SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET
LUKA OSREČAK
ODREĐIVANJE TEHNIČKOG I EKSPLOATACIJSKOG KAPACITETA CIKLIČKIH
BAGERA
ZAVRŠNI RAD
VARAŽDIN, 2011.
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
GEOTEHNIČKI FAKULTET
ZAVRŠNI RAD
ODREĐIVANJE TEHNIČKOG I EKSPLOATACIJSKOG KAPACITETA CIKLIČKIH
BAGERA
KANDIDAT: MENTOR: LUKA OSREČAK Prof.dr.sc.JOSIP MESEC
VARAŽDIN,2011.
Sadržaj:
1. Uvod...............................................................................................................1
2. Općenito o načinima eksploatacije mineralnih sirovina..................................2
2.1. Miniranje...............................................................................................5
2.1.1. Eksplozivi i minersko-tehničke značajke eksploziva.................5 2.1.2. Načini miniranja stijenskih masa...............................................6
2.2. Strojno dobivanje..................................................................................8
2.2.1. Geotehnički parametri radne sredine.........................................8 2.2.2. Utjecajni parametri kod procesa kopanja.................................11 2.2.3. Podjela stijena obzirom na mogućnost kopanja.......................11 3. Ciklički bageri...............................................................................................14
3.1. Vrste...................................................................................................14
4. Kapaciteti cikličkih bagera...........................................................................20
4.1. Tehnički kapacitet...............................................................................20
4.2. Eksploatacijski kapacitet....................................................................22
5. Primjeri iz prakse.........................................................................................23
5.1. Glinokop Rečica kraj Karlovca...............................................................23
5.1.1. Postojeće stanje i izgled kopa.....................................................23
5.1.2. Dobivanje gline hidrauličkim bagerom........................................24
5.2. Glinokop Slavonka kraj Vinkovaca........................................................26
5.2.1. Postojeće stanje i izgled kopa....................................................26
5.2.2. Koncepcija projektnog rješenja napretka fronte rudarskih
radova na otkrivanju i dobivanju u smjeru otkopavanja.............29
5.2.3. Razrada otkopavanja donjeg glinenog sloja sa dvije podetaže..31
5.2.4. Proračun kapaciteta dobivanja, utovara i transporta...................36
5.3. Glinokop Novačica kraj Zagreba..........................................................37 5.3.1. Projektirani kapacitet i trajanje eksploatacije...............................38
5.4. Glinokop Kukljaš kraj Našica.................................................................41
5.4.1. Postojeće stanje i izgled kopa......................................................41
5.4.2. Kapacitet proizvodnje i trajanje eksploatacije..............................42
5.4.3. Dobivanje gline hidrauličnim bagerom ...................................44
5.5. Odnos tehničkog kapaciteta prema volumenu lopate..............................45
6. Zaključak...................................................................................................46
7. Literatura...................................................................................................47
8. Sažetak.....................................................................................................48
1
1. Uvod
Površinskom se eksploatacijom danas dobiva više od dvije trećine ukupne
svjetske proizvodnje mineralnih sirovina. Za dobivanje i utovar materijala na
radnim etažama površinskog kopa rabe se bageri. Prema načinu rada bageri se
dijele na bagere s cikličkim načinom rada i bagere s kontinuiranim načinom
rada.
Ciklički bageri su osnovni strojevi za dobivanje na kamenolomima, kopovima
šljunka, pijeska i glinokopima. Od cikličkih bagera danas se na površinskim
kopovima najčešće rabe hidraulični bageri lopatari i bageri tipa „dragline“.
Kapacitet cikličkog bagera najviše ovisi o obujmu lopate ili skreperske
posude, a izražava se u jedinicama m3/h, t/h, m3/smjenu, m3/godinu.
Određivanje kapaciteta cikličkih bagera od velike je važnosti za utvrđivanje što
realnijeg vremena trajanja eksploatacije. Načini izračunavanja kapaciteta polaze
od uvjeta radne sredine.
Ovim radom su opisani općenito načini eksploatacije mineralnih sirovina,
primjena cikličkih bagera u eksploataciji i kroz primjere iz prakse prikazano
određivanje tehničkog i eksploatacijskog kapaciteta cikličkih bagera.
2
2. Općenito o na činima eksploatacije mineralnih sirovina
Eksploatacija predstavlja tehnološki proces vađenja mineralnih sirovina iz
ležišta i oplemenjivanje istih. Mineralne sirovine se dobivaju površinskim,
podzemnim, podvodnim ili drugim načinima.
Površinsko dobivanje mineralnih sirovina je najstariji način, jer je prema
literaturi jedan od prvih površinskih kopova u mlađem kamenom dobu bio kop
kremena Mauer kraj Beča, otvoren oko 4000 godina prije Krista. Površinsko
dobivanje podrazumijeva vađenje mineralnih sirovina površinskim
kopovima.Prema položaju ležišta u odnosu na referentnu razinu okolnog terena,
razlikuju se sljedeći tipovi površinskih kopova:
• plitki → do cca 100 m dubine,
• duboki →do cca 1000 m dubine,
• brdski → kada se ležište nalazi iznad referentne razine terena,
• brdsko – dubinski → kada se ležište nalazi iznad i ispod referentne
razine terena.
Površinski kopovi na kojima se dobivaju građevni materijali kao tehničko-
građevni ili arhitektonski kamen, šljunak, pijesak te glina nazivaju se
kamenolomi, tupinolomi, šljunčare, pješčare i glinokopi. Stijene koje pokrivaju
mineralne sirovine predstavljaju krovinu(otkrivku), a stijene koje leže ispod
mineralne sirovine su podina nalazišta. U svrhu dobivanja mineralnih sirovina
izvode se rudarski radovi a to podrazumijeva sve radove na otkrivanju,
otvaranju i otkopavanju kako bi se mineralna sirovina iz kopa iscrpila do
projektiranih konačnih kontura. Način otkrivanja i otkopavanja odnosno
tehnologija kojom će se rudarski radovi izvoditi odabire se prvenstveno prema
fizikalno mehaničkim svojstvima mineralne sirovine i popratnih stijena ali i
radove treba izvoditi prema zadanoj godišnjoj proizvodnji te utvrđenoj dinamici i
vremenskom planu otkopavanja. Ovisno o tipu površinskog kopa odabire se
mjesto i način otvaranja, te sistem eksploatacije i vođenja čela projektiranih
rudarskih radova. Nakon što se mineralna sirovina iscrpi do konačnih kontura,
površinski kop mora biti tehnički i biološki saniran.
3
Prvi izvedbeni korak u procesu eksploatacije mineralnih sirovina je
otkrivanje. Pokrovna jalovina koja pokriva mineralnu sirovinu te jalovina unutar
mineralne sirovine zahtijevaju posebne prostore unutar ili izvan prostora
otkopavanja. Takvi prostori nazivaju se jalovišta ili odlagališta, a mogu biti
privremena ili stalna. Formiranje odlagališta na kamenolomima, kopovima
šljunka, pijeska i glinokopima izvodi se strojno. Kod privremenih jalovišta radi se
najčešće o buldozerskom preguravanju jalovine do jalovišta. Kod stalnih
jalovišta često puta se mora angažirati više vrsta strojeva, kao naprimjer
buldozeri, utovarivači, kamioni i slično.
Nakon otkrivanja slijedi otvaranje površinskog kopa, pri otvaranju ležišta
koriste se zasjeci i usjeci otvaranja a točan način otvaranja ovisi o vrsti
mineralne sirovine koja će se otkopavati, tipu površinskog kopa i topografiji
terena. Mjesto otvaranja treba izabrati tamo gdje je :
- najpovoljniji odnos krovine prema mineralnoj sirovini,
- uvjeti odvodnjavanja što povoljniji,
- omogućeno što ranije odlaganje jalovine u otkopani prostor, kako bi se
izbjegao transport otkrivke na udaljeno jalovište,
- ostvarena najkraća srednja transportna udaljenost otpreme mineralne
sirovine ili jalovine za cijeli vijek trajanja eksploatacije,
- ostvarena najveća trenutna stabilnost radnih kosina, treba izbjegavati
otvaranje i napredovanje otkopnih fronti tako da je pad slojeva u kop, ili
otvaranje na tektonski poremećenim zonama, odnosno u rudarski
nepovoljnim radnim sredinama.
Sistem eksploatacije odabiremo ovisno o topografiji terena, mjestu
otvaranja, ali najviše o vrsti i tehnologiji otkopavanja mineralne sirovine. U
rudarskoj praksi potvrdili su se slijedeći sistemi eksploatacije na kopovima
kamena, pijeska, šljunka i gline:
- odozgo prema dolje s uskim etaznim ravninama (alpska metoda),
- odozgo prema dolje s širokim etaznim ravninama,
- kombinirano.
4
Podvodna eksploatacija podrazumijeva dobivanje mineralnih sirovina ispod
vodene površine iz aluvijalnih ležišta nastalih razaranjem, transportom i
odlaganjem primarnih stijena, te ostalih potopljenih sedimentnih ležišta vrijednih
mineralnih sirovina. To su najčešće ležišta pijeska, šljunka, ugljena, ali i zlata,
srebra i dijamanata. Otkopavanje se izvodi strojno, raznim vrstama bagera
cikličkog ili kontinuiranog načina rada:
• sa obale:
- skeperskim bagerima,
- hidrauličkim teleskopskim bagerima s dubinskom lopatom,
- bagerima vedričarima,
- skreperima.
• sa vodene površine:
- plovnim bagerima→rotornim, vedričarima, usisnim(refulerima) i
grablicama,
- bagerima smještenim na brodu ili pontonu.
Kako se iskop izvodi ispod razine vode, zahvat materijala radnim elementom
(lopatom, vedricama, skreperskom posudom ili grabilicom) u dubini nije vidljiv.
Radi toga su strojevi za otkopavanje opremljeni sonarima i GIS uređajima za
praćenje pozicije uz mogućnost ispisa pozicije i konfiguracije dna na pisač.
Podzemna eksploatacija (jamsko pridobivanje) podrazumijeva dobivanje
mineralnih sirovina koje se nalaze ispod površine, a najčešće u dubljim
dijelovima Zemljine kore. Podzemna eksploatacija je složenija i zahtjevnija od
površinske jer se kopanje izvodi u podzemlju. U rudnicima (jamama) treba
uspostaviti djelotvoran sistem vjetrenja, podgrađivanja, poseban način
transporta i izvoza iskopane rude, opažanja i otkrivanja štetnih plinova i drugih
opasnosti specifičnih za podzemnu eksploataciju. Koraci u tehnološkom
procesu podzemne eksploatacije su:
• otvaranje,
• priprema,
• otkopavanje,
• otprema.[1]
5
2.1. Miniranje
Stijene otkrivke i mineralne sirovine koje su veće čvrstoće, treba u praksi
često puta minirati, jer ih se ne može otkopati strojno.
Miniranje je postupak u kojemu se detonacijom eksploziva razara i drobi
stijenska masa. Kao način dobivanja mineralnih sirovina danas ima
nezamjenjivo značenje jer se čvrste mineralne sirovine danas uglavnom
dobivaju energijom eksploziva.
Detonacija eksploziva je vrlo brza reakcija koja razvija visoki tlak, seizmičke
valove, toplinu i plinove. Eksplozija je zvučni efekt, posljedica brzog
oslobađanja mehaničke energije i topline, te pojave plinova pod visokim tlakom.
Količina oslobođene energije u jedinici vremena jest snaga, koja je jedno od
bitnih svojstava svakog eksploziva. Budući da je taj tlak veći od tlaka sredine
koja se minira, potencijalna energija eksploziva pretvara se u mehanički rad.
Posljedica tog rada je drobljenje stijenske mase.
Osnovna svrha primjene miniranja je:
• usitnjavanje stijenske mase kako bi se odminirana i usitnjena stijenska
masa mogla lako transportirati do mjesta preradbe i ugradbe,
• izrada prostorija u stijenskoj masi za temeljenje objekata, u tunelogradnji,
• selektivno dobivanje sirovina u rudarstvu, kada se miniranje izvodi za
odvajanje mineralne sirovine od jalovine, kao i pri dobivanju mineralnih
sirovina,
• specijalna miniranja koja se izvode za rušenje objekata, u cestogradnji,
pri podvodnim miniranjima i dr.
2.1.1. Eksplozivi i minersko-tehni čke značajke eksploziva
Eksplozivi su kemijski spojevi ili smjese koje detoniraju pod djelovanjem
vanjskog impulsa, koji može biti mehanički, toplinski ili eksplozivni. Nakon
početnog impulsa, eksplozivi se kemijski razlažu i prelaze u plinovito stanje, te
razvijaju visoku toplinu i tlak, koji su sposobni izvesti mehanički rad. Za
eksploziju je bitna velika količina energije koja se razvija i brzina kojom se ta
6
energija oslobađa. Prema načinu uporabe i namjeni, eksplozivi se dijele na:
inicijalne, brizantne, gospodarske, barutne i specijalne.
Primjena eksploziva u određenoj sredini i efikasnost njegovog djelovanja
ovisi o njegovim fizikalno-kemijskim i minersko-tehničkim značajkama.
Najvažnije minersko-tehničke značajke eksploziva su:
• brzina detonacije,
• brizantnost,
• snaga(radna sposobnost),
• prijenos detonacije,
• energija eksploziva,
• radni činitelj eksploziva,
• volumen plinova,
• specifični tlak,
• temperatura eksplozije,
• gustoća eksploziva,
• gustoća eksplozivnog punjenja,
• bilanca kisika,
• osjetljivost na udar i trenje,
• osjetljivost na iniciranje,
• vrijeme trajanja,
• otpornost na vodu,
• otpornost na mraz.
2.1.2. Načini miniranja stijenskih masa
Pri eksploataciji mineralnih sirovina na površinskim kopovima i
kamenolomima glavna je zadaća odabrati najpovoljniju metodu miniranja tj.
odabrati najpovoljniju vrstu eksploziva za miniranje određene vrste stijene.
Odabir metode ovisi o nizu elemenata kao što su:
• značajke ležišta ili stijenske mase,
• predviđeni kapacitet ili dinamika radova,
7
• tražena granulacija odminirane mase,
• predviđena mehanizacija,
• mjere sigurnosti pri minerskim radovima.
Ovisno o navedenim elementima, kao i ostalim mogućim specifičnim
prilikama, primjenjuju se ove metode miniranja:
• miniranje s plitkim minskim bušotinama,
• miniranje s dubokim minskim bušotinama,
• kotlovsko miniranje,
• komorno miniranje,
• sekundarno miniranje za usitnjavanje prevelikih odvaljenih komada
stijene,
• specijalna miniranja.
Plitke minske bušotine su bušotine do 6 m i promjera do 60 mm. Miniranje
plitkim minskim bušotinama primjenjuje se:
• pri otkopavanju niskih etaza,
• za rastresanje stijenske mase,
• za iskop temeljnih jama,
• za iskop plitkih usjeka i zasjeka,
• za sekundarno usitnjavanje velikih blokova odvaljene stijene,
• za dobivanje mineralnih sirovina u jamskim otkopima,
• pri izradbi podzemnih prostorija i tunela.
Duboke minske bušotine su bušotine dublje od 6 m i promjera većeg od 60
mm. Miniranje dubokim minskim bušotinama je najraširenija metoda dobivanja
čvrstih mineralnih sirovina. Primjenjuje se za miniranje svih stijena za čije se
dobivanje koristi eksploziv. Na kamenolomima prevladavaju etaže visine od 20
do 30 m, a ponegdje i do 50 m, dok na površinskim kopovima ostalih mineralnih
sirovina prevladavaju niske etaže visine 10-20 m.
Fragmentacija odminirane stijenske mase je vrlo bitna jer mora udovoljiti
utovarnim, prijevoznim i ostalim sredstvima preradbenih i ugradbenih
kapaciteta. Na fragmentaciju najviše utječu slijedeći čimbenici: geološki sklop i
8
inženjersko-geološke značajke stijenske mase, vrsta eksploziva, promjer
minskih bušotina, specifična potrošnja eksploziva, raspored bušenja minskih
bušotina, način aktiviranja minskih bušotina.[2]
2.2. Strojno dobivanje
Osnovni strojevi za kopanje i utovar stijenske mase (otkrivke i mineralne
sirovine) su bageri. Po načinu rada ih dijelimo na bagere sa diskontinuiranim
radom (ciklički) i sa kontinuiranim radom.
Bageri cikličkog načina rada, ili bageri sa jednim radnim elementom (lopatom,
grabilicom, skreperskom posudom) su osnovni strojevi za dobivanje mineralnih
sirovina na kamenolomima, kopovima šljunka, pijeska i glinokopima. Na velikim
površinskim kopovima metalnih ruda, ugljena i ostalih mineralnih sirovina oni su
uglavnom pomoćni strojevi. Bageri kontinuiranog načina rada, ili bageri sa više
radnih elemenata (vedrica) rabe se u rudarstvu na velikim površinskim
kopovima sa velikim zalihama, za kopanje raznih ruda, a poglavito ugljena i
pokrovne jalovine male, srednje ili velike čvrstoće. Zahvaljujući tehničkim
značajkama i kontinuiranosti radnog ciklusa, uporabom ovih bagera u procesu
dobivanja na površinskim kopovima postižu se ogromni dnevni, mjesečni i
godišnji kapaciteti.
2.2.1. Geotehni čki parametri radne sredine
Poznavajući radnu sredinu dolazimo do saznanja bitnih za izbor opreme,
strojeva, načina otvaranja te cijelokupne tehnologije eksploatacije mineralnih
sirovina. Za određivanje osnovnih parametara eksploatacije najbitnija su
geomehanička svojstva od stijena koje pokrivaju korisnu mineralnu sirovinu, od
korisne mineralne sirovine kao i od pratećih naslaga krovine i podine. Kao
osnovna geomehanička svojstva uzimamo: koheziju, kut unutarnjeg trenja,
gustoću, obujamsku i nasipnu masu, porozitet, rastresitost, vlažnost,
vodopropusnost, abrazivost, čvrstoću, tvrdoću, raspucanost, elastičnost,
plastičnost.
9
Kohezija (c) je posljedica veze među česticama, značajna je u glinama, a
jednaka je nuli u čistim pijescima.
Kut unutarnjeg trenja ( φ) je posljedica trenja među česticama a veći je što
su čestice tla veće, nepravilnijeg oblika, oštrijih rubova i manjeg sadržaja vode.
Gusto ća (ρ0), obujamska masa ( ρ) i nasipna masa ( ρn) su svojstva stijena
bitna kod izbora određenog stroja, a služe za proračun stabilnosti, kapaciteta,
obujma, snage i dimenzija određenog stroja.
Porozitet (n) predstavlja ukupni obujam pora u jedinici obujma stijena
izražen u postocima.
Rastresitost se prikazuje preko koeficijenta (kr) koji se izražava kao omjer
volumena stijene nakon vađenja iz prirodnog sklopa i volumena stijenske litice.
Čvrsto ća je osnovno svojstvo stijene i predstavlja otpor prema vanjskim
silama koje je žele deformirati. Razlikujemo čvrstoću na tlak, vlak, savijanje,
uvijanje i smicanje.
Tvrdo ća je otpor koji stijena pruža prodiranju nekog tvrđeg tijela, pri čemu
dolazi do plastičnog ili krtog razaranja površinskog sloja u blizini mjesta
prodiranja. Jedna od najstarijih klasifikacija je Mohsova skala koja je prikazana
tablicom 1, čiji redni brojevi predstavljaju stupanj relativne tvrdoće.
Tablica 1. Mohsova skala tvrdoće
MINERAL TVRDOĆA
TALK 1
GIPS 2
KALCIT 3
FLUORIT 4
APATIT 5
FELDSPAT 6
KVARC 7
TOPAZ 8
KORUND 9
DIJAMANT 10
10
Elasti čna i plasti čna svojstva karakterizirana su: Yung-ovim modulom
elastičnosti (E), modulom smicanja (G), obujmnim modulom elastičnosti (K) i
Poisson-ovim koeficijentom (ν).
Vlažnost i vodopropusnost su hidrofizička svojstva stijena osobito važna
kod poluvezanih (plastičnih), nevezanih (sipkih) i tekućih (žitkih) stijena.
Raspucanost stijena je veoma važna za stabilnost kosina a i kod rudarskih
strojeva zbog komadnosti i potrebne snage. Stupanj raspucanosti se određuje
vizualno fotoplanimetrijskom metodom, seizmičkim mjerenjima itd.
Abrazivnost je sposobnost stijene da troši alat i pribor (bušaće krune, zube
bagera). Stupanj abrazivnosti se određuje po količini materijala koju izgubi
cilindar etalon u standardiziranom vremenu. Klasifikacija po Baronu ima
pokazatelj za izgubljenu masu (a) u miligramima, klasifikacija je prikazana
tablicom 2.[3]
Tablica 2. Klasifikacija stijena po abrazivnosti[3]
Stupanj abrazivnosti
Pokazatelj
abrazivnosti
a[mg]
Karakteristi čne
stijene
I izrazito slabo abrazivne do 5 vapnenci,mramor,sulfidi
bez kvarca,kamena sol
II malo abrazivne 5-10 sulfidne rude,baritne
rude,argiliti
III nešto više abrazivne 10-18
serpentini,kvarcni
pješčenjaci,željezne
rude,kvarcni vapnenci
IV srednje abrazivne 18-30
sitnozrni
dijabaz,krupnozrni
pirit,sitnozrne
magmatske stijene
V znatno abrazivne 30-45 kvarcni pješčari,dioriti
VI povišeno abrazivne 45-65 magmatske
stijene,silificirani gnajs
VII visoko abrazivne 65-90 graniti,sijeniti
11
VII izrazito abrazivne >90 stijene s korundom
2.2.2. Utjecajni parametri kod procesa kopanja
Na proces kopanja utječe mnogo parametara. Najutjecajnija su fizičko-
mehanička svojstva radne sredine: čvrstoća, vlažnost, kut unutarnjeg trenja,
rastresitost, obujamska masa itd. Ostali utjecajni parametri kod procesa kopanja
su parametri radnog organa bagera, a to su:
• oblik i stanje oštrice,
• dužina i razmak zuba → dužina zuba minimalna, razmak treba biti 40-50
% debljine odreska,
• kut oštrenja zuba → za meke stijene 25-30˚,za čvrste stijene 30-35˚,
• kut rezanja → manji kut rezanja osigurava bolje rezultate,
• vlažnost → povećanjem vlažnosti opada potrebna sila kopanja, ali
nastaje ljepljenje, koje otežava proces kopanja,
• komadnost → smanjuje potrebnu silu kopanja.
Sve sile koje se suprotstavljaju procesu kopanja, tj. koje djeluju u
operacijama rezanja, punjenja i dizanja, obuhvaćene su pojmom→ otpori
kopanju.
Sile kopanja su sve one sile koje treba proizvesti na radnom organu da
savladaju sile koje sačinjavaju otpore kopanju.
2.2.3. Podjela stijena obzirom na mogu ćnost kopanja
Osnovni parametri fizičko mehaničkih karakteristika u radu bagera integrirani
su kroz obujmnu masu, koheziju i specifični otpor kopanju. Michael Brisser se
bavio klasifikacijom koja je vrlo praktična i upotrebljava se za određivanje otpora
kopanju ,tablica 3 [3]. Sve stijene su klasificirane u 9 grupa sa specifičnim
otporom kopanju kL i kF i otpornosti na tlak, gdje je:
12
kL – linearni specifični otpor kopanju, N/m
kF – planarni (površinski) specifični otpor kopanju, N/m2,Pa
Tablica 3. Klasifikacija stijena po Brisser-u[3]
GRUPA
TLA NAZIV TLA ILI STIJENA
SPECIFIČNI OTPOR
KOPANJU
OTPOR
NA TLAK
OPĆI PRIMJER kL, kNm -1 kF, MPa MPa
0 nasipi(drobina) ruda,ugljen - - -
I
meka i
rastresena(sipka)
tla
pijesak 10,0-65,0 0,04-0,13 <3,0
II prilično zbijena tla
rastresen,glinovit pijesak,fini i
srednji šljunak,vlažna ili
rastresita glina
20,0-65,0 0,12-0,25 3,8-8,0
III zbijena tla
čvrsti glinoviti pijesak,srednje
čvrsta glina,meki lignit,čvrsti
šljunak
25,0-80,0 0,20-0,38 8,0-10,0
IV veoma zbijena tla
čvrsta glina,glinoviti
šljunci,meki do srednje čvrsti
ugljen
40,0-120,0 0,30-0,50 10,0-15,0
V
polučvrste
stijene,veoma
raspucale
srednje čvrsti glinoviti škriljci,
jako čvrsta glina,
kreda,meki pješčenjak,meki
fosforit,jako meki vapnenac,
čvrsti ugljen, lignit,
teška ruda jako raspucana
55,0-160,0 0,50-0,70
15,0-20,0
15,0-30,0
<60,0
<80,0
VI
prilično čvrsta
stijena,meka
smrznuta
tla,srednje
raspucala stijena
meki vapnenac,lapor,kreda,
gips,srednje čvrsti pješčenjak,
čvrsti fosforit,
škriljavac,jako čvrst ugljen,
jako raspucana ruda
90,0-195,0
0,70-2,0
20,0-30,0
>30,0
>80,0
VII
čvrsta
stijena,srednje
čvrsta i čvrsta
smrznuta
tla,srednje
raspucana stijena
čvrsti i jako čvrsti vapnenac,
lapor,kreda,gips,čvrsti
pješčenjak,teška raspucana
ruda
140,0-260,0
1,80-5,0
30,0-60,0
VIII stijena male
raspucanosti teška,malo raspucana ruda
>80
IX praktično monolitna
teška stijena praktično monolitna teška ruda
>80
13
Na osnovi toga može se postaviti osnovni model radne sredine sa stajališta
mogućnosti kopanja.
Grupa I-IV direktno se kopa.
ρ ≤ 2,0 t/m3
kL ≤ 90 kN/m
kF ≤ 0,8 MPa
c ≤ 0,5 Mpa
Grupa V-VII djelomično se može kopati bez miniranja.
ρ ≤ 2,2 t/m3
kL ≤ 200 kN/m
kF ≤ 2.0 MPa
c ≤ 3,0 Mpa
Grupa VII-IX kopa se poslije izvršenog miniranja(vrši se utovar).
ρ > 2,2 t/m3
kL > 200 kN/m
kF > 2.0 MPa
c > 3,0 Mpa [3]
14
3. Cikli čki bageri
Bageri cikličkog načina rada, ili bageri sa jednim radnim elementom
(lopatom, grabilicom, skreperskom posudom) upotrebljavaju se u rudarstvu za
kopanje mekih i srednje čvrstih stijena, a neki od tipova bagera i za kopanje ili
utovar vrlo čvrstih stijena. Na kamenolomima, kopovima šljunka, pijeska i
glinokopima ciklički bageri su osnovni strojevi za dobivanje, dok su na velikim
površinskim kopovima metalnih ruda, ugljena, i ostalih mineralnih sirovina oni
uglavnom pomoćni strojevi. Osim toga, rabe se za utovar čvrstih mineralnih
sirovina, doziranje drobolica i mlinova, skidanje otkrivke, formiranje odlagališta,
kopanje odvodnih kanala, izradu nasipa i putova i ostale pomoćne radove.
Ciklus bagera sastoji se od punjenja lopate, okretanja u položaj istresanja,
istresanja lopate u transportno sredstvo i ponovnog okretanja u položaj
punjenja.[1]
3.1. Vrste
Dvije su osnovne vrste bagera cikličkog načina rada:
• bageri sa čvrsto priključenom lopatom,
• bageri sa slobodno zavješenom lopatom.
Razlikuju se po izgledu, tehničkim značajkama, tehnologiji rada i uvjetima
primjene, a jedina sličnost je u tomu što posjeduju jedan radni element, lopatu
odnosno skrepersku posudu, slika 1.
15
Slika 1. Vrste cikličkih bagera
Bageri sa čvrsto priključenom lopatom su a) klasični i c) hidraulički, a bageri
sa slobodno zavješenom lopatom su b) skreperski i d) bager grabilica.
Radni parametri bagera su:
• obujam lopate (m3),
• radijus kopanja Rk (m),
• radijus istresanja Ri (m),
• visina kopanja hv (m),
• dubina kopanja hd (m),
• visina istresanja hi (m).
16
Razlikujemo dvije vrste bagera s čvrsto priključenom lopatom:
• klasični,
• hidraulički.
Pored vrste pogona, osnovne karakteristične razlike između klasičnih i
hidrauličkih bagera je u pokretanju radnog organa. Radni organ kod klasičnih
bagera pokreće se užadima i vitlima i to samo kao potisna sila u jednom pravcu.
Trajektorija kopanja kod klasičnih bagera je približno kružna, bez mogućnosti
promjene, što proces kopanja svodi na struganje. Pored toga klasični bageri su
konstrurani za kopanje iznad nivelete bagera. Hidraulički bageri pomoću
hidrauličkih cilindara ostvaruju potisnu silu u dva smjera, snaga prodiranja u
stijenu ne zavisi od vlastite mase, več isključivo od potisne snage hidrauličkih
cilindara. Hidraulički pogoni se u principu sastoje od hidrauličke crpke,
spremnika za radnu tekućinu, razvodnika, hidrauličkog crijeva ili cijevi za
transport radne tekućine i hidrauličkog cilindra. Princip rada: hidraulička crpka
pokrenuta elektromotorom ubrizgava u sustav radnu tekućinu (najčešće ulje ili
emulziju) pod tlakom od 200-400 bar. Razvodnik usmjerava tekućinu prema
određenom izvršnom organu(cilindar za lopatu, cilindar za katarku i sl.). Tlak
radne tekućine se u cilindrima na principu Pascal-ovog zakona pretvara u silu
potiska. Kod hidrauličkih bagera tlak od 1 bar može ako djeluje na površinu od
1000 cm2 stvoriti silu od 1 MN, odnosno tlak od 50 bar djelovanjem na površinu
od 100 cm2 (10x10 cm) može stvoriti silu od 5 MN. Uvlačenjem i izvlačenjem
hidrauličkih cilindara postiže se željena trajektorija. Neke vrste lakših
hidrauličkih bagera manje snage imaju podvozje sa gumenim kotačima dok se
na manjim površinskim kopovima kao što su kamenolomi, šljunčare, pješčare i
glinokopi isključivo upotrebljavaju hidraulički bageri gusjeničari. Hidraulički
bageri imaju mogućnost kopanja iznad i ispod nivelete stajanja. Ovisno o
načinu kopanja kod hidrauličkih bagera razlikujemo rad s visinskom lopatom
(bager kopa odozdo prema gore), slika 2, i rad s dubinskom lopatom (bager
kopa odozgo prema dolje), slika 3. Visine etaža na manjim površinskim
kopovima koje se izrađuju hidrauličkim bagerima iznose u visinskom zahvatu do
12 m, a u dubinskom oko 9 metara.[3]
17
Slika 2. Hidraulički bager sa visinskom lopatom
Slika 3. Hidraulički bager s dubinskom lopatom
Za rad na kamenolomima, tupinolomima, šljunčarama i glinokopima volumen
lopate kreće se u rasponu od 0,5 do 3,0 m3 . Eksploatacijski kapacitet dobivanja
izravno ovisi o snazi stroja, volumenu lopate, vrsti i stanju materijala koji se
18
kopa, kutu okretanja bagera od položaja zahvata do položaja istovara
nakopanog materijala iz lopate.
Prvi tip bagera sa slobodno zavješenom lopatom je skreperski ili povlačni
bager (dragline),slika 4. Karakteristika bagera s povlačnim košem je što radne
operacije kopanja i utovara obavlja lopata koja je obješena o čeličnu užad preko
vitala i koloturnika. Drugi tip bagera sa slobodno zavješenom lopatom se naziva
bager grabilica. U rudarstvu se upotrebljavaju uglavnom za kopanje aluvijalnih
mineralnih sirovina, šljunaka i pijesaka te skidanje otkrivke.
Slika 4. Skreperski ili povlačni bager
Skreperski ili povlačni bageri izvode otkopavanje u dubinskom radu, ali se
mogu primijeniti s manjim kapacitetom i kod visinskog rada. Slobodni ovjes
posude ima prednost pri nailasku na prepreku (veći blok, panj ili slično) kod
otkopavanja. Ciklus rada je oko 20 % duži nego kod bagera s čvrsto
priključenom lopatom, iako je proces kopanja kraći. Dva su osnovna pravca
putanje povlačne lopate (skrepera) odnosno reza (zahvata); horizontalni,slika
5., kosi slika 6. Kod horizontalnog reza utrošak energije je manji, jer pri
otkopavanju nema rada na dizanju posude. Kod iste vučne sile koristi se veća
sila kopanja. Kod kosog reza ciklus rada je kraći, ali se bager poslije svakog
reza mora pomaknuti u smjeru otkopavanja. Kapacitet skreperskog bagera na
dobivanju izračunava se isto kao i kapacitet bagera s čvrsto priključenom
lopatom, obzirom da se radi o bagerima istog, cikličkog načina rada, u kojem
koraci u otkopavanju teku jedan za drugim, odnosno ciklički.
19
Slika 5. Horizontalni rez skreperskog bagera
Slika 6. Kosi rez skreperskog bagera
20
4. Kapacitet cikli čkih bagera
Kapacitet bagera izražava se u jedinicama (m3, t) i u različitom vremenskom
razdoblju (h, smjena, dan, godina).
Razlikujemo sljedeće kapacitete:
• teorijski kapacitet (Qt),
• tehnički kapacitet (Qth),
• otkopni kapacitet (Qot), za dobivanje,
• efektivni kapacitet (Qef), za transport,
• eksploatacijski kapacitet (Qeks).
Ovakva podjela omogućava promatranje stroja:
• bez opterećenja (Qt),
• sa uzimanjem fizičko-mehaničkih svojstava stijenskog masiva (Qth),
• dodavanjem sposobnosti, tehnoloških mogućnosti stroja (Qot),
• stvarnog kapaciteta u određenim uvjetima (Qeks).
4.1. Tehni čki kapacitet (Q th, m3 /h č.m.)
Predstavlja iskopanu količinu stijenske mase izraženu u m3 /h čvrstog stanja,
uzimajući u obzir fizičko-mehanička svojstva stijene, neovisno o manevarskim
gubicima vezanim za tehnologiju rada (za vrijeme tog rada). Utjecaj fizičko-
mehaničkih svojstava stijena, koje se kopaju, na tehnički kapacitet vezan je
uglavnom za: otpor kopanju, rastresitost, komadnost, abrazivnost, ljepljivost itd.
Otpor kopanju zavisi od obujma iskopanog bloka i snage radnog elementa.
Rastresitost iskopane stijene javlja se nakon njenog odvajanja od cjeline.
Sklonost komadanju ima veliki utjecaj – s povećanjem komadnosti smanjuje se
potrebna snaga radnog elementa. Sklonost stijene ljepljenju smanjuje obujam
radnog organa. U ovisnosti od tehničkih karakteristika stroja i fizičko-mehaničkih
svojstava stijenskog masiva javljaju se slijedeće mogućnosti:
• stroj radi pri punom iskorištenju snage radnog organa i s punim
iskorištenjem obujma lopate; ova mogućnost je optimalna,
21
• stroj radi pri punom iskorištenju obujma lopate, snaga pogona je
djelomično iskorištena (mnogi njemački i američki autori smatraju ovu
mogućnost optimalnom),
• stroj radi s maksimalnim iskorištenjem snage radnog organa, obujam
lopate nije potpuno iskorišten; ovo je najnepovoljnija mogućnost.[3]
Ukupno vrijeme trajanja radnog ciklusa Tc, sastavljeno je od vremena kopanja
t1, okretanja bagera radi istresanja t2, istresanja iskopanog materijala u
transportno sredstvo t3, te ponovnog oktretanja radi povrata na čelo radilišta t4:
Tc= t1 + t2 + t3 + t4 , (s)[1]
Tehnički kapacitete Qteh cikličkog bagera se računa prema izrazu:
rc
plteh kT
kVQ
⋅⋅⋅
=3600
gdje je: V1 – volumen lopate, (m3),
kp – koeficijent punjenja lopate,
Tc – ukupno vrijeme trajanja radnog ciklusa, (s),
kr – koeficijent rastresitosti iskopanog materijala, tablica 4.
Tablica 4. Koeficijenti rastresitosti[3]
STIJENA KOEFICIJENT k r
pijesak 1,08 - 1,17
pješ čar, šljunak 1,15 - 1,30
komadne mekane stijene 1,25 - 1,35
komadne polu čvrste stijene 1,30 - 1,40
polu čvrste stijene 1,35 - 1,45
čvrste stijene 1,40 – 1,50
22
4.2. Eksploatacijski kapacitet
(Qeks, m3/ smj, m 3/ dan, m 3/ mj, m3/ god č.m.)
To je iskopana stijenska masa u čvrstom stanju. Osim čimbenika uzetih u
obzir pri izračunavanju (Qot), uzimaju se u obzir svi čimbenici koji utječu na rad
stroja (neregularnost fronte rada, prelazi s etaže na etažu, organizacijski
problemi itd.). Eksploatacijski kapacitet je srednji kapacitet stroja u određenom
vremenskom razdoblju.
Eksploatacijski kapacitet cikličkih bagera računa se prema izrazu:
Qeks= Qteh * kv * T, (m3/ smj)
gdje je: Qteh – tehnički kapacitet cikličkog bagera, (m3/ h),
kv – koeficijent vremenskog iskorištenja smjene,
T – vrijeme trajanja smjene (h).[3]
23
5. PRIMJERI IZ PRAKSE
5.1 Glinokop Re čica kraj Karlovca
5.1.1. Postoje će stanje i izgled kopa
Slika 7. Postojeće stanje i izgled dijela glinokopa Rečica
Postojeće stanje i izgled kopa vidljivo je dijelom iz priložene slike 7. Iz
priložene fotografije, terenskog obilaska i situacijske karte glinokopa trenutno
stanje i izgled kopa opisuje se kako slijedi:
Promatrajući tlocrtno, unutar postojećeg smanjenog eksploatacijskog polja
Rečica razvijen je sustav od 3 bagerske etaže. Taj sustav će svoju završnu
formu postići prema rješenjima iz ovog projekta kako po prostoru tako i po
dubini. Visine pojedinih radnih etaža iznose 3 odnosno 4 metra, a nagibi radnih
kosina 50 0. Najviša točka terena 113,77 m.n.v. koja se eksploatacijom
obuhvaća nalazi se u jugoistočnom dijelu, dok je najniža kota 102,55 m.n.v.
locirana u postojećem iskopu na osnovnom platou najniže etaže u sjevernom
24
dijelu glinokopa. Otkopavanju gline predhodi skidanje jalovog pokrova koje se
izvodi hidrauličkim bagerom, a kao pomoćni stroj koristi se i buldozer.
Buldožerom se prigurava jalovina, ravnaju međuetažne ravnine i putovi koji
povezuju višeležeće etaže. Skinuta jalovina bagerom se utovaruje u kamione
istresaće.Iskopana glina odvozi se kamionima istresačima na odležavalište u
krugu tvornice. Odležavalište je od glinokopa udaljeno cca 8 kilometara.
5.1.2. Dobivanje gline hidrauli čkim bagerom
Eksploatacijski kapacitet i nadnice
Dobivanje i utovar gline u kamione istresače obavljati će hidraulični bager
cikličkog načina rada sa čvrsto priključenom lopatom, tip HYUNDAI 250,
zapremina utovarne lopate 1,8 m3.
Satni kapacitet bagera Qb pri tomu je ( metoda dr. P. Kiehla):
Qb=(3600*Vlb*kp*ko*ki*kl*ks*kz):tb=(3600*1,8*0,85*0,70*0,95*1,00*0,95*0,85):25
Qb= 117,6 m3/h → usvaja se 117 m3/h
gdje su:
kp=0,85 -koeficijent punjenja lopate bagera kreće se u granicama 0,84
do 1,30 zavisno o vrsti i granulaciji iskopine,
ko=0,70 -koeficijent zakretanja za 90o i iskop (kreće se od 0,65 do 1,35
zavisno o kutu zakretanja (0 do 210o) bagera prilikom
istresanja),
ki=0,95 -koeficijent istresanja (0,58 do 1,00) zavisi o tome gdje se
istresa (utovara), istresanje na kamion u istoj razini,
kl=1,0 -koeficijent podešenosti ležaja, kreće se od 0,95 (kratko) do
1,05 (dugo) ,
25
ks=0,95 -koeficijent koji uzima u obzir odnos zapremine sanduka
kamiona i zapremine lopate bagera,
kz=0,85 -koeficijent stanja oštrice zuba lopate (maksimalno može biti
1,00 a učinkovitost može pasti i za 50%) ,
tb=25 s -vrijeme potrebno za jedan ciklus bagera ,
Vlb=1,8 m3 -zapremina lopate bagera gusjeničara.
Godišnji efektivni sati rada bagera hb na dobivanju i utovaru gline za proizvodnju
200 000 m3 godišnje:
hg = ( Qg * kr * kn ) / Qb = ( 200 000 * 1,2 * 1,2 ) / 117 = 2 461,54 usvaja se 2 462
sata.
Qg=200 000 m3 - projektirana godišnja proizvodnja u sraslom stanju
kn=1,20 - koeficijent neusklađenosti proizvodnje (bagera i kamiona).
Ako se uzme u obzir da je godišnji fond sati 1 600 izlazi da je za
otkopavanje gline godišnje potrebno:
2462 / 1 600 = 1,54 bagera, usvaja se 2 bagera tipa HYUNDAI 250,
zapremine utovarne lopate 1,8 m3.
Utrošak goriva i maziva za rad hidrauli čnog bagera
U tablici broj 5 iskazan je godišnji utrošak goriva i maziva za rad oba
hidraulična bagera cikličkog načina rada sa čvrsto priključenom lopatom na
otkopavanju gline, tip HYUNDAI 250, zapremina utovarne lopate 1,8 m3.
26
Tablica 5.
BAGER Diesel
gorivo
Motorno
ulje
Diferencijalno
ulje
Hidrauli čno
ulje
Lis 3
Normativ(kg/h) 24 0,20 0,1 0,1 0,05
UKUPNO (kg/g) 59 088 493 247 247 124
5.2. Glinokop Slavonka kraj Vinkovaca
5.2.1. Postoje će stanje i izgled kopa
Postojeće stanje i izgled kopa se prikazuje fotografijama u nastavku projekta, i priloženom smanjenom situacijskom kartom glinokopa.
Slika 8. Skidanje humusa, kota 96 mnv
27
Slika 9. Kolosijek za bager vjedričar
Slika 10. Donji plato na kotama 85 i 87 mnv
28
Slika 11. Detalj odvodnjavanja
Slika 12. Stanje rudarskih radova na kopu Slavonka, veljača 2008. Godine
Iz priloženih fotografija i umanjene situacijske karte trenutno stanje i izgled kopa
opisuje se kako slijedi:
29
Ukupna površina odobrenog eksploatacijskog polja iznosi 26,37 ha. Prema
Glavnom rudarskom projektu iz 1997. godine, završnim kosinama treba biti
obuhvaćeno približno 680 m duljine tog polja. Širina projektiranog zahvata se
mijenja, od početnih 310 m uz južnu, do 410 m uz sjevernu granicu kopa.
Dosadašnjim eksploatacijskim radovima zahvat ima slijedeće prostorne
dimenzije:
1. U JALOVINI
Duljina zahvata, u smjeru otkopavanja (JZ - SI) iznosi približno 200 metara.
Širina zahvata iznosi 310 m. To znači, da je do krajnje sjeverne granice kopa
preostalo 480 m duljine jalovog pokrova. Trenutno, radovi na skidanju otkrivke
prethode prosječno 45 m radovima na otkopavanju.
2.U GLINI
Duljina zahvata u smjeru otkopavanja (JZ – SI) iznosi od 120 do 130 metara.
Širina zahvata iznosi prosječno 300 metara. Prosječna širina donjeg platoa I
etaže iznosi 110 m. Taj plato je na promjenljivim kotama od 87 do 85 m.n.v.
Glineni sloj 87/85 m.n.v. je također kvalitete koja se može uporabiti u
proizvodnji crijepa.
U krajnjem jugoistočnom dijelu kopa, gdje je smješten i sustav odvodnje,
započeti su rudarski radovi na otkopavanju eksploatabilnog (korisnog) sloja T-8
od kote 85 m.n.v. na niže. Taj dio kopa trenutno je potopljen. Izrađeni sustav
odvodnih kanala gravitacijski odvodi nakupljenu vodu u vodosabirnik, odakle se
prepumpava u grabu Ervenicu.
5.2.2. Koncepcija projektnog rješenja napretka fron te rudarskih radova
na otkrivanju i dobivanju u smjeru otkopavanja
Donji glineni sloj (GLINA II, sloj T - 8) označen je u Glavnom rudarskom
projektu kao II etaža, a zbog svoje važnosti (eksploatabilni, korisni sloj) je
najmjerodavniji pri utvrđivanju godišnjeg napretka fronte rudarskih radova u
smjeru otkopavanja. Nalazi se na prosječnim kotama 87,00/85,00 m.n.v. / 79,00
30
m.n.v. Kada se uzme u obzir planiran godišnji iskop od 40 000 m3 gline
podetažom 85/79 m.n.v. i potrebnih 12 500 m3 gline podetažom 87/85 m.n.v. u
sraslom stanju, prosječna duljina otkopne fronte etaže II od 265 metara za cijeli
vijek eksploatacije (vidi kartu završnih kosina glinokopa iz rudarskog projekta,
prilog 7),i preostale otkopne količine od cca 1 100 000 m3, izlazi da je:
• životni vijek kopa prema gore datim podacima 1 100 000/40 000 = 27,5
godina,
• prosječno godišnje napredovanje čela radilišta podetažama 87/85 i
85/79 m.n.v. u smjeru otkopavanja jugozapad-sjeveroistok:
52 500 / (265 . (87,00 - 79,00)) = 24,7 metara.
Gornji glineni sloj (GLINA I) je označen u Glavnom rudarskom projektu kao I
etaža, i nalazi se na prosječnim kotama 96,00 m.n.v./ 87,00 m.n.v. Ukupnog je
preostalog volumena oko 1 955 000 m3. Kada se ta količina podijeli sa
trajanjem otkopnih količina donjeg sloja za razdoblje od 27,5 godina, izlazi da
treba godišnje vjedričarima otkopati oko 71 090 m3. To nadalje znači, da
prosječno godišnje napredovanje čela radilišta gornjom (I) etažom prema
geometrijskim elementima sa visinom 9 metara i prosječnom duljinom otkopne
fronte od 340 m treba biti:
71 090/ 340 . 9 = 23,2 metra.
Jalovi pokrov (humus) ukupnog je preostalog volumena od oko 85 000 m3. To
znači, da godišnje treba odstraniti:
85 000 / 27,5 = 3 090 m3 jalovine.
Ako se uzme u obzir prosječna širina eksploatacijskog polja od 380 metara, i
prosječna debljina jalovog pokrova 0,5 metara, izlazi da godišnje otkopavanju
treba prethoditi skidanje jalovog pokrova u širini od 16,3 metra.
Kako je trenutni napredak na skidanju jalovog pokrova u smjeru otkopavanja
oko 45 metara, zaključuje se da je godišnje napredovanje skidanja otkrivke od
16,3 metra koje prethodi otkopavanju, sasvim dovoljno za nesmetano odvijanje
planiranih radova na dobivanju.
31
Na osnovi gore izračunatih vrijednosti, u ovom projektu usvajaju se osnovne
geometrijske veličine napredovanja fronte rudarskih radova u smjeru
otkopavanja na gliništu Slavonka kako slijedi:
• godišnje napredovanje radova na skidanju otkrivke koji predhode
radovima na otkopavanju iznosi 16,0 metara,
• godišnje napredovanje fronte rudarskih radova na otkopavanju gline II
(glina II) i I (glina I) etažom iznosi prosječno 24,0 metra.
Kako bi se uspostavio gore dati režim eksploatacije, potrebno je prethodno
otkopavanjem donjeg glinenog sloja, sanirati stanje II etaže ( 87-85/79 m.n.v.).
To podrazumjeva radove na iskopu II etaže, sa dvije podetaže 87/85 i 85/79
m.n.v.. Na taj će se način formirati međuetažna ravnina na koti 85 m.n.v.
optimalne širine 30 m.
5.2.3. Razrada otkopavanja donjeg glinenog sloja sa dvije podetaže 87/85
m.n.v. I 85 / 79,00 m.n.v.
Kako bi se tehnološki proces otkopavanja, utovara, transporta i odvodnjavanja
optimirao, potrebno je sukladno odabranom načinu dobivanja odrediti osnovne
geometrijske veličine glinokopa.
Prora čun potrebne (optimalne) širine me đuetažne ravnine na koti 85 m.n.v.
Optimalnom širinom etažne ravnine pri zadanoj duljini fronte rudarskih radova
se slivna površina, a izravno time povezana količina voda koje treba prepumpati
u grabu Ervenica smanjuje na najmanju moguću mjeru. Širina etažne ravnine
ovisi o tehničkim značajkama i mogućnostima radnog stroja, sigurnosnom
razmaku od ruba etaže, prilazu kamiona za utovar i potrebnom radijusu
okretanja.
32
Stroj na otkopavanju – hidraulički bager lopatar cikličkog načina rada
KOMATSU PC450/LC-8 HD, ili sličnih tehničkih značajki, slika 13.
Slika 13. hidraulički bager lopatar cikličkog načina rada KOMATSU PC450/LC-8
HD
33
34
Slika 14. Shema rada bagera u dubinskom zahvatu
35
Prema datim tehničkim značajkama odabranog stroja na dobivanju - KOMATSU
PC450/LC-8 HD, usvaja se širina međuetažne ravnine prema proračunu u
nastavku.
Slika 15. Minimalna širina etažne ravnine
Širina etažne ravnine određuje se prema izrazu:
Brer = s + x + bss + bb+ bs, (m),
gdje je:
Brer – širina etažne ravnine (m),
s – radna širina bloka bagera vjedričara (rez + ljestva s vjedricama) 1,5 (m),
x – širina obrušavanja 12,0 (m),
bss – sigurnosna širina između ruba obrušenog materijala i bagera, u praksi se
uzima obično 2,0 (m),
bb – duljina bagera 7,0 (m),
bs – širina pojasa sigurnosti od ruba etaže, 1,5 (m),
H – visina etaže 9,0 (m),
α - kut nagiba radne etaže 33,5 ( 0 ),
β - kut obrušavanja ( 0 ),
γ - kut zarušavanja ( 0 ).
36
Prema tomu, širina međuetažne ravnine iznosi:
Brer = 1,5 + 12,0 + 2,0 + 7,0 +1,5 = 24,0 m.
Kako je u Glavnom rudarskom projektu definirana minimalna širina radne
međuetažne ravninme od 30 metara, tako se i ovim Pojednostavljenim
rudarskim projektom radi uklapanja u projektna rješenja usvaja širina
međuetažne ravnine:
Brer = 30,0 metara.
5.2.4 Prora čun kapaciteta dobivanja, utovara i transporta
Tehnički kapacitet cikličkog bagera KOMATSU PC450/LC-8 HD volumena lopate 2,76 m3 u dubinskom zahvatu na podetaži 87/85 m.n.v.
rc
plteh kT
kVQ
⋅⋅⋅
=3600
= 229 m3/h
gdje je: Vl - volumen lopate, 2,76 ( m3 ),
kp – keficijent punjenja lopate, 0,9,
Tc – ukupno vrijeme trajanja radnog ciklusa bagerovanja, 30 (s),
kr – koficijent rastresitosti iskopanog materijala 1,3.
Eksploatacijski kapacitet bagera računa se prema izrazu:
Qekspl. = Qteh. . kv
. T = 229 . 0,9 . 8 = 1648 m3/smjenu
gdje je : Qteh – tehnički kapacitet bagera cikličkog načina rada (m3/h),
kv – koeficijent vremenskog iskorištenja smjene, 0,9
T - vrijeme trajanja smjene, 8 sati.
37
Tehni čki i eksploatacijski kapacitet na dobivanju gline p odetažom 85/79
m.n.v. u po četnoj fazi radova na dobivanju
U postojećoj odnosno početnoj fazi dobivanja na kopu, se iskopana glina sa
podetaže 85/79 m.n.v. ne utovaruje izravno u kamion na mjestu iskopa, već se
napunjenom bagerskom lopatom prevozi u prosječnoj duljini od 30 m do mjesta
istovara u kamione (transportni put na koti 87 m.n.v.), južno od postojećeg
transportnog puta, prilog 1. Vrijeme ciklusa bagera povećava se sa 30 na 75 s, i
zbog toga se tehnički i eksploatacijski kapacitet bagera reduciraju sa 30/75 =
0,4.
Prema tomu je:
Qteh = 229 . 0,4 = 92 m3 / h, odnosno:
Qsmj = 1648 . 0,4 = 659 m3 / smjenu.
5.3. Glinokop Nova čica kraj Zagreba
Ležište ciglarske gline “Novačica” smješteno je sjeverno od ceste Sesvete-
Dugo Selo, oko 1 km sjeveroistočno od centra Sesveta, odnosno oko 12 km od
Zagreba, prilog br. 1. Nadmorska visina ležišta je između 135 i 149 m. Cesta
Sesvete-Dugo Selo je na ovom potezu na razini cca 112 m n.m., a najniža
točka gliništa je 135 m n.m.. Teren se prema sjeveru lagano diže, tako da je
najviša kota terena kod S-46 i S-47, a dalje preko Friganovog polja, prema
naselju Popovec ima blagi pad. Glinište je s istočne strane omeđeno šumama,
dok je prema sjeveru i jugu otvoreno. Istočni jarak je duboko usječen u teren,
proteže se gotovo kroz cijelu dužinu ispitanog terena. Prema jugu, tj. Kobiljaku
potok ima blagi pad, a jarak se proširuje u dolinu. Ovaj potok se ispod Kobiljaka
veže na postojeće vodotoke, kojima se voda slijeva prema jugu, tj. prema rijeci
Savi. Potok s istočne strane može poslužiti za odvodnju površinskih voda s
gliništa.
38
5.3.1 Projektirani kapacitet i trajanje eksploataci je
Projektnom zadaćom predviđena je godišnja proizvodnja od 50 000 m3 ciglarske gline u sraslom stanju za prve tri godine iskopavanja, a nadalje do kraja životnog vijeka kopa godišnje se predviđa iskopavati 200 000 m3 ciglarske gline u sraslom stanju, tijekom 250 radnih dana godišnje u jednoj ili jednoj produženoj smjeni za dnevne vidljivosti.
U tablici broj 6 data je smjenska i godišnja proizvodnja gline u sraslom i rastresitom stanju.
Tablica 6.
PROIZVODNJA SMJENSKA GODIŠNJA
sraslo, m3 200 800 50 000
200 000
rastresito, m3 240 960 60 000
240 000
kr = 1,2 - koeficijent rastresitosti.
Trajanje eksploatacije obzirom na obračunate otkopne količine od 5 606 497 m3
i projektiranu godišnju proizvodnju za prve tri godine u visini od 150 000 m3, a
nadalje do završetka eksploatacije od 200 000 m3 u sraslom stanju biti će
prema ovom projektu:
5 456 497 / 200 000 + 3 godine = 27,28 + 3 = 30,28 godina, usvojeno 30.
Dobivanje i utovar gline u kamione istresače obavljati će se hidrauličnim
bagerom lopatarom, tipa Poclain Casse 1288, ili sličnim, volumena lopate 1,5
m3.
Proračun veli čina dobivanja i utovara
Satni kapacitet bagera na iskopu i utovaru gline Qb [ metoda dr. P. Kiehla]:
Qb=(3600*Vlb*kp*ko*ki*kl*ks*kz):tb=(3600*1,5*0,85*0,70*0,95*1,00*0,95*0,85):25 =
Qb=98,59 m3/h ⇒ usvaja se 98 m3/h
39
gdje su:
kp=0,85 -koeficijent punjenja lopate bagera kreće se u granicama
0,84 do 1,30 zavisno o vrsti i granulaciji iskopine
ko=0,70 -koeficijent zakretanja za 90o i iskop (kreće se od 0,65 do
1,35 zavisno o kutu zakretanja (0 do 210o) bagera
prilikom istresanja)
ki=0,95 -koeficijent istresanja (0,58 do 1,00) zavisi o tome gdje se
istresa (utovara), istresanje na kamion u istoj razini
kl=1,0 -koeficijent podešenosti ležaja, kreće se od 0,95 (kratko)
do 1,05 (dugo)
ks=0,95 -koeficijent koji uzima u obzir odnos zapremine sanduka
kamiona i zapremine lopate bagera
kz=0,85 -koeficijent stanja oštrice zuba lopate (maksimalno može biti 1,00 a učinkovitost može pasti i za 50%)
tb=25 s -vrijeme potrebno za utovar kamiona
Vlb=1,5 m3 -zapremina lopate bagera gusjeničara
Težina materijala u lopati bagera G b
Gb=kp*Vlb*ρr=0,85*1,5*1,67 = 2,13 tone
ρr=1,67 t/m3 -gustoća gline u rastresitom stanju
ρr=ρ:kr=2,0:1,2 = 1,67 t/m3
ρ=2,0 t/m3 -prostorna masa gline
kr=1,2 -koeficijent rastresitosti gline
Broj lopata bagera potrebnih za punjenje kamiona - po zapremini sanduka n z
nz=Vk:(kp*Vlb)=16 : (0,85*1,5)=12,50 usvaja se 13 lopata.
Vk=16,0 m3 -poravnata zapremina sanduka kamiona Mercedes
Actros tip 4143
40
Stvarna zapremina materijala u kamionu V ks
Vks=npk*Vlb*kp=13,0*1,5*0,85=16,58 m3
Stvarna težina materijala u kamionu G ks
Gks=npk*Gb=13*2,13=27,69 tona
Vrijeme utovara kamiona t uk
58,560
101325
60
)(=+∗=
+∗= ppku
uk
tntt minuta
tu=25s -vremenski ciklus bagera
tp=10s -vrijeme prilaska kamiona
Godišnji efektivni sati rada bagera h b na dobivanju i utovaru gline:
- za proizvodnju 50 000 m3 godišnje
sati 789 se usvaja 47,78998
29,12,150000*⇒=∗∗=
∗= sati
Q
kkQh
b
nrgb
Qg=50 000 m3 - projektirana godišnja proizvodnja u sraslom stanju
kn=1,29 - koeficijent neusklađenosti proizvodnje (bagera i kamiona).
Uz 250 radnih dana godišnje i 10 satno efektivno radno vrijeme trajanja smjene,
iskorištenje bagera na dobivanju i utovaru gline iznosi:
789/250 = 0,32 odnosno 32 %.
- za proizvodnju 200 000 m3 godišnje
sati 3158 se usvaja 157,89398
29,12,1200000*⇒=∗∗=
∗= sati
Q
kkQh
b
nrgb .
To znači, kada se proizvodnja u 4. godini poveća na 200 000 m3 gline u sraslom
stanju, treba u rad na dobivanju uključiti bager volumena lopate minimalno 2,0 m3,
ili po potrebi dva bagera gore opisanih karakteristika volumena lopate 1,5 m3.
41
5.4. Glinokop Kukljaš kraj Našica
5.4.1. Postoje će stanje i izgled kopa
Postojeće stanje i izgled kopa vidljivo je dijelom iz priložene slike 16.
Slika 16. Postojeće stanje i izgled dijela glinokopa Kukljaš.
Iz priložene fotografije, terenskog obilaska i situacijske karte glinokopa trenutno
stanje i izgled kopa opisuje se kako slijedi: Najviša točka terena 148,50 m.n.v.
nalazi se u jugozapadnom dijelu, dok je najniža kota odvodnog kanala 116,93
m.n.v. locirana na na sjeverozapadu kopa. Odvodnjavanje glinokopa provodi se
uspješno nagnutošću osnovnog platoa u smjeru sjeverozapada i iskopanim
kanalima, kojima se nakupljene oborine odvode u kanal za odvodnju.
Promatrajući tlocrtno, unutar vanjske granice obračuna C1 rezervi razvijen je
sustav od 4 do 5 bagerskih etaža. Taj sustav će svoju završnu formu postići
prema rješenjima iz ovog projekta kako po prostoru tako i po dubini. Naime,
ovim projektom se definira otkopavanje gline do granice C1 rezervi unutar
odobrenog eksploatacijskog polja, sa najnižom kotom otkopavanja koja je
prema dodatnim geološkim istraživanjima na 117 m.n.v.
42
5.4.2. Kapacitet proizvodnje i trajanje eksploataci je
Predviđena godišnja proizvodnja iznosi 100 000 m3 gline u sraslom stanju tijekom 250 radnih dana godišnje u jednoj ili jednoj produženoj smjeni za dnevne vidljivosti.
U tablici broj 7 data je smjenska i godišnja proizvodnja gline u sraslom i
rastresitom stanju.
Tablica 7.
PROIZVODNJA
m3
SMJENSKA
m3
GODIŠNJA
m3
GLINA
sraslo
400 100 000
rastresito
480 120 000
kr = 1,2 - koeficijent rastresitosti
Trajanje eksploatacije obzirom na obračunate eksploatacijske rezerve od 1 666 127 m3 i projektiranu godišnju proizvodnju u visini od 100 000 m3 u sraslom stanju biti će prema ovom projektu:
1 666 127 / 100 000 = 16,67 godina, usvojeno 17 godina.
Skidanje i utovar otkrivke
Na skidanju u utovaru otkrivke u kamione istresače raditi će hidraulični bager cikličkog načina rada sa čvrsto priključenom lopatom, tip Caterpillar, model 330 CL.
Satni kapacitet bagera Qb pri tomu je [ metoda dr. P. Kiehla]:
Qb=(3600*Vlb*kp*ko*ki*kl*ks*kz):tb=(3600*2,1*0,85*0,70*0,95*1,00*0,95*0,85):25 =
Qb= 138,03 m3/h ⇒ usvaja se 138 m3/h
gdje su:
kp=0,85 -koeficijent punjenja lopate bagera kreće se u granicama
43
0,84 do 1,30 zavisno o vrsti i granulaciji iskopine
ko=0,70 -koeficijent zakretanja za 90o i iskop (kreće se od 0,65 do
1,35 zavisno o kutu zakretanja (0 do 210o) bagera
prilikom istresanja)
ki=0,95 -koeficijent istresanja (0,58 do 1,00) zavisi o tome gdje se
istresa (utovara), istresanje na kamion u istoj razini
kl=1,0 -koeficijent podešenosti ležaja, kreće se od 0,95 (kratko)
do 1,05 (dugo)
ks=0,95 -koeficijent koji uzima u obzir odnos zapremine sanduka
kamiona i zapremine lopate bagera
kz=0,85 -koeficijent stanja oštrice zuba lopate (maksimalno može biti 1,00 a učinkovitost može pasti i za 50%)
tb=25 s -vrijeme potrebno za jedan ciklus bagera
Vlb=2,1 m3 -zapremina lopate bagera gusjeničara
Ukupna količina otkrivke koju treba skinuti sa postojećeg odlagališta te razastrijeti
i poravnati unutar glinokopa iznosi 121 374 m3. Prema dinamici otkopavanja izlazi
da će se taj posao izvršiti u 4,5 godine, tako da će:
godišnji efektivni sati rada bagera hb na skidanju i utovaru otkrivke za m3 godišnje:
hg = ( Qg * kr * kn ) / Qb = ( 26 972 * 1,2 * 1,2 ) / 138 = 281,45 usvaja se 282 sata.
Qg=26 972 m3 - godišnja količina otkrivke
kn=1,20 - koeficijent neusklađenosti proizvodnje (bagera i kamiona).
44
5.4.3. Dobivanje gline hidrauli čnim bagerom
Eksploatacijski kapacitet i nadnice
Dobivanje i utovar gline II u kamione istresače obavljati će hidraulični bager
cikličkog načina rada sa čvrsto priključenom lopatom, tip Caterpillar, model 330
CL.
Satni kapacitet bagera Qb [ metoda dr. P. Kiehla] izračunat je u prethodnom
poglavlju:
Qb= 138,03 m3/h ⇒ usvaja se 138 m3/h
Godišnji efektivni sati rada bagera hb na dobivanju i utovaru gline za proizvodnju
100 000 m3 godišnje:
hg = ( Qg * kr * kn ) / Qb = ( 100 000 * 1,2 * 1,2 ) / 138 = 1 043,5 usvaja se 1 044
sati.
Qg=100 000 m3 - projektirana godišnja proizvodnja u sraslom stanju
kn=1,20 - koeficijent neusklađenosti proizvodnje (bagera i kamiona).
Utrošak goriva i maziva za rad hidrauli čnog bagera
U tablici broj 8 iskazan je godišnji utrošak goriva i maziva za rad hidrauličnog
bagera cikličkog načina rada sa čvrsto priključenom lopatom, tip Caterpillar,
model 330 CL na dobivanju i utovaru gline II u kamione istresače.
Tablica 8.
DIZEL AGREGAT
Diesel
gorivo
Motorno
ulje
Diferencijalno
ulje
Hidrauli čno
ulje
Lis 3
Normativ(kg/h) 22 0,15 0,09 0,09 0,03
UKUPNO (kg/g) 22 968 157 94 94 4
45
5.5. Odnos tehni čkog kapaciteta prema volumenu lopate
Na temelju prethodno navedenih primjera iz prakse prikazati ćemo odnos tehničkog kapaciteta prema volumenu lopate bagera, slika 17. Vrijednosti tehničkih kapaciteta i volumena lopata bagera prikazane su u tablici 9.
Tablica 9.
Tehni čki kapacitet Q teh, (m3/h)
Volumen lopate V l, (m3)
Glinokop Novačica 153 1,5 Glinokop Rečica 183 1,8 Glinokop Kukljaš 214 2,1
Glinokop Slavonka 229 2,76
Slika 17. Odnos tehničkog kapaciteta prema volumenu lopate
46
6. Zaklju čak
Mineralne sirovine su osnova razvoja svakoga modernog društva. Broj stanovništva na Zemlji raste a s time i potražnja za energijom i mineralnim sirovinama. Stoga svjetsko rudarstvo mora kontinuirano povećavati proizvodnju mineralnih sirovina kako bi bilo spremno pratiti porast svjetske potražnje energije.
Površinsko dobivanje je najstariji način dobivanja mineralnih sirovina. Površinski kopovi na kojima se dobivaju građevni materijali kao tehničko-građevni ili arhitektonski kamen, šljunak, pijesak te glina nazivaju se kamenolomi, tupinolomi, šljunčare, pješčare i glinokopi.
Na takvim manjim kopovima bageri cikličkog načina rada su osnovni strojevi za dobivanje, dok su na velikim površinskim kopovima metalnih ruda, ugljena i ostalih mineralnih sirovina oni uglavnom pomoćni strojevi.
Određivanje tehničkog i eksploatacijskog kapaciteta cikličkih bagera od velike je važnosti za utvrđivanje godišnje proizvodnje i vremenskog plana otkopavanja.
Kroz primjere iz prakse u radu je prikazano kako možemo odrediti tehnički i eksploatacijski kapacitet cikličkih bagera. Na temelju stvarnih podataka iz tih primjera prikazan je odnos tehničkog kapaciteta prema volumenu lopate ciličkog bagera.
47
7. Literatura:
[1] Mesec, J. (2009): Mineralne sirovine vrste i načini dobivanja,
Sveučilište u Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin
[2] Božić, B. (1998): Miniranje u rudarstvu, graditeljstvu i geotehnici,
Sveučilište u Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin
[3] Živković, S. i Galić, I. (1999): Rudarski strojevi,
Sveučilište u Zagrebu, Rudarsko-geološko-
naftni fakultet zavod za rudarstvo i
geotehniku, Zagreb
48
8. Sažetak
Ime i prezime autora: Luka Osrečak
Naslov rada: Određivanje tehni čkog i eksploatacijskog kapaciteta cikli čkih
bagera
Eksploatacija predstavlja tehnološki proces vađenja mineralnih sirovina iz
ležišta i oplemenjivanje istih. Mineralne sirovine se dobivaju površinskim,
podzemnim, podvodnim ili drugim načinima. Površinsko dobivanje
podrazumijeva vađenje mineralnih sirovina površinskim kopovima. Za dobivanje
i utovar materijala na radnim etažama površinskog kopa rabe se bageri. Prema
načinu rada bageri se dijele na: bagere s cikličkim načinom rada i bagere s
kontinuiranim načinom rada. Bageri sa cikličkim načinom rada su osnovni
strojevi za dobivanje na kamenolomima, kopovima šljunka, pijeska i
glinokopima. Dvije su osnovne vrste bagera cikličkog načina rada:
• bageri sa čvrsto priključenom lopatom,
• bageri sa slobodno zavješenom lopatom.
U svrhu utvrđivanja vremenskog plana otkopavanja određuje se tehnički i
eksploatacijski kapacitet bagera. Tehnički kapacitet (Qteh) predstavlja iskopanu
količinu stijenske mase izraženu u m3 /h čvrstog stanja, uzimajući u obzir fizičko-
mehanička svojstva stijene, neovisno o manevarskim gubicima vezanim za
tehnologiju rada. Eksploatacijski kapacitet (Qeks) je iskopana stijenska masa u
čvrstom stanju. Osim čimbenika uzetih u obzir pri izračunavanju (Qot, otkopni
kapacitet), uzimaju se u obzir svi čimbenici koji utječu na rad stroja
(neregularnost fronte rada, prelazi s etaže na etažu, organizacijski problemi
itd.). Eksploatacijski kapacitet je srednji kapacitet stroja u određenom
vremenskom razdoblju. Kroz primjere iz prakse prikazano je određivanje
tehničkog i eksploatacijskog kapaciteta cikličkih bagera.
Klju čne rije či: eksploatacija mineralnih sirovina, ciklički bageri, tehnički
kapacitet, eksploatacijski kapacitet
49