=15•3,14•0,2502•0,14•150=61,8 м3?мин

где VБmах — 0,14 максимальная механическая скорость бурения, м/мин;

D - 0,250 диаметр скважины, м;

— удельный расход воздуха, равный 80…150 м33.

4. Производительность буровых станков

Определяю эксплуатационную сменную производительность, м/смену:

где Тс -480 мин. — продолжительность смены, мин;

КИ = 0.8 — коэффициент использования станка во времени смены.

Тп.з. = 35 мин. — продолжительность подготовительно-заключительных операций.

tб и tв — удельные затраты времени на бурение и выполнение вспомогательных операций (на 1 м скважины) соответственно, мин/м.

В свою очередь величина tб подсчитывается из выражения

где Vб -0,14 м? мин — механическая скорость бурения.

tв=2 мин? м

5. Определение нагрузки на рабочее оборудование и мощности приводов главных механизмов экскаваторов

Определение линейных размеров и масс драглайнов

Выбор вскрышного экскаватора.

В качестве вскрышной машины, принимаем шагающий экскаватор ЭШ — 100. 100

5. 1 Сопротивление резанию горных пород при их экскавации

Сопротивление резанию — способность горной породы сопротивляться механическому воздействию, вызывающему совокупность напряжений сжатия, растяжения и сдвига, преодоление которых завершается разрушением породы и отделением от массива кусков и слоев. Сопротивление породы резанию обычно характеризуется удельным сопротивлением чистому резанию, МН/м2, т. е. усилием, отнесенным к единице площади поперечного сечения вырезаемого пласта породы.

Для одноковшовых экскаваторов величину удельных усилий при копании в массиве для невскрытых горизонтов Ю. И. Беляков рекомендует определять по зависимости. Так, для аргиллитов, алевролитов, песчаников и углей для среза толщиной t = 0,25 м и шириной В = 2 м им установлена зависимость вида

где См — прочность породы в массиве по сцеплению

э — коэффициент, учитывающий изменение вместимости ковша (изменяется от 1,1 до 0,7 при вместимостях ковша Е от 6 до 100 м3).

5. 2 Определение линейных размеров и масс основных элементов рабочего оборудования драглайна

Линейные размеры, м, ковшей механических лопат: ширина Bi, длина Li и высота hi, а также их массы mi, т, приближенно могут быть определены как функции их вместимости Е, м3, по следующим зависимостям:

для вскрышных экскаваторов:

-ширина ковша,

-длина ковша,

-высота ковша,

-масса ковша.

Масса породы в ковше определяется по формуле

— 1,5 т/м3 — плотности породы в целике.

Кр-1,25 - коэффициент разрыхления.

Концевая нагрузка в подъемном канате, кН:

По величине массы одноковшового экскаватора и коэффициенту пропорциональности кi можно определить линейные размеры основных конструктивных элементов по формуле

где тэ — масса экскаватора, т

Ширина платформы

Высота кузова

Радиус задней стенки

Длина стрелы

Высота пяты стрелы

Радиус пяты стрелы

Высота

Высота разгрузки max

Радиус

Радиус разгрузки max

Удельная масса стрелы qс, т/м, вскрышного экскаватора определяется по эмпирическим формулам

5.3 Драглайн

Усилие сопротивления горной породы копанию на режущей кромке определяется из выражения

Где — отношение объема призмы волочения ковша к объему ковша (0,4=для легких пород, 0,3-для средних, 0,2 — для тяжелых);

Кпут-отношение пути наполнения ковша ln к длине ковша lk

/

/

Тяговое Усилие Sт определяется по формуле

Где =0,4-коэффициент трения ковша о породу

-предельный угол откоса, для легких несвязных пород равный 45… 50, для средних-40 и для тяжелых-30… 35

Максимальное значение силы тяги при многодвигательном приводе для выбора сечения тяговых канатов и определения стопорного момента двигателя принимаем

Усилие в подъемном канате Sпд при отрыве груженного ковша от забоя (концевая нагрузка) определяется по зависимости

Сечение подъемного каната и стопорный момент двигателя рассчитываются по максимальному подъемному усилию:

Механизм тяги

Мощность NT, затрачиваемую двигателем механизма тяги, определяют по усилию в тяговом канате ST и заданной номинальной скорости копания V1

При значениях S1=St V1=Vt K1=Kt -1==0,8…0,85. При повороте платформы драглайна с груженным ковшом на разгрузку на тяговый канат действуют силы S1t, равная примерное половине веса груженного ковша, который удерживает ковш в горизонтальном положении и центростремительная Sц, удерживающая ковш на его траектории движения вокруг оси вращения платформы. т

Где mк+п масса груженного ковша драглайна, т

3-заданная угловая скорость платформы

rb-радиус вращения груженного ковша относительно поворотной платформы.

Средневзвешенная мощность двигателя механизма тяги драглайна

Где tk=0. 3tц=18-время копания

tp=tз=0,35 tц=21-время поворота на разгрузку

Механизм подъема

В процессе копания двигатель механизма подъема не разгружен Sn=0

Определяем усилие в подъемном канате.

Средневзвешенная мощность двигателя механизма подъема за цикл работы экскаватора

Мощность привода ходового механизма шагающего экскаватора

Мощность привода шагающего хода определяется по формуле:

Где h-высота подъемного центра тяжести экскаватора

mэ — масса экскаватора

k — коэффициент, показывающий, какая часть веса экскаватора передается при шагании на башмаки, k=0,8…0,85

lш - длинна шага

— коэффициент трения стали об породу. =0,4…0,6

-угол подъема пути

-длительность одного шага

6. Определение диаметра и длинны каната исполнительного механизма одноковшового экскаватора

Диаметр каната dk вычисляется по максимальным усилиям, рассчитанным при определении мощности привода. Разрывное усилие каната.

Sp=CSnmax,

где С-запас прчности каната.

Snmax =1. 435 040=7056кН

Sp=4. 557 056=32.1 мН

Принимаем канат исполнительных механизмов одноковшового экскаватора 70 120 В, ГОСТ 7676–55

7. Выбор и расчет карьерного автотранспорта

Выбор типоразмера карьерного автосамосвала производится из следующих соотношений — вместимость кузова автосамосвала должна быть не менее 3…5 емкостей ковша экскаватора осуществляющего погрузку в него породы. Поэтому выбираю автосамосвал БЕЛАЗ 75 570 с грузоподъемностью 90 тонн и максимальной скоростью 60 км/ч.

Для определения количества транспортных средств необходимо определить протяженность трассы от забоя до обогатительной фабрики, методом планиметрирования (в среднем длина трассы не должна превышать 6…8 км). Принимаю дорогу длинной 6 км.

Определить время одного рейса, при этом необходимо учесть, что соотношение скоростей движения груженого самосвала к порожнему равно 0,5, а скорость порожнего самосвала в карьере не превышает 70…75% максимальной скорости его движения. Скорость порожнего автосамосвала принимаю 40 кмчас, а груженного 20 кмчас. По скорости движения и расстоянию определяю время в дороге: порожний-9 мин, груженный-18 мин. Принимаем что автосамосвал разгружается на фабрике (в отвал) 2 мин. Время загрузки автосамосвала экскаватором 3 мин. Время одного рейса в итоге получаем 32 мин. Не учитывая простои перед загрузкой в очереди (2−3 машины). Принимаем, что в очереди в среднем 2 машины, значит простой составляет 6 минут.

Значит, окончательно один рейс получаем 38 мин.

Из выше написанных расчетов берем сменную производительность экскаватора:

Далее принимаем что в одном автосамосвале 85 тонн породы т.к. экскаватор разгружает в него 3 раза по 10 м3 породу плотностью 2. 84т/м3. Следовательно, делим сменную производительность экскаватора (19 200м3) на объем загрузки одного автосамосвала (30м3), получаем общее количество рейсов = 640. Дальше находим необходимое время на выполнение объема этих работ одним автосамосвалом: 640*38=24 320 минут.

При данном расчете необходимо учесть простои самосвала по техническим и организационно технологическим причинам, (ктот=0,5…0,6). Учитывая это получаем: 24 320*1,5=36 480 минут.

За смену один авто самосвал может сделать 30 рейсов (общее время смены деленное на время одного рейса 960/32=30 рейсов). Т. е. один автосамосвал в смену работает: 30*32=960 минут.

Теперь берем общее время с учетом простоев (36 480 мин.) и делим его на время работы автосамосвала в смену (960 мин) и получаем соответственно 38 машин.

При расчете парка транспортных средств учитываем, что на 5 машин одна резервная и окончателино получаем парк из 45 автосамосвала.

Литература

бурение станок привод карьерный

1. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Механическое оборудование карьеров» / Рецензент: д-р техн. наук, проф. Н. И. Сысоев / Составители: Литкевич Ю. Ф., Раков И. Я., Мирный С. Г., Асеева А.Е./ Юж. — Рос. гос. техн. ун-т. — Новочеркасск, 2000. — 53 с.

2. Нормативный справочник по буровзрывным работам Под ред. Ф. А. Авдеева и др. — М.: Недра, 1986. — 511 с.

3. Подерни Р. Ю. Горные машины и автоматизированные комплексы для открытых работ. — М.: Недра, 1985. — 544 с.

4. Справочник по бурению на карьерах / Под ред. Б. А. Симкина и др. — М.: Недра, 1990. — 224 с.

5. Буровое оборудование: Каталог-справ. / НИИИнформтяжмаш. — М., 1983. -158 с.

6. Экскаваторы для открытых горных работ: Каталог-справ. / НИИИнформтяжмаш. — М., 1983. — 129 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой