10.05.15 r, Kraków

Tytuł projektu: Projekt udostępnienia złoża węgla brunatnego

Iks Igrek

Zarządzanie i Inżynieria Produkcji, 3 rok, grupa 00

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii

Spis treści:

1. Cel projektu

2. Określenie parametrów geometrycznych wkopu udostępniającego

2.1. Parametry geometryczne zbocza czołowego

2.2. Parametry geometryczne zbocza eksploatacyjnego

2.3. Parametry geometryczne zbocza transportowego

2.4. Parametry geometryczne zbocza stałego

2.5. Parametry geometryczne pochylni zjazdowej dla maszyn podstawowych

2.6. Parametry geometryczne pochylni transportowej dla przenośników taśmowych

3. Określenie parametrów geometrycznych zwałowiska zewnętrznego

3.1. Parametry geometryczne skarp zwałowych

3.2. Wymagana pojemność zwałowiska

3.3. Pole podstawy zwałowiska

4. Dobór maszyn podstawowych do pracy we wkopie udostępniającym i na zwałowisku zewnętrznym

4.1. Koparka węglowa

4.2. Układ przenośników taśmowych do pracy z koparką węglową

4.3. Koparka nadkładowa

4.4. Układ przenośników taśmowych do pracy z koparką nadkładową

4.5. Zwałowarka

5. Oszacowanie nadkładów inwestycyjnych na maszyny podstawowe we wkopie udostępniającym

5.1. Nakłady na zakup koparki węglowej, nadkładowej i zwałowarki

5.2. Nakłady na zakup przenośników taśmowych

5.3. Łączne nakłady inwestycyjne

6. Wnioski

7. Załączniki

7.1. Rysunek wkopu udostępniającego

7.2. Rysunek zwałowiska zewnętrznego

7.3. Przekrój poprzeczny 1-1’ oraz przekrój podłużny 2-2’ przez wkop udostępniający

1. Cel projektu

Celem niniejszego projektu jest udostępnienie złoża węgla brunatnego metodą odkrywkową. Przez pojęcie udostępnienia mam na myśli określenie parametrów geometrycznych wkopu udostępniającego i przedstawienie go sposobem graficznym na rysunkach, a także dobór maszyn oraz oszacowanie nakładów inwestycyjnych na ich zakup.

Dane projektowe:

Projekt nr 13:

T = 166 m n.p.m.

St = 146 m n.p.m.

Sp = 131 m n.p.m.

Wydobycie = 1,8 mln Mg/rok

1 – skarpa nadkładowa

2 – poziom

3 – skarpa węglowa

1. Określenie parametrów geometrycznych wkopu udostępniającego

nachylenie skarpy nadkładowej 1:1,5

nachylenie skarpy węglowej 1:1

tan α = $\frac{h}{s}*100\%$

$\frac{n}{s1} = \ \frac{1}{1,5}$

S1 = 1,5 * 20 = 30 [m]

$\frac{w}{s2} = \ \frac{1}{1}$

S2 = 1 * 15 = 15 [m]

2.1 Parametry geometryczne zbocza czołowego

Generalne nachylenie zbocza: 1:2

$\frac{1}{2\ } = \ \frac{20 + 15}{30 + P + 15}$

$\frac{1}{2} = \frac{35}{45 + P}$

∖n

P = 25 m

2.2 Parametry geometryczne zbocza eksploatacyjnego

Generalne nachylenie zbocza: 1:4

$\frac{1}{4\ } = \ \frac{20 + 15}{30 + P + 15}$

$\frac{1}{4} = \frac{35}{45 + P}$

∖n

P = 95 m

2.3 Parametry geometryczne zbocza transportowego

Generalne nachylenie zbocza: 1:3

$\frac{1}{3} = \frac{35}{45 + P}$

$\frac{1}{3} = \frac{35}{45 + P}$

∖n

P = 60 m

2.4 Parametry geometryczne zbocza stałego

Generalne nachylenie zbocza: 1:7

$\frac{1}{1,7} = \frac{35}{45 + P}$

$\frac{1}{1,7} = \frac{35}{45 + P}$

∖n

P = 14,5 m

2.5 Parametry geometryczne pochylni zjazdowej dla maszyn podstawowych

nachylenie pochylni zjazdowej: 1:15

szerokość pochylni zjazdowej: 40 m

$\frac{20}{l_{z}} = \frac{1}{15}$

l_z = 300m

2.6 Parametry geometryczne pochylni transportowej dla przenośników taśmowych

nachylenie pochylni transportowej: 1:4

szerokość pochylni transportowej: 30m

$$\frac{20}{l_{t}} = \frac{1}{4}$$

l_t = 80 m

3. Określenie parametrów geometrycznych zwałowiska zewnętrznego

3.1. Parametry geometryczne skarp zwałowych

nachylenie skarpy zwałowej: 1:2

wysokość zwałowiska : 25 m

$$\frac{25}{s_{z}} = \ \frac{1}{2}$$

s_z = 50 m

3.2. Wymagana pojemność zwałowiska

H= 20 m

a_g = 300 m

a_d = 240 m

b_g = 504m

b_d = 564 m

l_d = 270 m

s = 40 m

V _pryzmy $= \ \frac{1}{6}*20\ (240*504 + 300*564 + \left( 240 + 300 \right)*\left( 564 + 504 \right))$ = 2 889 600 [m³]

V ^pochylni = $\frac{1}{2}*20*270*40$ = 108 000 [m³]

V _nadkładu = 2 889 600 – 108 000 = 2 781 600 [m³]

Z uwzględnieniem rozluzowania urobku:

K_r –współczynnik rozluzowania = 1,1

V _zwałowiska = 2 781 600 * 1,1 = 3 059 760 [m³]

3.3. Pole podstawy zwałowiska

H _z = 25 m

T = 166 m

T_z = 166 + 25 = 191 m

S_z = 50 m

a_d = 500 m

a_g = 500 – 100 = 400 m

b_d = 320 m

b_g = 220 m

P _podstawy = 320 * 500 = 160 000 [m²]

4. Dobór maszyn podstawowych do pracy we wkopie udostępniającym i na zwałowisku zewnętrznym

4.1. Koparka węglowa

Wskaźniki efektywności pracy koparki:

1. Wskaźnik wykorzystania czasu pracy $E_{T} = \frac{\text{t\ }_{\text{pracy}}}{\text{t\ }_{\text{kalendarzowy}}} = \mathbf{0,7}$

gdzie:

t_pracy - czas pracy

t_kalendarowy - czas kalendarzowy

1. Wskaźnik wykorzystania wydajności teoretycznej $E_{Q} = \frac{\text{Q\ }_{\text{efektywna}}}{\text{Q\ }_{\text{teoretyczna}}} = \mathbf{0,7}$

gdzie:

Q _efektywna - rzeczywista wydajność koparki

Q _teoretyczna - katalogowa wydajność koparki zależna tylko od jej budowy

Wydobycie roczne (W _roczne) = Q _efektywna *  t _pracy [Mg]

W _roczne = 1, 8 [Mg]

t _{kalendarzowy = 365 [dni] * 24 [h] = 8760 [h]}

t _pracy = E _T * t _kalendarzowy = 0, 7 * 8760 = 6132[h]

$$\text{Q\ }_{\text{efektywna}} = \frac{\text{W\ }_{\text{roczne}}}{\text{t\ }_{\text{pracy}}} = \frac{1\ 800\ 000}{6132} \approx \mathbf{293,5}\ \lbrack\frac{\text{Mg}}{h}\rbrack$$

$$1)\ \text{\ Q\ }_{\text{teoretyczna}} = \frac{\text{Q\ }_{\text{efektywna}}}{\text{E\ }_{Q}} = \frac{293,5}{0,7} = \mathbf{419,3}\ \left\lbrack \frac{\text{Mg}}{h} \right\rbrack$$

$${2)\ \ Q\ }_{\text{teoretyczna}} = \frac{419,3\ }{1,2} = \mathbf{349,4}\ \ \lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

gdzie:

gęstość węgla brunatnego$\text{\ \ \ \ }\rho = 1,2\lbrack\frac{\text{Mg}}{m^{3}}\rbrack$

$${3)\ Q\ }_{\text{teoretyczna}} = 60*V_{n}*n_{s}\ \lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

gdzie:

V_n- objętość czerpaka [m³]

n_s- liczba wsypów czerpaka w 1 minucie (60s); n_s=20$\lbrack\frac{1}{\min}\rbrack$

$V_{n} = \frac{Q_{\text{teoretyczna}}\ }{60*\ n_{s}\ } = \frac{349,4}{60*20} = \mathbf{0,291}\lbrack m^{3}\rbrack$ -> KWŁ 295

KWŁ 295 -> Koparka Wielonaczyniowa Łańcuchowa 295

4.2. Układ przenośników taśmowych do pracy z koparką węglową

Q_{teoretyczna przenosnika tasmowego} = 1, 6 * Q_{teoretyczna koparki}

$Q_{teoretyczna\ przenosnika\ tasmowego} = 1,6*349,4\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack = \mathbf{559}\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$

Q_{teoretyczna przenosnika tasmowego} = 3600 * V _{przenosnika tasmowego} * A

gdzie:

V_{przenosnika tasmowego}- prędkość przenośnika taśmowego [$\frac{m}{s}\rbrack$; V=3,5 [$\frac{m}{s}\rbrack$

A – pole przekroju strugi urobku na przenośniku [m²]

$$A = \frac{Q_{przenosnika\ tasmowego}\ }{3600*V_{przenosnika\ tasmowego}} = \frac{559}{3600*3,5} = \mathbf{0,044}\ \lbrack m^{2}\rbrack$$

B – szerokość taśmy w [mm]; B = 650 [mm]

α_k – kąt nachylenia krążników; α_k = 40

Dobieram przenośnik B650, α_k=40 przy V=3,5 [$\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$

4.3. Koparka nadkładowa

Warunek równomiernego postępu frontów roboczych

$$\frac{V_{1}}{V_{2}} = \frac{Q_{efektywna\ k1}*t_{pracy\ k1}}{Q_{efektywna\ k2}*\ t_{pracy\ k2}}$$

$$\frac{P_{1}*z}{P_{2}*z} = \frac{P_{1}}{P_{2}}$$

Piętro 1 :

$$P_{t} = \frac{a_{1} + a_{2}}{2}*h\ \lbrack m^{2}\rbrack$$

h= 20 m

a₁ = 564 m

a₂ = 504 m

P₁ =  P_t = 10 680 m²

Piętro 2 :

$$P_{t} = \frac{a_{1} + a_{2}}{2}*h\ \lbrack m^{2}\rbrack$$

h=15 m

a₁ = 430 m

a₂ = 400 m

P₂ =  P_t = 6 225 m²

$$\frac{P_{1}}{P_{2}} = \mathbf{1,72}$$

$$W_{roczne\ k1} = \frac{\text{W\ }_{roczne\ k2}}{\rho}*\frac{P_{1}}{P_{2}} = \frac{1,8}{1,2}*1,72 = \mathbf{2,\ 58}\lbrack\frac{\text{mln}}{m^{3}}\rbrack$$

gdzie:

ρ – gęstość objętościowa węgla brunatnego 1,2 [$\frac{\text{Mg}}{m^{3}}$]

Czas KWK:

t _{kalendarzowy = 365 [dni] * 24 [h] = 8760 [h]}

t _pracy = E _T * t _kalendarzowy = 0, 7 * 8760 = 6132[h]

$$\text{Q\ }_{\text{efektywna}} = \frac{\text{W\ }_{\text{roczne}}}{\text{t\ }_{\text{pracy}}} = \frac{2,58*10^{6}}{6132} = \mathbf{420,7}\ \lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

$$\mathbf{1)\ }\text{Q\ }_{\text{teoretyczna}} = \frac{\text{Q\ }_{\text{efektywna}}}{\text{E\ }_{Q}} = \frac{420,7}{0,5} = \mathbf{841,4}\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

$${\mathbf{2)}\text{\ Q\ }}_{\text{teo}\text{retyczna}} = 60*V_{n}*n_{s}\ \lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

gdzie:

V_n- objętość czerpaka [m³]

n_w- liczba wysypów czerpaka w 1 minucie (60s); n_s=50$\lbrack\frac{1}{\min}\rbrack$

$$V_{n} = \frac{Q_{\text{teoretyczna}}\ }{60*\ n_{w}\ } = \frac{841,4}{60*50} = \mathbf{0,280\ }\left\lbrack m^{3} \right\rbrack = \mathbf{280\ }\lbrack\text{dm}^{3}\rbrack$$

KWK 280 -> Koparka Wielonaczyniowa Kołowa 280

4.4. Układ przenośników taśmowych do pracy z koparką nadkładową

Q_{teoretyczna przenosnika tasmowego} = 1, 3 * Q_{teoretyczna koparki}

$Q_{teoretyczna\ przenosnika\ tasmowego} = 1,3*841,4\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack = \mathbf{1\ 093,82}\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$

Q_{teoretyczna przenosnika tasmowego} = 3600 * V _{przenosnika tasmowego} * A

gdzie:

V_{przenosnika tasmowego}- prędkość przenośnika taśmowego [$\frac{m}{s}\rbrack$; V=5 [$\frac{m}{s}\rbrack$

A – pole przekroju strugi urobku na przenośniku [m²]

$$A = \frac{Q_{przenosnika\ tasmowego}\ }{3600*V_{przenosnika\ tasmowego}} = \frac{1\ 093,82}{3600*5} = \mathbf{0,0608}\lbrack m^{2}\rbrack$$

B – szerokość taśmy w [mm]; B = 800 [mm]

α_k – kąt nachylenia krążników; α_k = 45

Dobieram przenośnik B800, α_k=45 przy V=5 [$\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$

4.5. Zwałowarka

$Q_{zwalowarki} = 1,35*841,4 = 1\ 135,89\lbrack\frac{m^{3}}{h}$]≈1 136

ZGOT 1 136 - > Zwałowarka Gąsienicowa Obrotowa Taśmowa 1 136

Tabela 1. Zestawienie długości przenośników i ilości stacji napędowych, zwrotnych

Nazwa przenośnika	Długość przenośnika (m)	Stacja napędowa (szt.)	Stacja zwrotna (szt.)
W-1	444	1	1
W-2	130	1	1
W-3	196	1	1
W-4	164	1	1
RAZEM	934	4	4
N-1	460	1	1
N-2	190	1	1
N-3	210	1	1
N-4	138	1	1
N-5	92	1	1
N-6	524	1	1
N-7	336	1	1
RAZEM	1950	7	7

5. Oszacowanie nadkładów inwestycyjnych na maszyny podstawowe we wkopie udostępniającym

5.1. Nakłady na zakup koparki węglowej, nadkładowej i zwałowarki

Cena maszyny ustalona jest na podstawie jej masy (tzw. kilo price)

Cena koparki wielonaczyniowej – 32 zł/kg

Cena zwałowarki – 26 zł/kg

Tabela 2. Nakłady na zakup maszyn

Nazwa maszyny	Wydajność nakładowa Qteor (m^3/h)	Masa (kg)	Cena jednostkowa (zł/kg)	Cena całkowita (zł)
KWK 280	841,4	377 000	32	12 064 000
KWŁ 295	349,4	253 000	32	8 096 000
ZGOT 1136	841,4	280 000	26	7 280 000

Obliczenie masy dla poszczególnych maszyn:

1. Y = 0,5095 * X – 51,501 =377 t = 377 000 kg

2. Y = 0,6596 * X + 22,823 = 253 t = 253 000 kg

3. Y = 0,1839 * X + 124,19 = 280 t = 280 000 kg

gdzie X -> Q_teor poszczególnych maszyn (m³/h)

5.2. Nakłady na zakup przenośników taśmowych

Tabela 3. Nakłady na zakup przenośników taśmowych

Typ stacji	Liczba stacji (szt.)	Masa jednostkowa (kg/szt.)	Masa całkowita (t)	Cena jednostkowa (zł/kg)	Cena całkowita (zł)
napędowa	11	130 000	1 430 000	20	28 600 000
zwrotna	11	15 000	165 000	15	2 475 000

Tabela 4. Zestawienie nakładów na zakup trasy przenośnika

Typ przenośnika	Długość (m)	Masa jednostkowa (kg/m)	Masa całkowita (kg)	Cena jednostkowa (zł/kg)	Cena całkowita (zł)
napędowa	1 950	112	218 400	15	3 276 000
zwrotna	934	91	84 994	15	1 274 910

Obliczenie masy jednostkowej trasy poszczególnych przenośników:

B800; B=800mm =0,8m ; 140*B = 140*0,8 = 112 [kg/m]

B650; B=650mm=0,65m; 140*B = 140*0,65 = 91 [kg/m]

gdzie B –> szerokość taśmy (mm)

Tabela 5. Zestawienie nakładów na zakup taśmy przenośnika

Typ przenośnika	Długość taśmy (m)	Szerokość taśmy (m)	Powierzchnia taśmy (m^2)	Cena jednostkowa (zł/m^2)	Cena całkowita (zł)
napędowa	3 900	0,8	3 120	500	1 560 000
zwrotna	1 868	0,65	1 214	500	607 000

5.3. Łączne nakłady inwestycyjne

Tabela 6. Zestawienie łącznych nakładów inwestycyjnych

Typ maszyny	Liczba	Cena całkowita (zł)
KWŁ 280	1 szt.	12 064 000
KWK 295	1 szt.	8 096 000
ZGOT 1 136	1 szt.	7 280 000
Stacja napędowa	11 szt.	28 600 000
Stacja zwrotna	11 szt.	2 475 000
Trasa przenośnika węglowego	934 m	1 274 910
Trasa przenośnika nadkładowego	1 950 m	3 276 000
Taśma przenośnika węglowego	1 868 m^2	607 000
Taśma przenośnika nadkładowego	3 900 m^2	1 560 000
	Razem	65 232 910

6. Wnioski

W projekcie tym wykonaliśmy udostępnienie złoża węgla brunatnego metodą odkrywkową.

Wydobycie dobowe mojej kopalni wynosiło 1 800 000 Mg/rok. Aby uzyskać ten wynik potrzebuję nabyć Koparkę Wielonaczyniową Łańcuchową o pojemności czerpaka 280 dm³, Koparkę Wielonaczyniową Kołową o pojemności czerpaka 295 dm³ oraz Zwałowarkę Gąsienicową Obrotową Taśmową 1 136. Muszę zakupić również 11 stacji napędowych i 11 stacji zwrotnych. Łączne nakłady inwestycyjne na zakup wszystkich maszyn i urządzeń wynoszą 65 232 910 zł.