Открытые горные работы Лекция 3 Выемка и погрузка горных пород

Технологические схемы выемки и погрузки

Выемочно-погрузочные работы на карьерах заключаются в перемещении горной массы из забоя в средства транспорта или в отвал при помощи специального оборудования. Экскавационные машины цикличного и непрерывного действия широко применяются в качестве выемочно-погрузочного оборудования.

Машины цикличного действия, такие как одноковшовые экскаваторы, погрузчики, колесные скреперы и бульдозеры, имеют рабочий орган, состоящий из одного ковша или режущего инструмента (лемеха бульдозера), который периодически выполняет функции выемки и перемещения горной массы.

Машины непрерывного действия, например многоковшовые цепные и роторные экскаваторы, имеют рабочий орган, состоящий из нескольких ковшей, перемещающихся по замкнутой траектории и создающих непрерывный поток груза.

Забой представляет собой торец, откос или площадку на уступе. Забои могут быть однородными, если горные породы имеют одинаковые свойства, или разнородными, если свойства пород различаются. Разработка простых забоев осуществляется валовым способом, а в сложных забоях, содержащих различные сорта полезного ископаемого, производится раздельная выемка.

Выемка и погрузка могут происходить верхним, нижним или смешанным (верхним и нижним черпанием) методом, в зависимости от взаимного расположения забоя и горизонта. Аналогично, погрузка может быть верхней, нижней или смешанной.

Классификация экскаваторов и их технологическая характеристика

На карьерах наиболее распространенными для выемочно-погрузочных работ являются экскаваторы. Одноковшовые экскаваторы выполняют черпание горной массы, ее перемещение и разгрузку последовательно, что составляет рабочий цикл экскаватора, и поэтому они относятся к машинам цикличного действия. С другой стороны, многоковшовые экскаваторы могут выполнять эти операции одновременно, поэтому они относятся к машинам непрерывного действия.

Как одноковшовые, так и многоковшовые экскаваторы состоят из рабочего, механического, ходового и силового оборудования, а также рамы, кузова и механизмов управления. По типу конструктивной связи ковша со стрелой, можно выделить одноковшовые экскаваторы с жесткой связью (прямая или обратная мехлопата) и одноковшовые экскаваторы с гибкой связью (драглайны, грейферы).

Многоковшовые экскаваторы могут быть цепными (с ковшами, крепленными на бесконечной цепи), скребково-ковшовыми (со скребковым рабочим органом и ковшовой цепью для перемещения горной массы к месту разгрузки), фрезерно-ковшовыми (с фрезерным рабочим органом и ковшовой цепью) и роторными (с роторным колесом, оснащенным ковшами для черпания горной массы).

Одноковшовые экскаваторы могут быть гусеничными, пневмоколесными, шагающими или плавучими, в зависимости от типа ходового оборудования. Многоковшовые экскаваторы могут быть гусеничными, шагающе-рельсовыми, рельсово-гусеничными, пневмоколесными или оснащены железнодорожным (рельсовым) ходом.

Относительно типа силового оборудования, как одноковшовые, так и многоковшовые экскаваторы могут быть электрическими, дизель-электрическими или дизель-гидравлическими. На карьерах в основном применяются электрические экскаваторы.

Технологические параметры мехлопат и драглайнов

Одноковшовые экскаваторы в зависимости от назначения и конструктивных особенностей делят на пять типов:

тип ЭС — экскаваторы строительные гусеничные и пневмоколесные с ковшом емкостью 0,16 – 2,5 м³;

тип ЭКСГ – экскаваторы карьерно-строительные гусеничные с ковшом емкостью 1,25 – 8,0 м³;

тип ЭКГ — экскаваторы карьерные гусеничные с ковшом емкостью 2,0 – 20,0 м³;

тип ЭВГ — экскаваторы вскрышные гусеничные с ковшом емкостью 4,0 – 100,0 м³;

тип ЭШ – экскаваторы шагающие и драглайны с ковшом емкостью 4,0 – 120,0 м³.

Основными технологическими параметрами одноковшовых экскаваторов являются рабочие параметры, емкость ковша, габариты, масса, преодолеваемый уклон, удельное давление.

Рабочие параметры одноковшовых экскаваторов включают радиус и высоту черпания и разгрузки, которые зависят от длины рукояти и стрелы и размеров экскаватора.

Радиус черпания (Rч) — это горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Максимальный радиус черпания (Rч.max) соответствует максимально выдвинутой в горизонтальном положении рукояти. Минимальный радиус черпания (Rч.min) соответствует подтянутой к гусенице рукояти с ковшом на горизонтальной плоскости. Радиус черпания на горизонтальной плоскости установки экскаватора (Rч.у) — это максимальный радиус на горизонтальной плоскости установки экскаватора.

Высота черпания (Нч) — это вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Максимальная высота черпания (Нч.max) соответствует максимальному поднятию рукояти. Существует также высота черпания (Нк) при максимальном радиусе черпания и максимальная глубина черпания (Нк) ниже горизонта установки экскаватора.

Радиус разгрузки (Rр) — это горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до центра ковша при выгрузке горной массы из него. Максимальный радиус разгрузки (Rр.max) соответствует максимально выдвинутой горизонтально расположенной рукояти при разгрузке.

Высота разгрузки (Нр) — это вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней кромки днища открытого ковша. Максимальная высота разгрузки (Нр.max) соответствует максимально поднятому ковшу при разгрузке.

Рабочие параметры шагающих драглайнов включают радиус черпания (Rч), глубину черпания (Нч) и высоту разгрузки (Нр). Радиус черпания может быть указан как с забросом ковша (Rч.з), так и без него. Дальность заброса зависит от модели драглайна и навыков машиниста и может варьироваться от 2,5 до 15 метров. Отклонение подъемного каната от вертикали при забросе ковша составляет примерно 12-15 градусов.

Глубина черпания (Нч) определяется как вертикальное расстояние от горизонта установки драглайна до нижней площадки разрабатываемого участка или дна выработки. Эта глубина зависит от длины и угла наклона стрелы, положения драглайна в забое, физических свойств горных пород, длины канатов и уровня квалификации машиниста. Угол наклона стрелы обычно составляет примерно 30-35 градусов. Уменьшение угла наклона приводит к увеличению радиуса и глубины черпания драглайна.

Операции рабочего цикла драглайна выполняются в следующей последовательности:

заброс ковша в забой;

установка ковша в рабочее положение;

черпание (наполнение ковша);

выведение ковша из забоя;

поворот к разгрузке;

разгрузка ковша;

поворот к забою.

При перемещении ковша в забой и его выводе из него, экскаватор выполняет поворот.

При перемещении породы в отвал возможна разгрузка ковша без остановки экскаватора, при этом экскаватор делает полный оборот на 360 градусов. Таким образом, разгрузка ковша совмещается с поворотом, и отсутствует необходимость останавливать экскаватор для изменения направления поворота. Это позволяет сократить время выполнения цикла, так как разгрузка происходит непрерывно во время поворота экскаватора.

Технологические схемы выемки пород и параметры забоев мехлопат и драглайнов

При выемке пород мехлопатами различают следующие типы забоев:

боковой (торцовый);

тупиковый (траншейный);

фронтальный.

Боковой забой является наиболее производительным для экскаватора, благодаря небольшому среднему углу поворота при разгрузке (не более 90 градусов), удобной подаче транспортных средств для погрузки и минимальным простоям при перемещении и наращивании транспортных коммуникаций.

Тупиковый забой применяется главным образом при проведении траншей с использованием автомобильного и конвейерного транспорта. В случае использования железнодорожного транспорта экскаватор обычно работает с верхней погрузкой.

При фронтальном забое средний угол поворота экскаватора составляет 120-140 градусов. Из-за узкой заходки требуется более частое наращивание и перемещение транспортных коммуникаций, что приводит к значительному снижению производительности экскаваторов. Поэтому фронтальный забой применяется относительно редко, особенно при обработке разнородных заходок с использованием автотранспорта.

Высота (hу) разрабатываемого уступа должна быть такой, чтобы обеспечить безопасность, и не превышать максимальную высоту (Нч.max) черпания экскаватора, то есть h_у Н_ч.max.

По условию использования максимальной высоты разгрузки высота уступа

h_у=Н_р.max –h_в – а; м       (4.1)

где:

h_в – высота транспортного средства, м;

а=0,7 – 1 безопасный зазор между ковшом и кузовом машины в момент разгрузки, м;

По условию полного использования радиуса разгрузки высота уступа

h_у=(R_р – R_ч.у – С)tg; м       (4.2)

где:

R_р – радиус разгрузки при максимальной высоте разгрузки, м;

С3 – минимальное расстояние от оси пути до верхней бровки уступа, м;

— угол откоса уступа, град.

В устойчивых породах ( -60-70^о) высота h_у уступа ограничивается высотой разгрузки, в мягких породах – радиусом разгрузки.

Максимальная ширина забоя в боковом забое определяется радиусом черпания экскаватора на горизонте установки Rч.у. Внутренняя область забоя не должна превышать этого радиуса при работе по условиям черпания. Во внешней части забоя порода эффективно охватывается ковшом при угле поворота 30-45 градусов. То есть ширина верхней части забоя должна находиться в пределах (0,5-0,7)Rч.у. Для эффективного черпания в мягких породах ширина забоя должна составлять (1,5-1,7)Rч.у. Ширина бокового забоя в мягких породах обычно принимается равной 1,5 Rч.у., а ширина тупикового забоя — 2 Rч.у.

При работе в мягких породах боковым забоем с использованием железнодорожного транспорта рельсовые пути располагаются параллельно уступу на расстоянии (0,8-0,9)Rр.max от оси экскаватора. При использовании автомобильного транспорта возможна работа заходками шириной 50 метров и более. Автосамосвалы могут становиться сбоку экскаватора или позади него для погрузки. Загрузка на ленточные конвейеры осуществляется через бункер-питатель, который располагается сбоку или позади экскаватора. В этом случае ширина заходки Ак = 1,7 Rч + 2KRRр, где KR = 0,8-0,9 — коэффициент использования радиуса разгрузки Rр.

В разрыхленных скальных породах профиль забоя устанавливается в соответствии с углом их естественного откоса. Забой может иметь разную высоту по ширине развала взорванных пород. Ширина развала зависит от высоты уступа, ширины заходки по целику, взрываемости пород, параметров буровзрывных работ и схемы взрывания. Ширина развала обычно принимается в пределах (1,3-5)hу.

Схемы выемки и погрузки скальных пород зависят от вида применяемого транспорта. При использовании железнодорожного транспорта применяются следующие схемы выемки и погрузки. Взрывные работы производят перед укладкой железнодорожного пути или после его укладки. Это возможно при условии, когда ширина развала

ВR_ч.у+R_р-С, м          (4.3)

где С=2,5 – 3 расстояние между нижней бровкой развала и осью пути. м.

При взрывании среднетрещиноватых полускальных пород развал обрабатывается двумя заходками. После отработки первой заходки путь переносится на новую трассу и отрабатывается вторая заходка, затем взрывают новый блок. При этом ширина развала

ВR_ч.у+R_р+А-С, м         (4.4)

где А – шаг переукладки пути, м.

При автомобильном транспорте отработка развала взорванной породы может осуществляться узкими заходками шириной А_у=(0,5 – 0,7)R_ч.у, нормальными заходками шириной А_н=(0,5 – 0,7)R_ч.у , широкими заходками (панелями).

Если используется конвейерный транспорт, погрузка взорванной горной массы осуществляется через бункеры-питатели, на которых установлены колосниковые грохоты. В случае большой крупности горной массы, могут применяться передвижные дробильные агрегаты. Чтобы уменьшить количество передвижных забойных конвейеров, могут использоваться конвейерные перегружатели.

В скальных породах высота разрабатываемого уступа, с точки зрения безопасности, может превышать высоту, на которой работает экскаватор, но не более, чем в 1,5 раза. После взрыва, высота развала породы не должна превышать максимальную высоту черпания экскаватора.

Драглайн может разрабатывать породы торцовыми и тупиковыми забоями. При этом он может находиться на кровле уступа, промежуточной площадке или на почве уступа.

Если драглайн расположен на кровле уступа, горная масса выгружается в отвал или в транспортные средства. Возможная высота уступа определяется паспортной глубиной черпания, углом откоса забоя и местом установки драглайна. Максимальная ширина заходки:

А_max=R_ч(sin₁+sin₂), м        (4.5)

где а₁=30-45, а₂=30-45 – угол поворота драглайна от оси его хода соответственно в сторону массива и выработанного пространства, град.

Обычно при работе в отвал а₁=0. Тогда общий угол поворота драглайна при черпании = а₂=30-45^о. Угол поворота драглайна для разгрузки не превышает 90^о. Тогда ширина заходки А=R_чsin, м. Для драглайнов ЭШ4/45, ЭШ8/60, ЭШ15/90, ЭШ80/100 ширина заходки равна соответственно 23, 29, 42, 47 м.

Схему с расположением драглайна на промежуточной площадке используют с целью одновременной отработки высокого подуступа при использовании мощных драглайнов с большой емкостью ковша (8-10 м³ и больше). В такой схеме ось хода драглайна смещается ближе к отвалу. Угол откоса забоя при разработке верхнего подуступа не должен превышать 25 градусов, чтобы предотвратить скольжение ковша. Высота верхнего подуступа должна быть не более (0,7-0,8)Hр. Производительность при верхнем черпании обычно на 10-15% ниже, чем при нижнем черпании.

Расположение драглайна на почве разрабатываемого уступа применяют редко, главным образом при разработке неустойчивых пород.

Расчет производительности экскаваторов

Теоретическая производительность экскаватора в разрыхленной массе определяется по формуле

П_э.т=60Еn, м³/ч         (4.6)

где:

Е – емкость ковша, м³;

n – число ковшей, разгружаемых в минуту.

Для многоковшовых экскаваторов значение n дается в технической характеристике, а для одноковшовых оно определяется по формуле

$n=\frac{60}{T_{ц.т}}$         (4.7)

где Т_ц.т – теоретическая продолжительность рабочего цикла, с.

Тогда   ${П}_{э.т}=\frac{3600Е}{{Т}_{ц.т}}$, м³/ч      (4.8)

Теоретическая производительность экскаватора приводится в паспорте, поэтому она также называется паспортной.

Техническая производительность экскаватора – максимальная часовая производительность экскаватора при непрерывной его работе в конкретных горно-геологических условиях. Часовая техническая производительность в плотной массе для многоковшовых экскаваторов определяется по формуле

П_э.тех=60ЕnК_эК_з, м³        (4.9)

где К_э – коэффициент экскавации К_э=К_н.к/К_р.к К_н.к – коэффициент наполнения ковша; К_р.к – коэффициент разрыхления породы в ковше; К_з – коэффициент забоя, учитывающий влияние вспомогательных операций.

${К}_{з}=\frac{t_{р}}{t_{р}+t_{в}}$

где t_р – длительность работы экскаватора с одного положения или при одном направлении движения ротора, с; t_в – длительность одной передвижки или перемены направления движения ротора, с.

Часовая техническая производительность в плотной массе для одноковшовых экскаваторов определяется по формуле

${П}_{э.тех}=\frac{3600Е}{{Т}_{ц.р}}\frac{{К}_{н.к}}{{К}_{р.к}}\frac{t_{р}}{t_{р}+t_{в}}=\frac{3600Е}{{Т}_{ц.р}}{К}_{э}{К}_{з}$, м³        (4.10)

где Т_ц.р – расчетное время рабочего цикла экскаватора в данном забое, зависящее от вида разрабатываемых пород и угла поворота экскаватора к разгрузке, с.

Т_ц.р=t_ч+t_п.р+t_п.з+t_р, с       (4.11)

где t_ч— время черпания, с; t_р – время разгрузки ковша, с; t_п.р , t_п.з – время поворота соответственно с месту разгрузки и к забою, с.

В наибольшей степени совершенство организации работ характеризует годовая производительность. Сменная эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле

П_э.см=П_э.техТ_смК_и.э , м³      (4.12)

где:

Т_см – продолжительность смены, ч;

К_и.э – коэффициент использования экскаватора во времени, зависящий от типа применяемого оборудования в смежных технологических процессах.

Годовая эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле

П_э.г=П_э.смN_днn_дн , м³      (4.13)

где:

N_дн – число рабочих дней в году;

n_см – число рабочих смен в сутки.

.

Pro

About Author